0引言
在汽车发展日新月异的今天,人们对乘车舒适度也有了更高的要求,而汽车在高速行驶时,由高速不定性气流激励产生的无动力学规律的风噪声,会令乘客极为不适,因此,如何降低风噪已成为nvh的重要研究课题。当车速达到80km/h，风噪声逐渐掩盖其他噪声成为主要噪声源，随着车速的提高，更是以车速六次方的关系增加，因此，高速行驶的汽车噪声控制的有效途径是控制风噪。影响风噪的因素很多，风噪的大小取决于车速、偏航角、车辆外造型以及密封性能等因素，车辆外造型是引起风噪的源头，直接决定了噪声源的大小和位置。因此，通过cae仿真的手段做好的外造型的前期控制，不但可以有效抑制风噪，也减少了风洞试验次数，对控制成本与开发周期有利。
车身外造型对风噪影响较大的区域主要是a柱，后视镜，发动机罩以及外造型的搭接方式，而a柱对风噪的影响又是极为敏感的，不但受到机盖尾部流场的影响，经过前风窗的部分气流也会流向a柱，少部分涡流从前风挡下部流向a柱与后视镜耦合区域，流动状态急剧变差，故a柱与后视镜区域产生的声源是整车风噪的最大风噪声源。因此，控制a柱造型，减少a柱气流分离成为了控制风噪的关键，通过增加a柱装饰件和修改a柱型面，均能明显减小气流分离区。
a柱造型对于风噪是很敏感的，流向前风挡玻璃的气流从侧面流出，在a柱上端分开后形成向上移动的圆锥形漩涡，从a柱分离的流体在侧窗附近产生一个高强度的锥形涡，这里形成的声源离驾驶员耳朵的位置非常靠近，加上窗玻璃是一种很差的绝缘体，这种a柱声源的重要性是显而易见的。a柱分离后的流体会对外后视镜流场起到增强的作用，所以，合适的a柱对抑制声音目标，降低气流的涡流强度很关键。本文将使用powerflow软件，以某款车型为基础，从正向开发的角度对a柱断面结构进行仿真分析及优化。
1研究方法
本文对某车型的a柱造型进行优化，其造型特征主要包括前风窗玻璃与a柱顶点的距离h,a柱挠度，a柱过渡圆角r、a柱饰板等，如下图1所示。
图1a柱结构图
powerflow是集流场，声场分析于一体的分析软件，计算得到流场数据后，需要通过poweracoustics软件进行傅立叶时频转换得到噪声激励信息之后，并可进行声传播计算。同时，时频转换计算完成后，采用powerviz软件对计算结果进行后处理，得到流场分布以及声压级分布云图。poweracoustics计算的目的有两个，其一，通过时频转换，将流场信息转化为声学信息，以用于powerviz后处理；其二，在poweracoustics中生存spl曲线，该曲线为spl声压级随频率变化的曲线；可导入玻璃对声波的衰减曲线等声学包信息，计算得到乘员舱内驾驶员头部噪声。powerviz后处理主要产生流场信息图及声产信息。如总压等值面cpt=0，涡流核心，贴面流线，声压级分布，压力脉动，切面速度云图等。
2、仿真及优化
2.1、前风窗玻璃与a柱顶点的距离h的影响
在原状态的基础上，将前风窗与a柱的段差h减小5mm,其他结构及参数均保持不变，得出的spl曲线图如下：
图2优化前后总声压级对比
图2是优化前后的spl曲线图对比，反应的是不同频段的声压级大小。从spl曲线图可以看出，优化后的总声压级在高频段明显降低，主要原因是优化后侧窗的贡献量减少了，h值的减小使得车内噪声声压级0.75dba，语音清晰度提升了1.4%。
图3是优化前后的涡量图，优化前a柱上的涡流量较强，涡流在撕裂的过程中产生声源，通过侧窗玻璃传到驾驶员耳朵，优化后a柱区域的涡流强度明显降低，其主要原因是从机盖、前风窗玻璃上的气流在经过a柱时，由于h段差小，气流分离少，故经过a柱时产生的涡流量较少。
