基于A柱—后視鏡車內(nèi)氣動噪聲數(shù)值模擬與預(yù)測*

唐榮江，胡賓飛，張 淼，陸增俊，肖 飛，賴 凡

（1.桂林電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院，桂林 541004； 2.東風(fēng)柳州汽車有限公司先行技術(shù)部，柳州 545005）

前言

級，提出空氣—振動—聲學(xué)模擬預(yù)測駕駛室內(nèi)聲壓級的方法。文獻［3］和文獻［4］中通過最小網(wǎng)格數(shù)為50億的體網(wǎng)格計算所得到的壓力脈動頻譜與風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)在4 000 Hz以下吻合較好，并討論了網(wǎng)格分辨率對預(yù)測頻譜精度的影響，用50億個網(wǎng)格LES計算的壓力波動的功率譜與風(fēng)洞測量的功率譜基本一致，但與中、低頻率的測量值有一定的偏差。文獻［5］中通過基于 Realizable k-ε穩(wěn)態(tài)和分離渦模擬（DES）的瞬態(tài)數(shù)值模擬方法分析了5款不同參數(shù)的后視鏡對前側(cè)窗氣動噪聲的影響，總結(jié)了影響前側(cè)窗區(qū)域氣動噪聲的主要為后視鏡罩、基座和安裝角度等參數(shù)。文獻［6］中研究了用Q準則估計水平平行板內(nèi)自然對流湍流結(jié)構(gòu)的方法，詳細闡述了常被認為是湍流結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)行為的發(fā)生機制。文獻［7］中通過對比試驗結(jié)果，采用DES方法計算了2 mm網(wǎng)格的后視鏡區(qū)域流場，采用文獻［6］中的Q準則方法評價優(yōu)化前后的后視鏡對其尾流區(qū)域流動狀態(tài)

國內(nèi)外研究人員一直關(guān)注后視鏡區(qū)域氣動噪聲問題，數(shù)值模擬和測試的方法較多，但對于適合工程的車內(nèi)氣動噪聲預(yù)測的實例卻非常少，主要是受仿真精度和標定的影響。隨著商用車的機械與輪胎噪聲指標日益提高，由后視鏡導(dǎo)致的氣動噪聲已成為工程技術(shù)人員重點考慮的噪聲源。目前對于氣動噪聲的計算主要采用大渦模擬（large eddy simulation，LES）和分離渦模擬（detached eddy simulation，DES）的方法來捕捉后視鏡脫落渦的偶極子噪聲源，并采用聲類比方法計算車窗表面的聲壓級，借此評價優(yōu)化后視鏡的效果，但對車內(nèi)氣動噪聲的分析評價方法和預(yù)測手段不完善，沒有形成一定的數(shù)值仿真預(yù)測方法，無法用于工程應(yīng)用。

文獻［1］中采用CFD分離流場與聲場求解不可壓縮流場的偶極子聲源，基于后視鏡表面聲源分布，使用聲學(xué)有限元（FEM）計算車外聲場分布，對比風(fēng)洞試驗得出了一種車外噪聲預(yù)測的方法。文獻［2］中采用了CFD與聲學(xué)波動方程相結(jié)合的方法，基于不可壓縮非定常流的激勵獲得了駕駛員耳旁的聲壓的影響。

這些研究表明不可壓縮流場的壓力脈動和可壓縮聲壓脈動是國內(nèi)外研究學(xué)者對氣動噪聲關(guān)注的焦點，且關(guān)于后視鏡造型和參數(shù)對后視鏡區(qū)域瞬態(tài)流場造成的影響一直備受關(guān)注，相關(guān)的試驗和分析論證日益充分，但對由后視鏡造成的湍流壓力脈動對駕駛室內(nèi)氣動噪聲是否起主導(dǎo)作用并沒有深入的研究。

