車(chē)身簡(jiǎn)化模型中A-立柱和后視鏡風(fēng)噪的試驗(yàn)研究*

王亓良，陳 鑫，張英朝，2，張祥東，顧燦松，關(guān)青青

（1. 吉林大學(xué)，汽車(chē)仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022；2. 中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心空氣動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，綿陽(yáng) 621000；3. 中汽研（天津）汽車(chē)工程研究院有限公司，天津 300300）

前言

隨著人們生活水平的提高，汽車(chē)消費(fèi)者對(duì)舒適性的要求也相應(yīng)提高。當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，風(fēng)噪成為影響舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)。汽車(chē)后視鏡是汽車(chē)表面主要的突出部件，而A 柱位于前風(fēng)窗與側(cè)窗交界處，幾何突變帶來(lái)強(qiáng)烈的A柱渦，且二者均靠近車(chē)窗玻璃，是汽車(chē)風(fēng)噪研究主要關(guān)注的部件。

由于當(dāng)前風(fēng)噪仿真仍存在許多不足，精準(zhǔn)的仿真需要大量的計(jì)算資源，而風(fēng)洞測(cè)試手段更加直觀可靠，因此在氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)試仍是汽車(chē)風(fēng)噪研究和驗(yàn)證仿真精度的重要手段之一。

針對(duì)A 柱及后視鏡風(fēng)噪，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多有意義的工作。相關(guān)風(fēng)洞試驗(yàn)研究表明，實(shí)車(chē)車(chē)內(nèi)風(fēng)噪主要由車(chē)身密封不嚴(yán)引起的泄漏噪聲和通過(guò)車(chē)窗及車(chē)身板件傳入車(chē)內(nèi)的外形噪聲組成［1-2］。此外，車(chē)底風(fēng)噪對(duì)車(chē)內(nèi)中低頻噪聲也具有較高的貢獻(xiàn)［3］。由于實(shí)車(chē)風(fēng)噪聲源較多，傳遞路徑較為復(fù)雜，其他風(fēng)噪對(duì)A柱及后視鏡風(fēng)噪具有掩蔽作用?；趯?shí)車(chē)進(jìn)行風(fēng)噪測(cè)試，通常需要對(duì)車(chē)身縫隙、車(chē)底等進(jìn)行復(fù)雜的密封，以排除泄漏和車(chē)底風(fēng)噪的影響，測(cè)試流程繁瑣，且不便于A 柱截面的改型和后視鏡的拆裝。

在國(guó)內(nèi)，吉林大學(xué)基于平板試驗(yàn)臺(tái)對(duì)5 款車(chē)用后視鏡進(jìn)行風(fēng)噪測(cè)試研究，得出5 個(gè)對(duì)后視鏡風(fēng)噪影響較大的造型因素［4］，但平板試驗(yàn)臺(tái)的流場(chǎng)與實(shí)車(chē)存在較大差異。同濟(jì)大學(xué)采用風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算方法，基于Dihedron 模型研究了前窗傾角對(duì)A 柱渦動(dòng)力學(xué)演化的影響，并強(qiáng)調(diào)了模型壁面的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響［5］，但該模型尺寸較小，雷諾數(shù)與實(shí)車(chē)差別較大。且上述研究主要針對(duì)車(chē)外對(duì)流壓力脈動(dòng)，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)及車(chē)內(nèi)風(fēng)噪研究較少，而相關(guān)研究表明，聲壓對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)更大［6］。

國(guó)外率先開(kāi)展了基于汽車(chē)簡(jiǎn)化模型的A 柱及后視鏡風(fēng)噪研究，常用的簡(jiǎn)化模型包括DrivAer 模型［7］、SAE 模型［6］及現(xiàn)代簡(jiǎn)化模型（HSM）［8］等。這些汽車(chē)簡(jiǎn)化模型的共同特點(diǎn)是均模擬了實(shí)車(chē)A柱和后視鏡區(qū)域的流動(dòng)，并假定車(chē)窗玻璃是風(fēng)噪傳入車(chē)內(nèi)的唯一路徑。

