1.介绍
对于大多数汽车制造商来说，在高速行驶时，温室风噪声占据了高频噪声的主导地位。使用实验方法来解决这种风噪声问题涉及高成本的原型、昂贵的风洞试验，以及可能昂贵的后期设计更改。为了减少这些相关成本并节省开发时间，在车辆设计过程的早期使用可靠的数值预测方法具有强烈的动机。
该方法使用cfd来模拟和预测车辆周围的外界气流。对温室上的压力波动以及流场进行研究以确定噪声源和等级。cfd求解器的外部风荷载通过基于统计能量分析(sea)的结构声学求解器传播到机舱内部。这种组合技术在室内噪声预测中的应用已经在[2，3，4中成功建立。图1是一个交叉相关图[5]说明了使用cfd/sea组合技术预测汽车内部噪声的准确性。
该图显示了30种情况下，使用以500hz至4000hz为中心的四个倍频程频带中的a加权声压级频谱对内部噪声进行实验和仿真预测之间的相关性。在120个数据点上的模拟和实验之间的平均差为-0.8分贝。图1中的散点包括与测试测量和参与面板的传递函数相关的不确定性。在中展示了该技术对趋势预测的准确性，其中消除了某些不确定性。
图1.30个真实车辆案例在500-4000 hz倍频带内的实验与模拟内部噪声相关性
后视镜组件和靠近机舱和a柱的特征在突出的温室面板周围的流场中起着关键作用，这有助于内部噪音。在表面冻结之前进行评估，可以探索多种安装选项和更广泛的设计空间。使用计算方法可以显著减少早期原型和实验评估的相关成本。从模拟研究中了解流场有助于改进设计。
本文扩展了这种计算方法在预测车辆内部噪声中的应用。基于模拟的当前工作用干评估和改进上汽通用五菱公司的suv(saicgeneral motors wuling corporation)的温室风噪声性能。由于从基线分析中确定了主要噪声源，因此实施了一个渐进的过程而不是传统的优化过程以节省资源。
2.当前工作细节和演示方法学
车辆信息
本研究使用的车辆是运动型多功能车(suv)。它是由上汽通用五菱设计和制造的。图2显示了该车辆的计算机辅助设计(cad)的逼真、详细和高表面质量表示。
图2.汽车车身的cad表示
模拟方法
对车内风噪进行完全的分析性模拟分两步进行。第一步使用lattice boltzmann方法powerflow模拟车辆速度下的流场，并预测车辆外板上的波动压力载荷。这些瞬态压力在频域中进行分析，以基于统计能量分析方法开发噪声传递模块的载荷情况，并预测座舱内的噪声。
外部流场模拟
exa的商业软件powerflow5.3b用于进行瞬态流模拟。该软件使用一种特殊的格点boltzmann方法(lbm)的离散化，该方法在一个由软件自动生成的可变分辨率笛卡尔体积网格上进行。lbm的关键概念在这里简要概述。如需更多细节，请参阅文献“7-10】。
内部噪声计算
在上一步中计算的面板上的压力载荷用于进行sea计算以获取内部噪声谱。sea计算使用poweracoustics 4.0a完成。结构声学模块用于建模和模拟带有机舱内部的车身面板动力学。有关cfd和sea建模的详细描述可以在【2,3,5】中找到，这里为了简洁而省略。
本文中，参与内部噪声计算的面板包括前侧玻璃和挡风玻璃，后侧玻璃的贡献被省略，因为它对总内部噪声的影响可以忽略不计。
模拟过程
首先将进行基线设计模拟，以确定温室的噪声源。对于基线模拟显示，噪声的主要贡献者是与后视镜总成、靠近整流罩和a柱的特征以及设计空间的限制有关，因此修改主要集中在后视镜总成以及雨刷、发动机罩后部和a柱的特征上。为了节省资源，部署了一连串渐进式的关键修改。细节模拟程序在表1中给出。
除了列表中显示的9次运行外，还进行了另一个基于基线的镜像分离案例(移除镜像组)，以评估对镜像组件的修改能力。
表1.这是表格和表格标题的示例。
在当前的计算研究中用于run01~09的cad模型是一个完整的车辆，具有图3~11中所示的详细设计变化。
图3.用于run01的几何形状
图4.用于run02的几何形状
图5.用于run03的几何形状
图11.用于run09的几何形状
3.计算结果
基线结果