本文中將商用車駕駛室從整車上分離出來，降低了數(shù)值模擬的計算量，并提高了網(wǎng)格的質(zhì)量，保留左、右后視鏡、遮陽板等駕駛室的突出物特征，然后對駕駛室模型進行了空氣動力學(xué)性能參數(shù)的仿真?；谠撃Ｐ瓦\用分離渦（DES）方法，對駕駛室外部流場進行瞬態(tài)分析，分析了側(cè)窗區(qū)域瞬態(tài)壓力渦流、速度梯度和渦量，確定了后視鏡車窗區(qū)域為主要的氣動噪聲源。通過Lighthill聲類比法，對后視鏡的近聲場進行了仿真研究，得到了車窗表面的聲壓級和湍流壓力脈動載荷。提取該載荷采用聲學(xué)有限元方法分析駕駛室聲學(xué)空間和駕駛員左耳旁的聲壓級。通過滑行實車測試的對比，在忽略其他噪聲影響的基礎(chǔ)上，仿真與試驗在聲壓級趨勢吻合一致，在一定程度上說明了仿真方法的準確性。該研究為工程應(yīng)用仿真和試驗提供了一種方案。

1 CFD與聲學(xué)FEM相關(guān)理論

1.1 駕駛室外流場的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)計算

高速行駛的商用車車速遠低于聲速，其周圍流場可視為三維不可壓縮黏性等溫流場［8］。其外流場的穩(wěn)態(tài)計算采用 RANS模型中的SST（Menter）k-ω模型。對于瞬態(tài)計算，基于SST（Menter）k-ω的分離渦模擬（DES）兩方程湍流模型求解Navier-Stokes方程的DDES方法［9］。DES結(jié)合了RANS和LES的優(yōu)點，在近壁面區(qū)域用RANS求解，使得邊界層內(nèi)計算量較?。贿h壁面區(qū)域采用LES求解，較好地模擬大尺度分離湍流流動的狀態(tài)［10－11］。

1.2 噪聲傳播和聲場的FEM求解

車窗表面湍流壓力脈動是車內(nèi)氣動噪聲的主要噪聲源，將其聲源信息作為輸入條件，利用有限元法對駕駛室空間聲場進行數(shù)值求解，即可獲得該駕駛室空間的聲壓級分布和某一點的聲壓級。經(jīng)過傅里葉變換的Helmholtz方程為

式中：?為 Lagrange算子；k＝ω／c＝2πf／c為波數(shù)，c為聲波相速度；ω＝2πf為角頻率，f為頻率。

汽車高速行駛時，車身表面可看成封閉的。在聲學(xué)計算域內(nèi)利用伽遼金方法和相應(yīng)的聲學(xué)邊界條件，可得到Helmholtz有限元的積分方程［12］：

式中：e為權(quán)重函數(shù)；Ω為邊界條件；V為計算域；v為垂直于車身表面的法向速度；n為法向向量。

選取合適的權(quán)重函數(shù)和形函數(shù)［13］求解上述方程，網(wǎng)格單元上每個節(jié)點對應(yīng)的聲壓級可近似寫成如下的插值形式：

式中：Ni為有限元形函數(shù)；i為節(jié)點個數(shù)；N為每個形函數(shù)組合而成的矩陣形式；pi為在節(jié)點i處的聲壓值；p為單元的聲壓向量。

標準的聲學(xué)有限元方程通過整理可以寫成如下矩陣［14］形式：

式中：Ka、Ma、Ca分別為聲學(xué)剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣；｛p｝為待求的聲學(xué)場點向量；｛Q｝為聲場中的聲源貢獻；｛V｝為輸入速度向量；｛P｝為輸入聲壓向量；｛F｝為總的載荷向量。

本文中，研究的汽車氣動噪聲是由汽車表面偶極子聲源引起的，而偶極子聲源最終體現(xiàn)為聲壓值的形式，因此采用聲壓向量輸入模式。

2 數(shù)值模擬方案

針對A柱—后視鏡共同作用導(dǎo)致的駕駛室內(nèi)部氣動噪聲的研究。本文中采用商用CFD對駕駛室外流場進行穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)的計算，分析了后視鏡區(qū)域穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流場流動的情況；利用聲學(xué)有限元法計算后視鏡尾流場區(qū)域的湍流壓力脈動對車窗振動和通過車窗玻璃的傳播，得到了駕駛室聲學(xué)空間的聲壓級分布和場點聲壓級分布的云圖，分析了湍流壓力脈動對駕駛室內(nèi)影響的區(qū)域；并預(yù)測了駕駛員左耳旁的聲壓級，分析流程如圖1所示。