綜上所述，與平板試驗(yàn)臺(tái)和Dihedron 模型相比，本文汽車(chē)簡(jiǎn)化模型更接近實(shí)車(chē)流場(chǎng)；其與實(shí)車(chē)相比，具有確定的風(fēng)噪聲源和傳遞路徑，且具有A柱、后視鏡改進(jìn)和拆裝方便等優(yōu)勢(shì)。本文中仿制HSM 模型，基于聲學(xué)風(fēng)洞在不同風(fēng)速及偏航角下，對(duì)5 種不同外形配置的試驗(yàn)工況進(jìn)行風(fēng)噪測(cè)試研究。通過(guò)對(duì)車(chē)窗、遠(yuǎn)場(chǎng)及車(chē)內(nèi)風(fēng)噪的全面評(píng)價(jià)，對(duì)A 柱及后視鏡風(fēng)噪特性進(jìn)行總結(jié)，得出更具有普遍性的結(jié)論，加深了對(duì)風(fēng)噪產(chǎn)生機(jī)理的理解，可指導(dǎo)風(fēng)噪優(yōu)化，同時(shí)可為后續(xù)風(fēng)噪仿真驗(yàn)證工作提供參考。

1 風(fēng)噪測(cè)試方法

1.1 簡(jiǎn)化模型與風(fēng)洞

簡(jiǎn)化模型主要用于模擬實(shí)車(chē)A 柱附近的流動(dòng)，基本尺寸如圖1 所示，模型長(zhǎng)2 m、寬1 m、高1 m，前風(fēng)窗傾角50°，側(cè)窗傾角80°，前風(fēng)窗與車(chē)頂交界處圓角半徑為200 mm。與SUV、轎車(chē)等乘用車(chē)型上車(chē)身形狀基本相似。

圖1 簡(jiǎn)化模型幾何尺寸示意圖（單位：mm）

模型主要由車(chē)身、窗框、車(chē)窗及車(chē)內(nèi)聲學(xué)包組成。車(chē)身及窗框由厚度12 mm 的6061 鋁合金制成，隔聲量遠(yuǎn)大于5 mm 厚的鋼化玻璃車(chē)窗。車(chē)身內(nèi)側(cè)貼有總厚度50 mm的聲學(xué)包材料，主要由阻尼片、隔音泡沫和吸音棉組成，材料排列與各層厚度如圖2所示。聲學(xué)包大幅增加了車(chē)身隔聲量，且模型氣密性良好，無(wú)泄漏噪聲，保證車(chē)窗玻璃是風(fēng)噪傳入車(chē)內(nèi)的唯一路徑。

圖2 車(chē)身內(nèi)側(cè)聲學(xué)包材料示意圖

風(fēng)噪測(cè)試在噴口面積為28 m2的汽車(chē)專(zhuān)用氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行，風(fēng)洞中采用了先進(jìn)的降噪技術(shù)，背景噪聲遠(yuǎn)低于模型風(fēng)噪，滿(mǎn)足測(cè)試要求。試驗(yàn)段溫度為22 ℃，相對(duì)濕度為51%，環(huán)境參數(shù)可控。模型布置如圖3 所示，位于試驗(yàn)段轉(zhuǎn)盤(pán)中央，離地間隙為11 cm，以吸音棉包裹支撐腳輪來(lái)降低其背景噪聲。

圖3 風(fēng)洞中模型布置示意圖

1.2 風(fēng)噪采集與評(píng)價(jià)

圖4為8個(gè)GRAS 40LS型表面?zhèn)髀暺鞯牟贾?，用于采集左?cè)窗不同區(qū)域的表面風(fēng)噪，最大量程為164 dB；圖5 所示的HMS IV 型人工頭布置于模型中央，用于采集車(chē)內(nèi)風(fēng)噪；圖3 所示模型左側(cè)6 m 處指向模型的PCB 37B02型傳聲器，用于遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪采集。采用Head Lab 測(cè)試采集前端，為確保重復(fù)性，每個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒杉?次取平均，每次采集時(shí)長(zhǎng)15 s。采用LMS 的Test Lab 試驗(yàn)分析軟件，采集的時(shí)域壓力信號(hào)，經(jīng)傅里葉變換轉(zhuǎn)換至頻域，聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲壓級(jí)：

式中：Lp為遠(yuǎn)場(chǎng)、車(chē)內(nèi)的聲壓級(jí)或側(cè)窗的壓力級(jí)，其平均計(jì)算采用對(duì)數(shù)平均；pe為待測(cè)聲壓或壓力的有效值；參考聲壓p0=2×10-5Pa。