对于大多数汽车，在高速行驶时，对车内噪音起主要贡献的是侧窗和挡风玻璃面板。在驾驶员头部位置的a加权1/3倍频带内，车内噪音频谱如图12所示。可以看到，挡风玻璃和前侧窗对车内噪音有显著影响，显然侧窗比挡风玻璃更重要，这表明后视镜组件应该是改装的主要考虑因素。，还应考虑对面板上的流动波动产生关键影响的其它部件。
可视化噪声源是提出设计修改以改善车辆风噪性能的关键。从图13的涡核可视化中，可以识别出强烈的湍流噪声源，包括镜面组件涡流、整流罩涡流、刮水器尾流和a柱涡流。
figure 12. the interior noise at the driver head location for run01 in a-weighted 1/3rd octave bands
figure 13. visualization of vortex cores (lambda 2), colored by spl in 50 to 250 hz
根据面板上的压力波动，可以推导出湍流载荷和声学载荷，如图14所示。前侧玻璃上的湍流载荷表明，来自镜帆尾迹、基座尾迹和a柱涡的高湍流载荷。侧玻璃的声学载荷表明，高载荷来自帆尾迹和基座尾迹。同样，挡风玻璃上的刮水器尾迹和整流罩涡的高湍流载荷也可以观察到，而整流罩涡撞击a柱前边缘会产生一些声学载荷。
图14.面板上的1000 hz倍频带db图，80-110 db
基于上述分析，应进行run02~09的修改区域，以改善车辆的温室风噪声性能。
修改案例的结果
为了量化每个修改特征的影响，导出了每个案例及其参考案例的内部噪声差异这些差异的a加权1/3倍频带值从125~6300hz绘制在图15中。可以看出，大多数修改都导致更好的噪声性能。该图还表明，在所有设计变化中，run06在中等高频的内部噪声方面提供了最佳的改进，为1.5db，这表明将雨刷隐藏在引擎盖下将大大改善噪声。 次要改进在于减少镜帆和基座相交区域前部的接缝，这涉及到切割基座顶部，从而基本解决了镜组件区域产生的尾流和涡流引起的问题，在中高频上提供了0.5到1db的改善。代表向下移动基座的run04在整个频带上也获得了约0.5db的改善。对run03的修改，即减少基座后部的厚度并减小帆阶的斜度，使其在中高频区域更加平稳，但在400hz附近产生了一些额外的噪声。旋转run05的反射镜室在中频时的噪声性能较差，但在低频和高频时有所改善。
对run07和run09的修改明显使全频段区域的噪音更大，这意味着对于这辆特定的车辆，改变发动机罩后缘形状和减少a柱附近i形凹槽的腔体的给定修改涉及面板上更强烈的压力波动。
图15.在a-加权1/3倍频程带中，案例与参考案例之间的内部噪声差异
由于对run02~04的修改带来了显著的改进，因此在图16和17中绘制了基准线和run04的前左侧玻璃的声压级图。如图所示，run04的声载波水平在大多数面板上低于基准线。在靠近帆的区域，与基准线相比，run04的高声载波区域显著减小。
图16.1000hz倍频带声学db图，用于run01
图17.1000hz倍频带声学db图，用于run04
进一步介绍了镜子关闭案例作为评估设计变化的参考。图18显示了运行01、运行04和镜子关闭案例在a加权1/3倍频带内的内部噪声。该图说明，代表前三组修改的案例04在整个频带上具有更好的噪声性能，在低频处降低了约2db的噪声，在中频处降低了1~2db，在高频处降低了2~4db。对于中高频，噪声水平介于基线和镜子关闭案例之间，对于低频，甚至优于镜子关闭案例，表明温室风噪声性能相当好。
figure 18. the interior noise for run0l, run04 and the mirror-off case in a-weighted 1/3rd octave bands.
4.结论:
对sgmw suv的基线和一系列修改进行了模拟，以确定温室风噪声源并评估设计变化。镜子装配涡流、整流罩涡流、刮水器涡流和a柱涡流是主要的噪声源。具体的修改措施显示出效果，其中对基座和帆的修改以及向下移动刮水器提供了最佳性能。运行04和镜面关闭情况的对比表明，镜面组件的设计变化值得称赞。
资料来源：达索官方
