側(cè)窗開度連續(xù)變化時(shí)汽車風(fēng)振噪聲的數(shù)值模擬*

宗軼琦，谷正氣,2，羅澤敏，江財(cái)茂，張啟東，楊振東

(1.湖南大學(xué),汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙 410082； 2. 湖南文理學(xué)院,常德 415000;3. 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州 516434)

側(cè)窗開度連續(xù)變化時(shí)汽車風(fēng)振噪聲的數(shù)值模擬*

宗軼琦1，谷正氣1,2，羅澤敏3，江財(cái)茂1，張啟東1，楊振東1

(1.湖南大學(xué),汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙 410082； 2. 湖南文理學(xué)院,常德 415000;3. 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州 516434)

鑒于車輛實(shí)際運(yùn)行中，車窗開啟過程是連續(xù)的，采用動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算方法，對(duì)某轎車車型進(jìn)行連續(xù)開啟側(cè)窗的風(fēng)振噪聲數(shù)值模擬。采用彈簧光順模型與局部重劃模型組合方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)網(wǎng)格瞬態(tài)仿真，并與傳統(tǒng)的固定開度方法和實(shí)車道路試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該模型與方法的正確性。根據(jù)實(shí)車道路試驗(yàn)，分析了在不同車速下，駕駛員耳旁風(fēng)振噪聲聲壓級(jí)和頻率隨側(cè)窗開度變化的規(guī)律。根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果，對(duì)汽車左后側(cè)窗的最大風(fēng)振噪聲工況的氣流性狀進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，B柱渦的脫落和后視鏡產(chǎn)生的尾渦對(duì)風(fēng)振噪聲有很大的影響，車廂內(nèi)部產(chǎn)生的氣流分離與渦流導(dǎo)致噪聲增大。

風(fēng)振噪聲；動(dòng)網(wǎng)格；側(cè)窗；連續(xù)開度

前言

汽車風(fēng)振噪聲被視為車內(nèi)空氣對(duì)外部瞬態(tài)氣流作用的氣動(dòng)聲學(xué)響應(yīng)，是氣動(dòng)噪聲中的重要組成部分[1]。它是側(cè)窗或天窗開啟時(shí)產(chǎn)生的一種頻率很低但是強(qiáng)度很高的氣動(dòng)噪聲，雖然不易被人耳聽到，但產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力會(huì)使駕駛員感到煩躁和疲倦，進(jìn)而會(huì)影響駕駛的安全性與舒適性。

目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)汽車風(fēng)振噪聲進(jìn)行了廣泛的研究。文獻(xiàn)[2]中對(duì)某SUV的側(cè)窗風(fēng)振噪聲進(jìn)行了仿真，并分析了網(wǎng)格尺寸與空氣可壓縮性對(duì)仿真結(jié)果的影響。文獻(xiàn)[3]中通過數(shù)值仿真揭示了天窗風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，并提出了用安裝導(dǎo)流板的方法控制天窗風(fēng)振噪聲。文獻(xiàn)[4]中對(duì)不同天窗形式下的某轎車模型的風(fēng)振噪聲進(jìn)行了仿真分析，得到了較合理的天窗尺寸及安裝位置。文獻(xiàn)[5]中通過對(duì)天窗風(fēng)振特性的數(shù)值計(jì)算，分析了來流速度對(duì)共振頻率、腔內(nèi)聲壓分布的影響。以上的研究主要基于數(shù)值仿真結(jié)果的探討，未經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證。文獻(xiàn)[6]中采用某實(shí)車的比例模型，對(duì)其天窗氣動(dòng)噪聲進(jìn)行了仿真，并利用低速靜音風(fēng)洞進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了天窗不同位置的速度剪切層變化情況及不同流速下的聲壓級(jí)變化情況。文獻(xiàn)[7]中采用有源導(dǎo)流系統(tǒng)對(duì)汽車天窗風(fēng)振噪聲進(jìn)行控制，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)的穩(wěn)定性不受風(fēng)速與風(fēng)偏角的影響。文獻(xiàn)[8]中對(duì)汽車天窗風(fēng)振噪聲控制進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)探討了網(wǎng)狀擋風(fēng)條的降噪原理，最終的試件在風(fēng)洞試驗(yàn)中取得了良好的降噪效果。文獻(xiàn)[9]中利用風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)風(fēng)振噪聲的心理聲學(xué)特性進(jìn)行了評(píng)估，并基于壓力脈動(dòng)強(qiáng)度提出了新的聲學(xué)指標(biāo)。以上研究方法均是對(duì)車窗或天窗在某些固定開度下的風(fēng)振噪聲產(chǎn)生機(jī)理的研究。如果在汽車設(shè)計(jì)階段，對(duì)某款車型不同車速下的不同車窗開度產(chǎn)生的風(fēng)振噪聲進(jìn)行預(yù)估，進(jìn)而針對(duì)性地降噪或避開噪聲大的車窗開度，將有重大的意義。