圖4 左側(cè)窗外表面?zhèn)髀暺魑恢脠D

圖5 車(chē)內(nèi)傳聲器及人工頭位置圖

外場(chǎng)風(fēng)噪同時(shí)包括水動(dòng)壓與聲壓，水動(dòng)壓隨質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)沿著對(duì)流方向傳播，聲壓依靠氣體壓縮膨脹向四周輻射傳播，水動(dòng)壓量級(jí)遠(yuǎn)高于聲壓。由于側(cè)窗表面風(fēng)噪以水動(dòng)壓為主，以壓力級(jí)評(píng)價(jià)；車(chē)內(nèi)及遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪為聲壓，以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與語(yǔ)音清晰度［9］來(lái)評(píng)價(jià)。

2 試驗(yàn)工況設(shè)置

為進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)計(jì)圖6所示5種簡(jiǎn)化模型：

模型3為未添其他附件的基礎(chǔ)模型，方形截面A柱是主要風(fēng)噪聲源，用以研究方形A 柱風(fēng)噪特性及其隨風(fēng)速、偏航角的變化規(guī)律；

模型2，基于模型3 添加了弧形截面A 柱，改變了A 柱渦的形態(tài)，使流動(dòng)更加貼近實(shí)車(chē)A 柱流場(chǎng)，用以研究弧形A柱風(fēng)噪；

模型1，基于模型2添加裝飾條，減小弧形A柱與前風(fēng)窗的段差高度，用以驗(yàn)證飾條對(duì)A柱的風(fēng)噪貢獻(xiàn)；

模型4，基于模型1 添加后視鏡，以驗(yàn)證弧形A柱模型中后視鏡的風(fēng)噪貢獻(xiàn)；

模型5，基于模型3 添加后視鏡，驗(yàn)證方形A 柱模型中后視鏡的風(fēng)噪貢獻(xiàn)。

測(cè)試中，模型1、2、4、5 車(chē)身姿態(tài)均無(wú)偏航，風(fēng)速以120 km/h為主；模型3 風(fēng)速分為120 和140 km/h兩種工況，偏航角從-10°至+10°，每5°為間隔，其中負(fù)角度偏航時(shí)左側(cè)窗處于背風(fēng)側(cè)。

圖6 風(fēng)洞測(cè)試各模型與A柱截面示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 車(chē)窗風(fēng)噪分析

車(chē)窗外表面風(fēng)噪以水動(dòng)壓為主，而非穩(wěn)態(tài)的壓力脈動(dòng)是形成遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪及車(chē)內(nèi)風(fēng)噪的源頭，首先對(duì)不同模型下的側(cè)窗風(fēng)噪壓力級(jí)進(jìn)行分析。

模型3 為基礎(chǔ)模型，反映了方形A 柱的風(fēng)噪表現(xiàn)。在風(fēng)速120 km/h 下側(cè)窗測(cè)點(diǎn)1 至8 的壓力級(jí)頻譜如圖7 所示。對(duì)比各測(cè)點(diǎn)在整個(gè)頻段內(nèi)的壓力級(jí)可知，A 柱渦在25～10 000 Hz 頻段內(nèi)都有風(fēng)噪貢獻(xiàn)，具有明顯的寬頻特性。且各測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)在中低頻差別明顯，中低頻能量對(duì)總壓力級(jí)貢獻(xiàn)較高。

圖7 120 km/h模型3側(cè)窗測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜

低頻風(fēng)噪對(duì)應(yīng)A 柱渦中尺度較大的擬序結(jié)構(gòu)，根據(jù)Kolmogorov 理論，A 柱渦從平均流中獲取動(dòng)能，在大渦破碎成小渦的級(jí)聯(lián)（Cascade）過(guò)程中，動(dòng)能傳遞至尺度較小的高頻渦結(jié)構(gòu)，小渦之間的黏性應(yīng)力很大，最終通過(guò)摩擦將動(dòng)能耗散為內(nèi)能，因此高頻風(fēng)噪能量逐漸衰減。頻譜趨勢(shì)上，測(cè)點(diǎn)4、7、8 中低頻能量較高，在100 Hz 以上頻段的壓力級(jí)均以較大斜率下降，這是由A 柱渦級(jí)聯(lián)過(guò)程引起的；而測(cè)點(diǎn)2 和3 中低頻能量明顯較低，說(shuō)明A 柱渦影響較??；測(cè)點(diǎn)1、5、6頻譜趨勢(shì)介于兩者之間。即在側(cè)窗表面，A柱渦內(nèi)中低頻風(fēng)噪較高，高頻有明顯的衰減現(xiàn)象。