圖1 車內(nèi)氣動噪聲仿真預(yù)測流程圖

3 研究對象與數(shù)值模擬條件

3.1 幾何模型與計算域

某型商用車駕駛室模型如圖2所示，從整車上提取了真實模型，駕駛室模型外部保留了左右后視鏡、右下視鏡（圖2白圈處）、遮陽板和前下視鏡等車外幾何突出特征。

圖2 研究對象及其幾何尺寸

設(shè)駕駛室模型的長度、寬度、高度分別為L、W、H，根據(jù)經(jīng)驗建立長方體計算域。長度方向為20L＝45 m，計算域入口距模型3L，可還原空氣流動的湍動能特征；出口距模型16L，保證了駕駛室模型后方完整的尾流結(jié)構(gòu)；寬度為5W＝15 m，高度為6H＝13 m，駕駛室離地面高度0.4H＝1 m。計算域模型如圖3所示。

圖3 計算域示意圖

3.2 網(wǎng)格劃分

為減小計算量和提高計算精度，將駕駛室模型劃分為不同的計算網(wǎng)格，后視鏡是重點研究對象，進行局部加密，面網(wǎng)格尺寸為1～2 mm，兩側(cè)窗、A柱表面面網(wǎng)格為2～5 mm。駕駛室和壁面面網(wǎng)格為10～250 mm。根據(jù)所建立的面網(wǎng)格生成體網(wǎng)格，所建立體網(wǎng)格分為4層加密，后視鏡區(qū)域體網(wǎng)格單獨加密?；谑讓舆吔鐚雍穸群涂偤穸裙将@得相應(yīng)的邊界層結(jié)構(gòu)的設(shè)置，以確定合理的邊界層數(shù)和網(wǎng)格增長率。駕駛室模型計算域體網(wǎng)格數(shù)為5 500萬。DES邊界層結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 DES邊界層結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.3 邊界條件設(shè)置

仿真采用CFD軟件模擬商用車在100 km／h的高速工況，入口選擇湍流強度和特征長度，湍流強度計算得I＝0.06，特征長度取駕駛室的后視鏡特征長度。穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬時，設(shè)2階迎風(fēng)格式為空間離散格式，分離流的壓力、速度亞松弛因子分別設(shè)為0.3和0.7。邊界條件如表2所示。

表2 邊界條件設(shè)置

瞬態(tài)計算以穩(wěn)態(tài)計算為初始值，采用DES湍流模型進行不可壓縮流動的求解。瞬態(tài)計算開始前，定義兩側(cè)車窗為聲源面，并輸出CGNS聲源數(shù)據(jù)代碼，并使用聲類比法求解車窗表面聲壓級。為精準地捕捉后視鏡區(qū)域脫落渦，時間步長至關(guān)重要［15］。氣動噪聲是寬頻帶噪聲且能量主要集中在中低頻，設(shè)置時間步長t＝0.2 ms，采樣頻率為5 000 Hz，可獲得2 500 Hz以內(nèi)的聲壓級信息。采樣時間要超過流動變化的特征周期的5倍左右，非定常流場的特性才得到充分發(fā)展。根據(jù)斯特勞哈爾數(shù)（Strouhal number）［16］來確定采樣時間，斯特勞哈爾數(shù)定義為

式中：f為特征頻率；d為特征長度；v為氣流速度。高雷諾數(shù)下圓柱體繞流的斯特勞哈爾數(shù)大約為0.2。后視鏡的橫向尺寸為230 mm，流場最高速度大約為28 m／s，代入式（5）中，可求出后視鏡流場的特征頻率大約為25 Hz，特征周期約為0.04 s。設(shè)置總時間步為5 000，采樣時間為0.5 s，是后視鏡流場特征周期的10倍，能充分反映出流動的特性。