本文中正是基于上述現(xiàn)狀，采用大渦模擬，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格方法，對(duì)側(cè)窗連續(xù)開啟的風(fēng)振噪聲特性進(jìn)行仿真分析，得到車窗各個(gè)開度的風(fēng)振噪聲頻率和強(qiáng)度，并與傳統(tǒng)固定方法和實(shí)車道路試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的可行性與正確性。

1 動(dòng)網(wǎng)格方法及其實(shí)現(xiàn)

1.1 約束條件

在運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格進(jìn)行流體數(shù)值計(jì)算時(shí)，除遵循靜態(tài)網(wǎng)格計(jì)算時(shí)的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒等基本定律外，為避免由于網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的額外誤差，還應(yīng)滿足幾何守恒定律(geomatric conservation law,GCL)。GCL概念最早由Thomas和Lombard提出[10-11]，在均勻流場(chǎng)中，須滿足幾何守恒積分方程：

(1)

式中：V為控制體的體積；Us為微元面積dS運(yùn)動(dòng)速度矢量；n為控制體邊界Ω處的微元面積dS的外法向單位向量。

幾何守恒方程的微分形式為

(2)

在運(yùn)用有限體積法求解動(dòng)網(wǎng)格問題時(shí)，須建立新的流體力學(xué)控制方程，即ALE控制方程[12]：

(3)

ALE控制方程的本質(zhì)是通過坐標(biāo)變換使得物理空間變形網(wǎng)格在計(jì)算空間保持不變，因此在有限體積法中應(yīng)用變形動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)必須采用ALE控制方程。

1.2 動(dòng)網(wǎng)格更新方法

動(dòng)網(wǎng)格的更新采用3種模型：彈簧光順模型、動(dòng)態(tài)層模型和局部重劃模型[13]。

彈簧光順模型的核心思想是，將網(wǎng)格的邊界理想化為節(jié)點(diǎn)間相互連接的彈簧。網(wǎng)格更新前相當(dāng)于彈簧處于平衡狀態(tài)。根據(jù)胡克定律，基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的力為

(4)

式中：Δxi與Δxj為節(jié)點(diǎn)i與其相鄰節(jié)點(diǎn)j的位移；ni為連接節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)量；kij為節(jié)點(diǎn)i與其相鄰節(jié)點(diǎn)j間的彈簧剛度，可表示為

(5)

為保持平衡，所有連接節(jié)點(diǎn)彈簧產(chǎn)生的凈力必須為零。這一條件在迭代方程中可寫成

(6)

當(dāng)邊界位移已知時(shí)(邊界節(jié)點(diǎn)位置被更新)，式(6)在所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)上使用雅克比卷積。當(dāng)收斂時(shí)，位置被更新為

(7)

非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格的更新一般采用彈簧光順模型，不過當(dāng)運(yùn)動(dòng)邊界的位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出網(wǎng)格尺寸時(shí)，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量下降和網(wǎng)格畸變過大，導(dǎo)致計(jì)算不收斂，甚至出現(xiàn)負(fù)體積網(wǎng)格導(dǎo)致計(jì)算無法繼續(xù)進(jìn)行，因此，彈簧光順模型不適合此種情況。而局部重劃模型則能很好地解決這個(gè)問題，其核心思想是將畸變率或尺寸變化過大的網(wǎng)格集中在一起進(jìn)行局部網(wǎng)格的重新劃分，如果重新劃分后，網(wǎng)格滿足畸變率和尺寸要求，則用新的網(wǎng)格代替原來的網(wǎng)格，若仍無法滿足要求，則繼續(xù)重新劃分[14]。

動(dòng)態(tài)層模型只適用于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的更新，針對(duì)非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格計(jì)算時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)邊界的運(yùn)動(dòng)尺度很小，只須采用彈簧光順模型即可，但側(cè)窗開啟的運(yùn)動(dòng)尺度很大，因此本文中采用彈簧光順模型與局部重劃模型相結(jié)合的方法進(jìn)行網(wǎng)格更新。