空間上，對(duì)比測(cè)點(diǎn)1至3，以及測(cè)點(diǎn)4至6的總壓力級(jí)，均顯示了距離A 柱越遠(yuǎn)風(fēng)噪越低的趨勢(shì)，如圖8 所示。這是由于A 柱渦隨著流向距離增加而衰減造成的壓力脈動(dòng)的降低。

模型2 基于模型3 添加弧形A 柱，反映了實(shí)車(chē)A柱的風(fēng)噪表現(xiàn)，120 km/h 下其側(cè)窗各測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜如圖9 所示，由于弧形A 柱控制了流動(dòng)分離，減小了A柱渦，降低了側(cè)窗表面的壓力脈動(dòng)，部分測(cè)點(diǎn)中低頻壓力級(jí)明顯降低。在圖8 所示側(cè)窗8 個(gè)測(cè)點(diǎn)總壓力級(jí)中，除測(cè)點(diǎn)2 與3 升高以外，測(cè)點(diǎn)4、5、6、8 均明顯降低。側(cè)窗平均壓力級(jí)降低4.08 dB。

圖8 120 km/h各模型側(cè)窗測(cè)點(diǎn)總壓力級(jí)

圖9 120 km/h模型2側(cè)窗測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜

模型1基于模型2增加飾條，120 km/h下側(cè)窗測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜如圖10所示。結(jié)合圖8，增加飾條后，測(cè)點(diǎn)1、4和5總壓力級(jí)明顯降低，其中測(cè)點(diǎn)4降低8.93 dB，測(cè)點(diǎn)2與3總壓力級(jí)升高，其他測(cè)點(diǎn)變化較小。即對(duì)弧形A柱添加飾條對(duì)側(cè)窗部分測(cè)點(diǎn)有降噪效果，存在部分測(cè)點(diǎn)風(fēng)噪升高，側(cè)窗平均壓力級(jí)降低0.71 dB。

圖10 120 km/h模型1側(cè)窗測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜

模型4在模型1的基礎(chǔ)上添加后視鏡，側(cè)窗表面風(fēng)噪由弧形A 柱與后視鏡共同貢獻(xiàn)，120 km/h 側(cè)窗壓力級(jí)如圖11 所示。后視鏡風(fēng)噪在低頻有明顯的壓力級(jí)峰值，在120 km/h風(fēng)速下，該頻率為43 Hz，當(dāng)風(fēng)速增加至140 km/h 時(shí)，該頻率響應(yīng)增加至50 Hz，這是由于后視鏡回流渦脫落頻率隨風(fēng)速升高而增加，在測(cè)點(diǎn)4～6 的壓力級(jí)峰值最明顯。如圖8 所示側(cè)窗各點(diǎn)總壓力級(jí)中，基于弧形A 柱，模型4 中后視鏡在測(cè)點(diǎn)1～6 中均有明顯風(fēng)噪貢獻(xiàn)，對(duì)遠(yuǎn)離后視鏡的測(cè)點(diǎn)7 與8 影響較小。模型4 中后視鏡對(duì)側(cè)窗平均壓力級(jí)貢獻(xiàn)為5.5 dB。