4 湍流模型分析

4.1 后視鏡區(qū)域穩(wěn)態(tài)模型

4.1.1 殘差收斂分析

對駕駛室模型進行穩(wěn)態(tài)計算時，分別以流體動力學(xué)的連續(xù)方程（Continuity，又稱質(zhì)量守恒方程）、動量守恒方程（X-momentum、Y-momentum、Z-momentum）、能量守恒方程（Energy）和 SST（Menter）k-ω湍動能方程（Tke、sdr）的殘差的收斂曲線、收斂精度和收斂速度作為評價準則，來判斷穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬模型和參數(shù)選擇是否合理，收斂曲線如圖4所示。由圖可見，SST（Menter）k-ω模型的殘差曲線變化呈逐步下降的趨勢，在迭代2 000以后殘差曲線逐步收斂到0.001以下，收斂效果較為理想，故該模型與參數(shù)的選擇符合預(yù)期，可用于后續(xù)的瞬態(tài)分析。

圖4 SST k-ω模型殘差收斂曲線

4.1.2 后視鏡區(qū)域三維分析

在后視鏡區(qū)域尾流的穩(wěn)態(tài)流場分析中，創(chuàng)建X、Y、Z 3截面來研究后視鏡尾部區(qū)域流場情況及其氣動特性。X截面平行于YOZ平面，距后視鏡鏡面距離X1＝0.3 m；Y截面平行于XOZ平面，距離車窗的距離Y1＝0.2 m；Z截面平行于XOY平面，處于后視鏡的中部，距離后視鏡上緣Z1＝0.32 m。3處截面如圖5所示，壓力云圖如圖6所示。

圖5 后視鏡區(qū)域3截面位置示意圖

圖6 后視鏡3個截面尾流場穩(wěn)態(tài)壓力云圖

由圖6可見：在截面X上存在一個較大的壓力梯度密集的渦流中心，在后視鏡中心位置且靠近車窗表面，對前側(cè)窗的壓力脈動影響較大，從而成為氣動噪聲影響的主要區(qū)域；從截面Y可見，后視鏡區(qū)域尾流存在一個流線稀松且壓力梯度較不明顯的渦流中心；后視鏡迎風(fēng)面是最大壓力點，后視鏡基座處密集的渦流中心也向車窗區(qū)域靠攏；壓力波動主要集中在前側(cè)窗附近且向四周延伸擴散；截面Z可充分展示后視鏡區(qū)域尾流的壓力分布狀態(tài)；在后視鏡區(qū)域存在一個較大的渦流中心且靠近前側(cè)窗部位，后視鏡邊緣壓力梯度較密集；在后視鏡迎風(fēng)面上和A柱區(qū)域出現(xiàn)流線密集的壓力梯度，分別向前側(cè)窗和車身外側(cè)延伸，產(chǎn)生壓力，形成旋渦。

4.2 后視鏡區(qū)域瞬態(tài)模型

4.2.1 車窗表面聲壓級的求解

后視鏡區(qū)域尾流的脈動壓力和旋渦振動是主要的噪聲源［5］，主要為偶極子和四極子聲源。FW-H方程［17］考慮到流固邊界相互作用產(chǎn)生的噪聲問題，可全面準確地反映真實流場的噪聲情況。FW-H方程為

式中：p′為脈動壓力，p′＝p－p0；c0為聲速；ui為速度分量；Tij為Lighthill張量的分量；pij為應(yīng)力張量的分量；δ（f）為 Diracdelta函數(shù)；ρ0為未受擾動時流體密度。式中右側(cè)3項分別為 Lighthill聲源項（四極子）、表面脈動壓力引起的聲源（偶極子）、表面加速度引起的聲源（單極子）。對于低速行駛汽車而言，忽略第1和第3項。基于本研究的對象，車窗和車身表面的脈動壓力（偶極子聲源）是引起汽車內(nèi)部氣動噪聲的主要原因。

