汽车后视镜气动噪声产生原因分析及优化方法

2020-05-13张一召凌志伟贾浩

中国设备工程 2020年8期

张一召，凌志伟，贾浩

（重庆理工大学车辆工程学院，重庆 400054 ）

随着汽车NVH 性能的不断提高，汽车行驶的振动噪声得到了很大程度的减轻和抑制；行驶路面条件的改善降低了路面不平度，在一定程度上降低了汽车行驶时的轮胎噪声；同时，得益于现代汽车良好的乘员舱密封性，可进一步将噪声隔绝在车外。但是，气动噪声与其他种类的噪声源存在较大差异，使其越来越得到汽车设计工作者和普通消费者的重视。

1 汽车气动噪声的重要性

气动噪声有以下几点特征：（1）空气流场充斥着整个汽车的外部空间，汽车上任何一个气动造型不合理的部位皆有可能产生强劲的气动噪声。（2）气动噪声的来源是空气中的湍流，气流在流经引擎盖、A 柱、后视镜区域时，因为形状突变和明显的棱角，会发生较强的气流分离，从而产生较强湍流，而他们的气流分离作用区域都非常靠近车窗，即气动噪声源离车窗很近或直接作用于车窗上，降低了车窗的隔音效果。（3）汽车的气动噪声源主要为二极子声源与四极子声源，它们的声功率的表达形式分别为：、，可看出他们的声功率大小与车速的六次方、八次方成正比，现代汽车的车速较高，但车速越快，气动噪声增加越明显。（4）汽车高速行驶时，一旦打开车窗造成开口，乘员舱则形成一个有较小开口的空腔，高速气流经过车窗锋利的边缘进入乘员舱，会产生强烈的风振噪声。

车内乘员若是长时间处于强噪声环境下，会极大地影响乘客乘坐的舒适性，降低主观舒适度，同时，强噪声也会对安静、协调的环境工程造成不利影响，长时间的噪声环境还会降低驾驶员的驾驶警觉性，增强驾驶员的驾驶疲劳感，对行车安全造成较大影响。

在汽车气动造型的优化过程中，对整体造型的优化是一个复杂且冗长的系统流程，因此，对单一部位细部优化则成了工程开发中一个不错的选择。在气动噪声中，后视镜由于其凸出车身的造型特点，容易对汽车整体流场造成破坏，加上其不规则的形状特征，导致后视镜成为一个不容忽视的强气动噪声源，而且后视镜离前侧窗的距离最近，高速行驶时，其产生的压力脉动会直接作用于前侧窗，使车舱内乘员对后视镜的气动噪声更为敏感，有较大优化空间。加上后视镜独立于车身之外，对后视镜的造型优化不会对车身整体风格造成太大影响，因此，对后视镜的优化会更加方便和高效。

2 汽车后视镜产生气动噪声的原因

后视镜的体积虽小，但是，外形相对车身其他部位却更加复杂和多样，因此，后视镜产生强气动噪声的原因也较多，主要归纳为以下几点：（1）后视镜正迎风面与来流方向夹角呈垂直或接近垂直：此种情况下，后视镜的正迎风面会对气流形成阻滞，导致正迎风面的压力增大，同时，气流无法平稳过渡至后视镜后方，从而形成紊乱的流场，在后视镜后方会出现较强的湍流，不仅会造成较强的气动噪声，还会消耗整车动能，形成较大的阻力。（2）后视镜的迎风面积太大：一定程度上，后视镜产生气动噪声的大小与正迎风面积呈正相关，汽车高速行驶时，会在后视镜的边缘形成气流分离，迎风面积越大，气流分离的程度也越大，则后视镜后方的压力脉动越强烈，而压力脉动是产生气动噪声的主要原因。（3）后视镜外形过渡突兀：后视镜造型过于方正硬朗，也不利于气流的引导和过渡，不顺畅的气流流动必然会产生湍流。（4）不规则的细部形状：后视镜上的一些细小的棱角和细小的突兀会对流场造成较大的影响。若是在迎风面，则会造成气流的提前分离，若是在后视镜的边缘处，则会破坏流场的一体性，容易在后方形成细小的湍流微团，增加噪声。（5）后视镜与车身间距不合理：在后视镜与车身之间的夹缝处，气流会无障碍经过，因此，此处的气流流速较快，若后视镜与车身的距离较近，容易导致夹缝处气流进一步被加速，从而导致动压增大静压减小，在横向上与后视镜正后方的气流形成较大的速度差、压力差，形成强湍流和强噪声。因为气动噪声往往与气动阻力相互关联，因此，后视镜不合理的造型因素不只是产生气动噪声，还会形成额外的阻力，在高速时尤其明显，同时，其对流场的影响会从汽车侧面蔓延至汽车尾部，从而破坏整车的气动性能。

3 汽车后视镜气动噪声的优化方法

针对后视镜容易产生气动噪声的造型因素，结合一定的工程开发经验，可以得出关于后视镜气动噪声的优化方法。（1）在不影响驾驶员后部视野的情况下，后视镜尽量向后倾斜：此举可避免正迎风面垂直来流，使气流过渡更加平稳，降低后视镜正面对气流的阻滞，从而减小正面压力。（2）尽量减小后视镜正迎风面面积：这是减小气动噪声最直接有效的方法，考虑到驾驶员的视野要求，适当减小后视镜镜罩的厚度也有同样的效果。（3）尽量采用曲面、弧形的圆滑过渡，避免方正硬朗的整体造型，每个方向圆滑的曲面可以使后视镜对气流的阻滞作用减到最小，后视镜与车身的连杆应做圆滑处理，后视镜与车窗连接处的三角板台阶也应做斜面处理，后视镜边缘处应与气流方向平行，与气流平行的边缘可以引导后视镜旁的气流与来流方向一致，尽量避免了强湍流的产生。（4）后视镜尽量平整，避免微小的凸起和缝隙：后视镜处的车灯与倒车摄像头等部件尽量与后视镜融为一体，整体应隐藏在后视镜原本的外形轮廓中，并填充缝隙，尽量避免棱角和棱线，若无法避免，应尽量出现在后视镜水平正中央上下两弧面的交接部位。（5）在合理范围内后视镜应尽量增大与车身的间距：增大间距不仅能避免横向过大的速度压力差，减小湍流产生，同时，还能使噪声源远离车窗，从而减小噪声。（6）后视镜内侧面与车身尽量平行，避免喇叭状开口，否则，会形成扩散器效应，使气流速度增大，从而不利于整体流场。对后视镜气动噪声的优化是一个系统的过程，每辆车的外部造型不同，最优的后视镜造型也不尽相同，但是，整体逻辑不变，在优化过程中，需要做好充分的仿真和实验工作，才能得到尽量完美的后视镜造型。