圖11 120 km/h模型4側(cè)窗測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜

模型5在模型3基礎(chǔ)上添加后視鏡，側(cè)窗表面風(fēng)噪由方形A 柱與后視鏡貢獻(xiàn)，120 km/h 側(cè)窗壓力級(jí)如圖12 所示。測(cè)點(diǎn)4～6 在頻率43 Hz 處也存在峰值，證明該峰值是由后視鏡風(fēng)噪貢獻(xiàn)。如圖8 所示的總壓力級(jí)中，基于方形A 柱，模型5 中后視鏡對(duì)測(cè)點(diǎn)7～8 的風(fēng)噪貢獻(xiàn)依然較小。與模型4 相比，后視鏡在測(cè)點(diǎn)4～6 的風(fēng)噪貢獻(xiàn)明顯降低，對(duì)側(cè)窗平均壓力級(jí)貢獻(xiàn)減小2.17 dB，這是由于方形A 柱的掩蔽效應(yīng)造成的。由于模型3 中測(cè)點(diǎn)2 與3 受A 柱渦影響很小，風(fēng)噪很低，而后視鏡的存在增加了該區(qū)域的壓力脈動(dòng)，因此增幅明顯。這說(shuō)明A 柱的形狀不僅影響A 柱渦風(fēng)噪，作為背景流動(dòng)，也影響后視鏡風(fēng)噪貢獻(xiàn)。

圖12 120 km/h模型5側(cè)窗測(cè)點(diǎn)壓力級(jí)頻譜

當(dāng)風(fēng)速由120增加至140 km/h時(shí)，模型1、3、4、5側(cè)窗測(cè)點(diǎn)總壓力級(jí)變化如圖13和圖14所示。隨風(fēng)速增加，車(chē)窗表面各測(cè)點(diǎn)總壓力級(jí)均勻增加，風(fēng)速增加20 km/h，模型1、3、4、5車(chē)窗平均總壓力級(jí)分別增加3.14、2.77、2.75、2.71 dB。此處，風(fēng)速增加至140 km/h時(shí)，模型4和模型5中后視鏡風(fēng)噪側(cè)窗平均總壓力級(jí)貢獻(xiàn)分別為5.11和2.11 dB，風(fēng)噪貢獻(xiàn)變化不大。

圖13 120和140 km/h模型1和模型4側(cè)窗測(cè)點(diǎn)總壓力級(jí)

圖14 120和140 km/h模型3和模型5側(cè)窗測(cè)點(diǎn)總壓力級(jí)

120 km/h 下，模型3 不同偏航角下側(cè)窗測(cè)點(diǎn)1的壓力級(jí)頻譜如圖15所示。從0°～-10°左側(cè)窗處于背風(fēng)側(cè)，即側(cè)風(fēng)從模型車(chē)右側(cè)向左側(cè)吹，隨著偏航角度增加，使得A 柱渦分離區(qū)內(nèi)壓力脈動(dòng)增強(qiáng)，測(cè)點(diǎn)1 的壓力級(jí)在全頻段內(nèi)明顯增加，在-5°和-10°總壓力級(jí)分別比無(wú)偏航增加8.58 和11.54 dB。與之相反，從0°～+10°A 柱渦變小，側(cè)窗處于迎風(fēng)側(cè)，盡管氣流滯止可能造成靜壓升高，但A 柱渦變小使得壓力脈動(dòng)明顯降低，在+5°和+10°測(cè)點(diǎn)1 總壓力級(jí)分別降低12.22和15.12 dB，兩種角度下在800 Hz以上的壓力級(jí)差別較小。

圖15 120 km/h模型3偏航時(shí)側(cè)窗測(cè)點(diǎn)1壓力級(jí)頻譜

3.2 遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪分析

遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪反映了汽車(chē)行駛中對(duì)環(huán)境噪聲的貢獻(xiàn)，由于未經(jīng)過(guò)玻璃的隔聲和內(nèi)飾吸聲，能夠更直觀地反映各模型的風(fēng)噪中車(chē)外聲壓的貢獻(xiàn)和頻率特性。

風(fēng)速120 km/h 下模型左側(cè)6 m 處的遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓級(jí)頻譜如圖16 所示。對(duì)比模型1 與2，容易發(fā)現(xiàn)飾條對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪貢獻(xiàn)不明顯。對(duì)比模型2 與3，方形A 柱的遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪在全頻段內(nèi)明顯高于弧形A 柱，特別是在315 Hz 以上，且在4 000 Hz 附近聲壓級(jí)最大增幅為12.8 dB（A），總聲壓級(jí)增加5.82 dB，語(yǔ)音清晰度降低17.84百分點(diǎn)。