基于上述聲學(xué)理論對后視鏡尾流進行聲壓級分析，3組監(jiān)測點（L1－1、L1－2、L1－3、L1－4；L2－1、L2－2、L2－3、L2－4；L3－1、L3－2、L3－3、L3－4）位于后視鏡尾流氣動噪聲影響的核心區(qū)域，如圖7所示。

圖7 聲壓級采集點示意圖

3組監(jiān)測點的1／3倍頻程中心頻率如圖8所示。由圖可見，250 Hz左右的車外氣動噪聲是最高的；隨著頻率的進一步升高，氣動噪聲的聲壓級隨之降低，說明氣動噪聲主要集中在中低頻段；整體噪聲聲壓級在70 dB以上。從第1組數(shù)據(jù)來看，L1－1整體的聲壓級頻率是最高的，隨著測點的后移，相應(yīng)的氣動噪聲在減小，且前3個測點在車窗玻璃上，這說明車窗表面的氣動噪聲是主要的噪聲源；第2組數(shù)據(jù)顯示L2－1已經(jīng)不是最大的氣動噪聲曲線，這說明在車窗中心的部位氣動噪聲有所減低，氣動噪聲源向后移動至后3個測試點；第3組數(shù)據(jù)L3－4是最低的聲壓級曲線，表明車身上的氣動噪聲所占比例較小。綜合分析車窗區(qū)域的氣動噪聲表明，車窗部位的湍流壓力脈動是主要的噪聲源。

4.2.2 瞬態(tài)流動分析

基于上述的X、Y、Z 3截面對后視鏡區(qū)域進行瞬態(tài)壓力、瞬態(tài)流動和渦量的分析，結(jié)果如圖9和圖10所示。由圖可見，流過后視鏡的氣流在其尾部區(qū)域呈三維流動結(jié)構(gòu)，后視鏡尾流從負壓區(qū)到正壓區(qū)存在氣流壓力梯度，形成壓力旋渦，導(dǎo)致后視鏡尾流區(qū)域氣流流速減小。在后視鏡尾部會產(chǎn)生具有周期性的旋轉(zhuǎn)方向相反的氣流旋渦，是明顯的卡門渦街現(xiàn)象。產(chǎn)生的每一個渦流沖擊著車窗玻璃，渦流的產(chǎn)生、擠壓、變大和破碎在后視鏡區(qū)域的尾流場存在著強烈的壓力脈動，進而伴隨著氣動噪聲的產(chǎn)生［18］。

圖8 3組監(jiān)測點1／3倍頻程中心頻率對比

圖9 后視鏡區(qū)域瞬態(tài)壓力云圖

圖10 后視鏡區(qū)域瞬態(tài)流態(tài)云圖

氣流旋渦通常用渦量表示，渦量可以表示流體速度矢量的旋度、旋渦的強度和方向。通過對X、Y、Z 3截面瞬態(tài)渦量圖進行分析，可以發(fā)現(xiàn)后視鏡區(qū)域的尾流場產(chǎn)生氣動噪聲的機理。在高速氣流下，后視鏡的尾流場渦量比較復(fù)雜，如圖11所示。該區(qū)域按照時間順序交替產(chǎn)生渦量大小相似、旋轉(zhuǎn)方向相反的一對渦，逐漸向后發(fā)展變大破碎。在汽車上，由于卡門渦街的存在，使后視鏡尾流場區(qū)域的流動狀態(tài)比較復(fù)雜，它產(chǎn)生周期性的壓力脈動，這種周期性的壓力脈動會沖擊側(cè)窗，還在后視鏡區(qū)域產(chǎn)生較大的脈動噪聲，又稱氣流沖擊噪聲［19］。