2 基于動(dòng)網(wǎng)格方法的風(fēng)振噪聲計(jì)算

2.1 側(cè)窗開啟方式定義與網(wǎng)格劃分

本文中采用的實(shí)車模型長(zhǎng)為4 700mm，寬為1 740mm，高為1 470mm，側(cè)窗厚度為4mm。側(cè)窗開啟的開度以沿B柱開啟高度為準(zhǔn)，如圖1所示。在汽車車身表面的敏感區(qū)域，其參數(shù)變化梯度較大，須對(duì)網(wǎng)格加密；在參數(shù)變化梯度小的非敏感處，可采用較稀網(wǎng)格。車身附近使用密度盒進(jìn)行局部加密，生成局部精細(xì)網(wǎng)格，如圖2和圖3所示。在汽車表面，由于流體黏性的作用，存在一個(gè)厚度在幾毫米至幾十毫米之間的附面層。因此，在車身外表面生成三棱柱網(wǎng)格來分析附面層的影響(圖4)。

2.2 數(shù)值模擬求解器與動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置

對(duì)于瞬態(tài)問題，一般先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真，然后將穩(wěn)態(tài)結(jié)果作為瞬態(tài)計(jì)算的初始條件。穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬求解器參數(shù)設(shè)置如表1所示，計(jì)算域邊界條件設(shè)置可參見文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]，這里不再詳述。

待穩(wěn)態(tài)殘差收斂后，再以該穩(wěn)態(tài)求解的結(jié)果作為動(dòng)網(wǎng)格瞬態(tài)仿真計(jì)算的初始值。在瞬態(tài)計(jì)算的同時(shí)，在Fluent軟件中激活Dynamic Mesh選項(xiàng)，模擬車窗開度的連續(xù)變化。動(dòng)網(wǎng)格Smoothing(彈簧光順模型)和Re-meshing(局部重劃模型)兩種網(wǎng)格更新方法的參數(shù)設(shè)置如表2和表3所示。當(dāng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果收斂，并設(shè)置完動(dòng)網(wǎng)格邊界條件(見表4)后，即可進(jìn)行瞬態(tài)數(shù)值模擬，瞬態(tài)計(jì)算求解參數(shù)設(shè)置見表5。

表1 穩(wěn)態(tài)求解器參數(shù)設(shè)置

表2 Smoothing方法的參數(shù)設(shè)置

表3 Re-meshing方法的參數(shù)設(shè)置

表4 動(dòng)網(wǎng)格邊界條件設(shè)置

表5 瞬態(tài)計(jì)算求解器參數(shù)設(shè)置

實(shí)車模型的左后側(cè)窗總開度為0.4m，考慮到下文實(shí)車道路試驗(yàn)工況，在動(dòng)網(wǎng)格仿真時(shí)，側(cè)窗開啟至4/5開度，即0.32m，為滿足聲學(xué)后處理的需要，滿足0.01m的開度內(nèi)，至少有1 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的要求，設(shè)計(jì)瞬態(tài)迭代步數(shù)為40 000步，共得到40 000個(gè)脈動(dòng)壓力信號(hào)，時(shí)間步長(zhǎng)為0.000 2s，采樣時(shí)間為8s，即車窗開啟速度為0.04m/s。

2.3 仿真計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)場(chǎng)地要求周圍50m范圍內(nèi)不能有其它噪聲源的干擾，試驗(yàn)路面要求平直、平整、干燥且有足夠長(zhǎng)度，天氣要求晴朗，無風(fēng)或微風(fēng)，背景噪聲(A聲級(jí))應(yīng)比被測(cè)車輛噪聲至少低10dB。為減少環(huán)境噪聲的干擾，試驗(yàn)路段為行車稀少時(shí)段且路面相對(duì)平直的某高速公路。傳聲器的布置嚴(yán)格依據(jù)GB/T 25982—2010，即傳聲器的垂直坐標(biāo)是無人座椅的表面與靠背表面的交線以上(0.70±0.05)m處，水平坐標(biāo)應(yīng)在座椅的中心面(或?qū)ΨQ面)右邊(0.20±0.02)m處，傳聲器的參考軸線保持水平并指向汽車行駛方向，傳聲器的布置情況如圖5所示。本文中采用沿B柱開啟的距離標(biāo)識(shí)側(cè)窗開度的方法，試驗(yàn)車輛車窗沿B柱高度為400mm，間隔80mm取一個(gè)開度工況，左前側(cè)窗取5個(gè)開度工況，后側(cè)窗僅能開啟4/5，故取4個(gè)開度工況。如圖6所示，在車窗上貼上標(biāo)識(shí)刻度，方便在行車過程中快速將側(cè)窗調(diào)整到對(duì)應(yīng)的開度工況。測(cè)試儀器選擇合適通道分別測(cè)試駕駛員左耳、右耳、后排乘客左、右處的聲壓級(jí)和A聲級(jí)，最高測(cè)試頻率設(shè)置為5 000Hz，頻率間隔取1.25Hz，以得到更精確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)分別對(duì)70，80，90，100和110km/h 5個(gè)速度工況，前側(cè)窗5個(gè)開度工況，后側(cè)窗4個(gè)開度工況，合計(jì)90個(gè)工況進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)。每個(gè)工況對(duì)駕駛員左右耳處的噪聲采集一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)采集5次，取平均值。