圖16 120 km/h各模型遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)頻譜

對(duì)比模型1 與4，在弧形A 柱模型的基礎(chǔ)上，后視鏡在200～2 000 Hz頻段聲壓級(jí)明顯增加，最大增幅為4.45 dB（A），總聲壓級(jí)增加1.52 dB，語(yǔ)音清晰度降低了3.46百分點(diǎn)。對(duì)比模型3與5，在方形A柱模型的基礎(chǔ)上，后視鏡風(fēng)噪貢獻(xiàn)主要在160～800 Hz頻段，最大增幅為2.55 dB（A）。在1 000 Hz以上，后視鏡風(fēng)噪貢獻(xiàn)被方形A 柱的風(fēng)噪掩蓋，總聲壓級(jí)反而降低2.11 dB，語(yǔ)音清晰度升高6.32 百分點(diǎn)。此外，模型4 和5 的遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)后視鏡在低頻的聲壓級(jí)峰值頻率。這說(shuō)明，圖11和圖12中的低頻壓力級(jí)峰值主要是水動(dòng)壓的波動(dòng)，水動(dòng)壓沿著流動(dòng)方向傳播，而對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪無(wú)貢獻(xiàn)。

風(fēng)速120 和140 km/h 下各模型遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪總聲壓級(jí)與語(yǔ)音清晰度如圖17 所示。隨著風(fēng)速增加20 km/h，模型1、3、4、5 的遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪總聲壓級(jí)分別增加4.86、4.52、4.8、4.83 dB（A）。語(yǔ)音清晰度分別降低15.38、11.29、15.66、15.81 百分點(diǎn)。反映了隨風(fēng)速增加，遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪增長(zhǎng)情況。

在120 km/h 風(fēng)速下，不同偏航角下模型3 遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪如圖18 所示，1 000 Hz 以上聲壓級(jí)變化明顯。當(dāng)偏航-10°時(shí)，遠(yuǎn)場(chǎng)側(cè)點(diǎn)處于背風(fēng)側(cè)，總聲壓級(jí)升高1.66 dB（A）時(shí)，語(yǔ)音清晰度降低2.65 百分點(diǎn)。而當(dāng)偏航+10°時(shí)，遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪總聲壓級(jí)降低2.76 dB（A），語(yǔ)音清晰度升高9.49百分點(diǎn)。

圖17 120和140 km/h各模型遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)總聲壓級(jí)與語(yǔ)音清晰度

圖18 120 km/h模型3偏航時(shí)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)頻譜

3.3 車(chē)內(nèi)風(fēng)噪分析

車(chē)內(nèi)風(fēng)噪一部分由水動(dòng)壓激勵(lì)車(chē)窗振動(dòng)產(chǎn)生，一部分由車(chē)外聲壓透過(guò)車(chē)窗向車(chē)內(nèi)輻射。車(chē)內(nèi)噪聲直觀反映了人耳的直接感受。

120 km/h 各模型的車(chē)內(nèi)人工頭左耳聲壓級(jí)如圖19～圖21 所示。對(duì)比模型2 與3，方形A 柱比弧形A柱的車(chē)內(nèi)風(fēng)噪總聲壓級(jí)高2.52 dB（A），語(yǔ)音清晰度低3.18 百分點(diǎn)。由于玻璃隔聲作用，方形A 柱在500 Hz 以上的中高頻車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)增幅明顯小于圖16所示的遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪變化。

圖19 120 km/h模型2與3車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)頻譜

對(duì)比模型1 與4，基于弧形A 柱模型，后視鏡車(chē)內(nèi)總聲壓級(jí)貢獻(xiàn)為0.62 dB（A），語(yǔ)音清晰度貢獻(xiàn)為9.63 百分點(diǎn)。對(duì)比模型3 與5，基于方形A 柱模型，后視鏡車(chē)內(nèi)總聲壓級(jí)貢獻(xiàn)為0.73 dB（A），語(yǔ)音清晰度貢獻(xiàn)為4.36 百分點(diǎn)。對(duì)比頻譜發(fā)現(xiàn)，模型4 中后視鏡2 000 Hz以上對(duì)車(chē)內(nèi)風(fēng)噪的貢獻(xiàn)明顯高于模型5，即方形A柱對(duì)后視鏡風(fēng)噪在高頻段的車(chē)內(nèi)風(fēng)噪掩蔽作用明顯，對(duì)車(chē)內(nèi)語(yǔ)音清晰度影響較大。