圖11 后視鏡區(qū)域瞬態(tài)渦量圖

基于上述的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)模型的分析發(fā)現(xiàn)：在后視鏡區(qū)域形成較大的湍流壓力脈動，且主要集中于前側(cè)窗表面。據(jù)此將車窗表面列為主要的研究對象，把兩側(cè)窗表面的CGNS聲學(xué)代碼作為邊界條件導(dǎo)入聲學(xué)有限元分析中進行氣動噪聲傳播的計算。

5 氣動噪聲傳播分析

5.1 建立聲學(xué)模型

首先建立聲學(xué)有限元模型，為使計算較為準確，駕駛室聲腔模型要求1個波長內(nèi)有6個單元。本次預(yù)測駕駛室內(nèi)的聲壓級最高頻率為2 500 Hz，因此聲腔分析的有限元網(wǎng)格為20 mm。為表示車內(nèi)聲壓級的分布，以駕駛員耳部垂直地面和平行地面建立場點網(wǎng)格。聲腔網(wǎng)格和場點網(wǎng)格如圖12所示。

圖12 駕駛室內(nèi)聲腔網(wǎng)格及場點網(wǎng)格分布

5.2 玻璃模態(tài)計算

玻璃是湍流壓力脈動和噪聲輻射的唯一介質(zhì)，為將CFD計算的時域數(shù)據(jù)映射到玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上進行聲學(xué)計算，須明確知道玻璃的模態(tài)來反映壓力振幅，進而進行車內(nèi)基于模態(tài)的響應(yīng)計算。汽車左右兩側(cè)窗玻璃的參數(shù)如表3所示。

采用有限元軟件計算了車窗兩側(cè)玻璃的模態(tài)，玻璃的模態(tài)頻率從20 Hz計算，每隔4個頻率點計算1組模態(tài)，對應(yīng)在聲學(xué)有限元分析中的4 Hz的計算步長，玻璃的1／3倍頻模態(tài)如圖13所示。

圖13 6組玻璃1／3倍頻模態(tài)

5.3 基于模態(tài)的噪聲計算結(jié)果分析

選取左側(cè)的駕駛室聲腔和場點聲壓級分布進行分析。圖14給出了不同頻率下駕駛室聲腔聲壓級云圖。由圖可見：噪聲的最大聲壓級均分布在車窗周圍，在20－400 Hz頻段內(nèi)隨著頻率的提高，聲壓級逐漸增大；超過400 Hz后逐漸減低，但車窗附近仍是最大的聲壓區(qū)域。因此，后視鏡側(cè)窗區(qū)域是主要傳播駕駛內(nèi)的噪聲源，同時也是人耳接受噪聲主要噪聲源。圖15給出了駕駛室場點的內(nèi)部聲學(xué)空間的聲壓級云圖。由圖可見，氣動噪聲對車內(nèi)的影響主要集中在車窗附近兩側(cè)。場點聲學(xué)空間在駕駛員頭部區(qū)域產(chǎn)生的聲壓級大于其它空間。

圖14 不同頻率聲腔表面聲壓級分布

圖15 不同頻率室內(nèi)場點聲壓級云圖

圖16 駕駛員耳旁聲壓級

圖16 給出了駕駛室內(nèi)部聲學(xué)空間駕駛員左耳旁的1／3倍頻程中心頻率頻譜圖。由圖可見，聲壓最大值發(fā)生在400 Hz附近。在20－2 500 Hz頻段內(nèi)出現(xiàn)了多個峰值，這一點也證實了氣動噪聲是寬頻帶噪聲。隨著頻率的提高，聲壓級呈減少的趨勢，說明了氣動噪聲能量主要體現(xiàn)在中低頻段。噪聲的幅值在55 dB左右，很容易造成駕駛員聽覺神經(jīng)的疲勞，嚴重影響駕駛舒適性。

