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?；谀Ｄ獾牡鼻肮ぷ饔酶善拦篮透慕掀ㄓ梦辶夤镜?/span>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?？榈脑睾汕榭?，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?？橛糜诮：湍Ｄ獯谢漳诓康某瞪砻姘宥ρАＳ泄谻FD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?？梢钥吹?，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?？梢钥闯?，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