图3涡量图
图4的优化前后的声压级云图。从两图对比发现，优化后a柱区域产生的声波辐射传递到侧窗玻璃减弱，b柱底部侧窗玻璃的声波载荷也有所减弱，这是因为优化后经过a柱的气流分离相对减少，a柱与后视镜耦合区域声压脉动减弱，后视镜尾部声压脉动也得到一定改善，声波辐射也有所减弱。
图4优化前侧窗声压级云图
2.2a柱挠度的影响
在原状态的基础上，修改a柱断面挠度值，分析挠度值对风噪的影响。挠度方案见图5，a方案a柱断面内收1.0mm，b方案a柱断面外拱1.5mm,其他外造型，声学包参数一致。得到结果如下：
图5a柱断面挠度方案
图6各方案的车内噪声贡献频谱对比
从图6可以看出，a方案在各个频率下均较原方案好，b方案在高频段比较好，低频段较a方案较差。对比图7可以看出，修改a柱挠度主要是对侧窗高频噪声产生影响，配合侧窗无夹层玻璃较强的高频穿透属性，侧窗噪声的整车风噪性能的影响较大。相较与原方案，a方案车内噪声声压级降低1.14dba,语音清晰度提升了2.58%，b方案车内噪声声压级降低了0.29dba，语音清晰度提升了1.73%。
图72800hz~5600hz的声压级分布云图
2.3a柱过渡圆角r的影响
以某车a柱为例分析a柱过渡r角对整车风噪的影响，原状态a柱断面倒角为r1.5，c方案a柱断面倒角为r9，d方案断面倒角为r18；如图8
图8a柱断面过渡倒角示意图
图9为各状态下的车内噪声频谱，由spl曲线可知，c、d方案的高频段得到了很大的改善，说明大倒角利于流体的运动，减少气流的分离，a柱产生涡流量降低，a柱侧窗附近产生的噪声源得到抑制。c方案声压级降低了0.5dba,语音清晰度提高了1.8%,d方案声压级降低了0.7dba,语音清晰度提高了2.1%,对比c、d方案表明倒角越大对风噪越有利倒角半径达到一定程度会使整个流场发生质变，再增大倒角效果不明显。
图9各方案车内噪声贡献频谱
图10为外造型涡流图，从a柱区域的涡流情况看，原状态的a柱涡流较为严重，c、d方案的a柱区域涡流得到了较大的改善，主要是因为做大倒角后经过a柱的气流分离减少了，涡流量也随之减弱。
图10各方案外造型涡流图对比
图11为2800hz~5600hz的声压云图，c、d方案较原方案声波辐射均有所减弱，主要原因是a柱气动分离减少，气流经过a柱产生的涡流量较少，a柱声源也随之变弱，另外a柱优化后a柱与后视镜的耦合区域的声源也得到一定的改善。
图11各方案的声压云图对比
2.4a柱饰板的影响
在原状态的基础上，增加30mm宽的a柱饰板，如图12。
图12e方案增加a柱饰板
从图13的spl曲线知，增加a柱饰板在所有频率下声压级都有所降低，从数据结果上看，增加a柱饰板后车内噪声总声压级降低1.74dba,语音清晰度提升3.3%，可见，a柱饰板对风噪影响很大，但我们仔细分析可知，a柱饰板对车内噪声降低比较明显的频段在1200以下的低频段，高频段也有所降低，但并不明显。
图13e方案与原状态车内噪声噪声频谱
３总结
本文基于powerflow软件对a柱的风噪性能进行仿真及优化，从得出的结果分析可知：a柱各参数对风噪的影响都是极为敏感的，前风窗玻璃与a柱顶点的距离，a柱外侧倒角的大小，a柱外表面挠度及a柱饰板都是a柱造型比较重要的参数，对a柱风噪影响较大，各优化方案对风噪的效果已比较明显，通过这次分析，可快速找到优化a柱风噪的方法与思路，为正向开发的a柱造型设计提供参考依据。
资料来源：达索官方