6 試驗研究

6.1 試驗測試

目前，用于氣動噪聲測試的聲學(xué)風(fēng)洞價格昂貴，不適于公司的實際研究。本文中采用實車道路滑行試驗，測試地點為柳州至象州的平坦柏油高速公路，且無其他車輛，以盡量減小干擾項。天氣晴，氣溫24℃，微風(fēng)，風(fēng)速為1 m／s。圖17為測試點和測試儀器。采用比利時LMS公司Test.lab噪聲測試設(shè)備，集成了Test.Lab17A試驗分析軟件系統(tǒng)與16通道SCADAS便攜式數(shù)據(jù)采集前端。使用丹麥GRAS公司的預(yù)極化傳聲器和前置放大器（圖17中白圈所示）。

圖17 駕駛室內(nèi)聲壓級測試

6.2 仿真與試驗結(jié)果分析

圖18 不同車速下的總聲壓級變化量

為研究不同車速下氣動噪聲對駕駛員左耳旁聲壓級的影響，選擇汽車車速v＝60～110 km／h區(qū)間，間隔為10 km／h，進行6組數(shù)據(jù)的測試。圖18為駕駛員左耳旁聲壓級隨車速變化的曲線。80 km／h車速的總聲壓級為68 dB，以此為標準。從圖中可以看出：隨著車速增高，駕駛室內(nèi)的聲壓級也隨之變大，但過了90 km／h，聲壓級下降；到100 km／h以后突然有一定的聲壓級躍升，車內(nèi)氣動噪聲隨著車速的升高，影響越大；但低于80 km／h顯然主要是機械噪聲和輪胎噪聲；60和70 km／h車速的聲壓兩者相差不大。

車內(nèi)聲壓級的測試屬于整車噪聲，圖19為試驗與仿真1／3倍頻聲壓級對比。由圖可見，低頻段仿真與測試值相差多達20 dB左右。隨著頻率增加，兩者差值逐漸縮小。在中高頻段兩者吻合良好，氣動噪聲占主要作用。仿真總聲壓級為74.84 dB，與試驗85.56 dB存在近11 dB的誤差。造成誤差的原因主要有：試驗過程中發(fā)動機及路面激勵引起的低頻結(jié)構(gòu)振動噪聲，使測試值偏大；仿真時，主要考慮了車窗部分的壓力脈動，忽略了氣動噪聲對遮陽板和駕駛室其他部位產(chǎn)生的氣動噪聲；忽略車身表面存在的孔縫引起的尖嘯聲、局部階梯（如車頂凹凸）氣流分離引起的氣動噪聲等。

圖19 試驗與仿真1／3倍頻聲壓級對比

7 結(jié)論

本文中采用CFD結(jié)合聲學(xué)有限元方法對駕駛室內(nèi)氣動噪聲進行分析與預(yù)測。首先確定湍流壓力脈動的聲源信息，并在CFD中使用近場Lightill聲類比法研究了車外湍流壓力脈動和聲壓脈動；在聲學(xué)有限元分析中，預(yù)測了車內(nèi)聲學(xué)空間環(huán)境，得出了駕駛員左耳旁的聲壓級，并進行了相關(guān)的實車測試，主要獲得以下結(jié)論。

（1）基于駕駛室仿真模型，在后視鏡區(qū)域采用了1～2 mm較密的體網(wǎng)格以提取車窗表面在2 500 Hz以內(nèi)的湍流壓力脈動信息，以保證聲學(xué)有限元分析精度。

（2）三截面方法可直觀反映后視鏡的三維空間流態(tài)，展示了后視鏡區(qū)域湍流壓力脈動對車窗表面氣流沖擊的影響機理，用于定性分析。

（3）在CFD中通過計算車外氣動噪聲的聲壓級確定中低頻噪聲為主要的氣動噪聲源；車窗表面湍流壓力脈動是導(dǎo)致駕駛室內(nèi)的氣動噪聲主要噪聲源，可作為后視鏡氣動噪聲仿真分析的主要聲源之一。

（4）通過滑行道路實車測試，在忽略試驗與仿真誤差的基礎(chǔ)上，CFD（DES）＋FEM方法可有效預(yù)測駕駛室內(nèi)氣動噪聲分布和聲壓級，為后續(xù)的后視鏡優(yōu)化仿真與試驗提供一種工程方法。