圖20 120 km/h模型1與4車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)頻譜

圖21 120 km/h模型3與5車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)頻譜

風(fēng)速120 和140 km/h 下各模型車(chē)內(nèi)風(fēng)噪總聲壓級(jí)和語(yǔ)音清晰度如圖22 所示。隨著風(fēng)速增加20 km/h，模型2、3、4、5 的車(chē)內(nèi)風(fēng)噪總聲壓級(jí)分別增加4.95、4.69、4.1、4.2 dB（A）。語(yǔ)音清晰度分別降低17.82、16.53、13.89、16 百分點(diǎn)。反映了隨風(fēng)速升高車(chē)內(nèi)風(fēng)噪增長(zhǎng)情況。此外，從圖中同樣發(fā)現(xiàn)模型1添加飾條后車(chē)內(nèi)風(fēng)噪變化較小。

圖22 120和140 km/h各模型車(chē)內(nèi)人工頭左耳總聲壓級(jí)與語(yǔ)音清晰度

120 km/h 模型3 偏航時(shí)車(chē)內(nèi)風(fēng)噪頻譜如圖23所示，人工頭左耳能夠反映左側(cè)窗的風(fēng)噪變化。如前所述，負(fù)角度偏航時(shí)左耳位于背風(fēng)側(cè)，反之為迎風(fēng)側(cè)。相比于圖18 所示遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪，由于玻璃隔聲的影響，車(chē)內(nèi)風(fēng)噪變化幅度明顯減小。在2 500 Hz 以上頻段的聲壓級(jí)變化較大，且變化趨勢(shì)與外場(chǎng)風(fēng)噪相似。相比于0°工況，偏航+5°、+10°時(shí)2 500 Hz 以上迎風(fēng)側(cè)車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)分別平均降低1.83、3.49 dB（A）。偏航-5°、-10°時(shí)2 500 Hz 以上背風(fēng)側(cè)車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)分別平均升高1、1.51 dB（A）。對(duì)比語(yǔ)音清晰度發(fā)現(xiàn)，偏航+10°與-10°時(shí)，車(chē)內(nèi)語(yǔ)音清晰度分別升高0.45 百分點(diǎn)與降低2.04 百分點(diǎn)。此外，文獻(xiàn)表明曲率半徑較大的弧形A 柱，風(fēng)噪對(duì)偏航的靈敏度更低［10］。

圖23 120 km/h模型3偏航時(shí)車(chē)內(nèi)人工頭左耳聲壓級(jí)頻譜

4 結(jié)論

基于不同風(fēng)速、偏航角下的風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果，對(duì)各模型側(cè)窗、遠(yuǎn)場(chǎng)及車(chē)內(nèi)風(fēng)噪展開(kāi)對(duì)比分析，得出以下結(jié)論。

（1）A 柱及后視鏡風(fēng)噪均具有寬頻特性。側(cè)窗表面A柱渦內(nèi)中低頻風(fēng)噪較高，高頻衰減較快；弧形A 柱控制了流動(dòng)分離，風(fēng)噪較低，其側(cè)窗風(fēng)噪流向上空間分布更均勻；A 柱飾條對(duì)側(cè)窗風(fēng)噪部分測(cè)點(diǎn)有降噪效果，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)和車(chē)內(nèi)貢獻(xiàn)較小。

（2）后視鏡尾流中水動(dòng)壓存在壓力級(jí)峰值，對(duì)應(yīng)特征頻率隨風(fēng)速升高而增加，對(duì)側(cè)窗風(fēng)噪有明顯影響，而對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)和車(chē)內(nèi)風(fēng)噪貢獻(xiàn)較??；方形A柱中高頻風(fēng)噪較高，在側(cè)窗、遠(yuǎn)場(chǎng)及車(chē)內(nèi)噪聲中，均對(duì)后視鏡風(fēng)噪貢獻(xiàn)具有明顯的掩蔽作用。

（3）隨風(fēng)速升高，各模型車(chē)窗風(fēng)噪、遠(yuǎn)場(chǎng)風(fēng)噪及車(chē)內(nèi)風(fēng)噪均明顯增加；偏航時(shí)，車(chē)窗風(fēng)噪在全頻段內(nèi)表現(xiàn)出迎風(fēng)側(cè)降低、背風(fēng)側(cè)升高的趨勢(shì)。