為驗(yàn)證動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算方法運(yùn)用在實(shí)車模型上的準(zhǔn)確性，將左后窗1/5，2/5，3/5和4/5 4個(gè)開度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)提取出來，與固定開度仿真結(jié)果、實(shí)車道路試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可見，無論是動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果還是固定開度計(jì)算結(jié)果在整個(gè)頻率段均與實(shí)車道路試驗(yàn)結(jié)果有一點(diǎn)差異，這是由于在實(shí)車道路試驗(yàn)中，不能完全避免其它噪聲的干擾，而且數(shù)值仿真邊界條件設(shè)置不能完全模擬實(shí)際情況，所以導(dǎo)致以上差異。但整條頻譜曲線的走勢(shì)基本一致，而且在風(fēng)振噪聲第一個(gè)峰值處吻合較好，風(fēng)振噪聲特征點(diǎn)的聲壓級(jí)和頻率相差不大，證明了仿真方法的準(zhǔn)確性。動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果和固定開度計(jì)算結(jié)果在低頻段吻合較好，尤其是風(fēng)振噪聲特征點(diǎn)誤差很小，但是在中高頻部分有較大差異。隨著車窗開度增加至3/5時(shí)，高頻的連續(xù)開度仿真值與試驗(yàn)值偏差更為明顯，這是因?yàn)殚_度的增加會(huì)引起風(fēng)振頻率的增加，當(dāng)風(fēng)振頻率接近聲腔的固有頻率時(shí)，引起聲共振[17]，使壓力脈動(dòng)的準(zhǔn)諧振效應(yīng)更為顯著，進(jìn)而使高頻聲壓值的誤差被放大。當(dāng)車窗開度增加至4/5時(shí)，風(fēng)振頻率已越過聲腔的固有頻率，使高頻聲壓值的誤差有所降低。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將各側(cè)窗開啟不同工況下的風(fēng)振頻率試驗(yàn)結(jié)果擬合為連續(xù)數(shù)據(jù)，如圖8所示。4個(gè)側(cè)窗的風(fēng)振頻率隨車速升高有微弱的上升趨勢(shì)，但幅度不大，如開度為2/5左前窗，車速為70 km/h時(shí)，風(fēng)振頻率為12.5Hz，當(dāng)車速提高到110 km/h時(shí)，風(fēng)振頻率為13.75Hz，僅升高1.25Hz；其它側(cè)窗和其它開度均可觀察到此現(xiàn)象，可見車速并非風(fēng)振頻率的決定性因素。觀察風(fēng)振頻率和側(cè)窗開度之間的關(guān)系，4個(gè)側(cè)窗整體表現(xiàn)出階梯型的遞增趨勢(shì)，如車速為90km/h時(shí)，隨著左后窗開度增加，風(fēng)振頻率升高，4/5開度比1/5開度風(fēng)振頻率高出3.25Hz。同時(shí),將不同工況下的駕駛員左耳聲壓級(jí)試驗(yàn)結(jié)果擬合為連續(xù)數(shù)據(jù)，如圖9所示。聲壓級(jí)隨車速增加呈明顯遞增趨勢(shì)，同一側(cè)窗開度下，車速?gòu)?0km/h提高到110km/h，聲壓級(jí)增幅在8dB左右，最大甚至達(dá)到10.25dB，但聲壓級(jí)并不是隨著車速的升高而一直升高，如左后窗開度為3/5，車速為110km/h時(shí)的聲壓級(jí)為115.19dB，低于車速為100km/h時(shí)的116.24dB，這并不是左后窗獨(dú)有的現(xiàn)象，其它側(cè)窗同樣可以觀察到；聲壓級(jí)隨側(cè)窗開度的增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，如車速為110km/h，左后窗開度為1/5時(shí)，聲壓級(jí)為103.95dB，開度為4/5時(shí)，聲壓級(jí)為114.41dB。當(dāng)開度增加到一定時(shí)，聲壓級(jí)的升高趨勢(shì)趨于放緩，甚至當(dāng)開度繼續(xù)增加時(shí)，聲壓級(jí)有所下降，如左后窗車速在100km/h以上時(shí)，3/5開度的聲壓級(jí)均大于4/5開度的聲壓級(jí)。

3 左后側(cè)窗最大風(fēng)振噪聲工況氣流性狀分析

完成了對(duì)汽車左后側(cè)窗的動(dòng)網(wǎng)格連續(xù)仿真之后，須進(jìn)一步找出最大風(fēng)振噪聲對(duì)應(yīng)的側(cè)窗開度。因此將左后窗全部開度320mm，以16mm開度為間隔，采用近似開度等效替代法提取出20組風(fēng)振噪聲特征點(diǎn)的聲壓級(jí)，結(jié)果如圖10(a)所示。由圖可見，隨著開度的增加，聲壓級(jí)曲線出現(xiàn)3個(gè)峰值點(diǎn)，分別是48mm處的109.56dB、144mm處的115.34dB和272mm處的121.65dB。建議駕駛員在行車過程中，如須開啟左后窗，應(yīng)盡量避開這3個(gè)開度，以達(dá)到較舒適的開車環(huán)境。

根據(jù)以上分析初步確定，開度為272mm時(shí)，聲壓級(jí)達(dá)到最大值。為更精確地找出最大聲壓級(jí)對(duì)應(yīng)的開度，將圖10(a)中聲壓級(jí)最大的256～288mm開度區(qū)間細(xì)化，以4mm為間隔再次分析，結(jié)果如圖10(b)所示。在開度為276mm時(shí)，聲壓級(jí)出現(xiàn)最大值121.84dB。

依據(jù)上文分析，當(dāng)來流速度達(dá)到30.56m/s，左后側(cè)窗開度為276mm時(shí)，風(fēng)振噪聲聲壓級(jí)達(dá)到最大值，因此對(duì)該工況下的氣流性狀進(jìn)行分析，結(jié)果如圖11和圖12所示。由圖11可見，整個(gè)車身周圍壓力分布情況，在后視鏡和開啟的左后側(cè)窗處均有渦的形成和脫落，可觀察到B柱后剪切層的變化。為更詳細(xì)地觀察左后側(cè)窗開啟后的壓力變化，將觀測(cè)的壓力范圍調(diào)整到-200～100Pa。由圖12可見，在B柱后緣區(qū)形成了一個(gè)負(fù)壓渦旋，渦旋向后移動(dòng)，內(nèi)核壓力升高，之后碰撞C柱前緣，使渦旋破碎分離，涌入車內(nèi)，渦旋的脫落和破碎使車內(nèi)壓力產(chǎn)生周期性的脈動(dòng)。

為詳細(xì)了解側(cè)窗區(qū)域剪切層與后視鏡尾渦的相互作用，選取側(cè)窗附近的幾個(gè)截面進(jìn)行分析，結(jié)果如圖13所示。一個(gè)平面橫切左后窗打開的區(qū)域并采用“填充”格式顯示壓力云圖。與此同時(shí)，建立了另一個(gè)垂直于長(zhǎng)方形平板的截面穿過后視鏡，并采用“透明”格式來顯示壓力云圖。其中“填充”格式壓力云圖顯示了B柱后剪切層發(fā)展的情況，而“透明”格式壓力云圖則主要表征后視鏡的尾渦。從“填充”格式壓力云圖中可觀察出高低壓的交替，說明B柱上剪切層渦脫落后撞擊到C柱上，產(chǎn)生噪聲并傳入到車內(nèi)。從“透明”格式的壓力云圖中可以看出，后視鏡尾渦的產(chǎn)生與發(fā)展，在左后窗開口的后緣，B柱后渦流與后視鏡的尾渦相遇并相互作用。通過對(duì)該云圖的分析可以推測(cè)B柱渦的脫落和后視鏡產(chǎn)生的尾渦對(duì)左后側(cè)窗開啟時(shí)的風(fēng)振噪聲有較大影響。

圖14和圖15分別為Z=0.804m截面上的流線圖和速度云圖。由于車內(nèi)全為負(fù)壓區(qū)，且車內(nèi)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，氣流流入車內(nèi)產(chǎn)生了非常復(fù)雜的渦流。由圖14可見，氣流從左后側(cè)窗流入車廂內(nèi)部，產(chǎn)生明顯的氣流分離現(xiàn)象，在車廂中后部、駕駛員耳旁均存在較大的渦流，同時(shí)在車廂前部形成較多小的渦旋，導(dǎo)致噪聲偏大。由圖15可見，車廂后部和前部氣流速度差明顯，氣流分布不均，從而引起嚴(yán)重的湍流現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)通過對(duì)網(wǎng)格的劃分處理和動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開度連續(xù)變化的側(cè)窗的風(fēng)振噪聲仿真。連續(xù)開度仿真結(jié)果與實(shí)車道路試驗(yàn)和固定開度仿真結(jié)果在風(fēng)振噪聲特征點(diǎn)吻合良好，驗(yàn)證了運(yùn)用連續(xù)開度仿真方法計(jì)算實(shí)車模型風(fēng)振噪聲的準(zhǔn)確性，為汽車設(shè)計(jì)階段，對(duì)某款車型不同車速下的不同車窗開度產(chǎn)生的風(fēng)振噪聲進(jìn)行預(yù)估提供了實(shí)際應(yīng)用模型。

(2)根據(jù)各側(cè)窗開啟不同工況下的風(fēng)振頻率試驗(yàn)結(jié)果，得到了風(fēng)振頻率隨車速與側(cè)窗開度的變化規(guī)律。根據(jù)各側(cè)窗開啟不同工況下的聲壓級(jí)試驗(yàn)結(jié)果，得到了聲壓級(jí)隨車速與側(cè)窗開度的變化規(guī)律，進(jìn)而為針對(duì)性降噪或避開噪聲大的車窗開度提供新的研究思路與重要依據(jù)。

(3)根據(jù)動(dòng)網(wǎng)格連續(xù)仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果，得到左后窗最大風(fēng)振噪聲對(duì)應(yīng)的開度與來流速度，并對(duì)該工況進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，B柱渦的脫落和后視鏡產(chǎn)生的尾渦對(duì)風(fēng)振噪聲有很大的影響，同時(shí)車廂內(nèi)部產(chǎn)生的氣流分離與渦流會(huì)導(dǎo)致噪聲增大，為更好地進(jìn)行汽車側(cè)窗風(fēng)振的降噪提供了分析依據(jù)。

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Numerical Simulation on Vehicle Buffeting Noise withContinuous Change of Side-window Opening

Zong Yiqi1, Gu Zhengqi1,2, Luo Zemin3, Jiang Caimao1， Zhang Qidong1& Yang Zhendong1

1.HunanUniversity,StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufactuingforVehicleBody,Changsha410082;2.HunanUniversityofArtsandScience,Changde415000；3.GuangzhouAutomobileGroupCo.Ltd.AutomotiveEngineeringResearchInstitute,Guangzhou516434

In view of that the opening of side-window changes continuously in real vehicle driving condition, the technique of moving mesh is adopted to conduct a simulation on the buffeting noise of side window with continuous opening in a passenger car. The transient simulation of moving mesh is realized with the combination of spring smoothing model and re-meshing model, and the results are compared with that of traditional fixed window opening scheme and vehicle road tests, validating the correctness of the models and method adopted. According to the results of real vehicle road tests, the laws of variations of the sound pressure level and frequency of buffeting noise at driver’s ear with the changes of side window opening are analyzed at different vehicle speeds. And based on the results of simulation, the behavior of air flow at left rear side-window in the condition of peak buffeting noise is analyzed with a result showing that the vortex shedding at B-pillar and the vortex wake of rear-view mirror have significant effects on buffeting noise and the air-flow separation and vortex occurred in car compartment lead to noise increase.

buffeting noise; dynamic mesh; side-window; continuous opening

*中央財(cái)政支持地方高校專項(xiàng)資金項(xiàng)目(0420036017)、國(guó)家863計(jì)劃(2012AA041805)、長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(K1501011-11)、湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(734215002)和湖南省教育廳優(yōu)秀青年科學(xué)研究項(xiàng)目(16B148)資助。

2016225

原稿收到日期為2015年9月4日，修改稿收到日期為2016年1月18日。