汽车空气动力学_第六章.ppt

1、汽车空气动力噪声,吴允柱 杨博 ,2009-4-9,第六章 汽车空气动力噪声,6.1 前言 6.2 噪声产生与传播机理 6.3 设计特点,6.4 风噪声测量技术 6.5 开启车窗的振动 6.6 制造中需要关注的问题,2009-4-9,6.1 前言,车辆内部的风噪声级是影响乘员舒适性的一个重要部分。 随着制造商不断降低由发动机产生的噪声、由传动系和轮胎传递给驾驶舱的噪声，风噪声的重要性不断得到重视。 噪声一直是客户满意调查中抱怨最多的一项，比较安静的内部环境是高品质的象征。一般，使用厚玻璃和隔音驾驶舱来达到降噪目标，但因此而增加了费用和重量。也可以对汽车外部形状进行微小更改来降低噪声。因为外部形

2、状影响气流流动，是风噪声产生的根源。,2009-4-9,6.1 前言,汽车行驶时其周围空气与车身相互作用产生空气动力噪声（风噪声） 高速时风噪声是影响成员舒适性的主要因素 虽然风噪不能被完全消除，但是可以在正常车速（比如100km/h）下将其控制在正常水平 低速情况下（比如低于50km/h或者31m/h），风噪声水平非常低，通常被轮胎噪声、传动系噪声和环境噪声掩盖 气动阻力与车内气动噪声之间没有直接关系,具有较低风噪声水平的汽车必须对密封、车门、车窗和其他部件进行良好的设计，良好的机械设计对风噪声问题也十分关键。,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,声源(Source)：其它形式的

3、能量转化为声音能量的区域 途径(Path)：特定的路线，一部分声音能量通过此路线传递给接收者 接收者(Receiver)：人/麦克风/共鸣箱,6.2.1 声源-途径-接收者,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,Source-Path (medium, wave propagation)-Receiver,2009-4-9,Aerodynamic noise,6.2 噪声的产生和传播机理,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,Sources：汽车外部气流和任何存在的泄漏 Paths：车窗、密封、车身板件、直接的泄漏 Receiver：驾驶室中的成员,降低风噪声的努力方向？,

4、6.2.1 声源-途径-接收者,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,单极子声源模型 (monopole) U4 偶极子声源模型 (dipole) U6 四极子声源模型 (quadrupole) U8,6.2.2 理想化声源模型,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,泄漏噪声 (Leak noise) 空腔噪声 (Cavity noise) 风急速流动噪声 (Wind rush noise),6.2.3 实际风噪声声源类型,2009-4-9,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,有时也称作aspiration noi

5、se 由于存在直接连通汽车外部与驾驶室的路径而产生 车外气压通常低于车内，压力差导致空气在缝隙中以很高的速度流动 位置：车门密封与车窗密封 如果存在泄漏，那么泄漏噪声就是主要的噪声源,6.2.3.1 泄漏噪声 (Leak noise),2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,理论模型有多种，如反馈共鸣模型 位置：车门周围的缝隙、外后视镜周围的缝隙、散热器格栅 例子：打开侧窗产生的噪声，频率较低，水平较高，很容易让人疲劳和不愉快 通过改变车外流动状态来避免共鸣频率，但常常难以做到,6.2.3.2 空腔噪声 (Cavity noise),2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,由于

6、汽车表面气流产生的脉动压力产生（即使汽车表面是刚体且没有泄漏，其表面的脉动压力仍将产生偶极子声源） 脉动压力会导致车窗和车身板件振动，向汽车内部传播噪声 通常最严重的风噪声区域在A柱位置 目前对于量产车，如果前两种噪声较低，那么在高速行驶时一般都有较显著的风急速流动噪声,6.2.3.3 风急速流动噪声 (Wind rush noise),2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,汽车外部风噪声源位置的气流速度(Ulocal) 汽车行驶速度(Ufreestream) Ulocal与Ufreestream成比例，所以也可用汽车行驶速度或者风洞中自由流动速度来进行有关计算 常用声压级(SPL)

7、与频率(frequency)的关系表达风噪声 Strouhal number (S) 无量纲的频率量,6.2.4 气流速度对风噪声的影响,2009-4-9,6.2 噪声的产生和传播机理,f = frequency D = length scale U = velocity,6.2.4 气流速度对风噪声的影响,收音机天线产生的风噪声的Strouhal number大约为0.21 Length scale为天线直径 不同速度下，风噪声的峰值频率位置基本不变 由于同时存在单极子和偶极子生源，所以随着速度的增加，噪声水平增加,2009-4-9,6.3 设计特点,A柱常常是主要风噪声源 (WHY？) 设

8、计中A柱的圆角半径要尽量大，从而降低流动速度和分离流动的湍流强度 避免使用暴露的雨水槽 A柱与车门之间的辅助密封,6.3.1 A柱,2009-4-9,2009-4-9,2009-4-9,6.3 设计特点,外后视镜影响A柱区域的流动，增加气动阻力 后视镜是高速流场中的钝体，风噪声水平较高 将后视镜安装位置尽量后移？ 外后视镜形状需要仔细设计来使风噪声最小化 转折处的圆角半径设置为35mm 避免开孔与开缝 可折叠式的后视镜的折叠缝隙需要密封 后视镜与车身的连接也需要密封,6.3.2 外后视镜,2009-4-9,2009-4-9,2009-4-9,6.3 设计特点,从造型与空气动力学出发，需要较大的

9、风窗角度 发动机罩与风窗之间没有气流分离区域来容纳雨刮器 将雨刮器藏在发动机罩后缘 一般不用考虑使用雨刮器时产生的风噪声，通常会掩盖在雨水撞击噪声与轮胎与湿路面之间产生的噪声中,6.3.3 风窗雨刮器,2009-4-9,6.3 设计特点,忽略天线的锥度，天线是简单的圆柱体形状 噪声源由于周期性的涡流产生Karman涡 Karman涡圆柱体的升力波动偶极子声源 降低风噪声的方法是干扰圆柱绕流，标准方法是将天线上缠绕螺线,6.3.4 收音机天线,2009-4-9,6.3 设计特点,不承载行李时，行李架的横向杆件会产生强烈的Karman涡 通过改变横向杆件的形状很难降低风噪声 添加螺线会影响使用功能

10、 行李架属于造型部件，外观也很重要 设计时尽量降低Karman涡的强度 可以使用小尺寸风洞进行部件的风洞试验 将横向杆件截面设计成翼形是否有效？,6.3.5 车顶行李架,2009-4-9,2009-4-9,2009-4-9,6.3 设计特点,车身与车门之间的缝隙是空腔噪声声源 A柱位置的缝隙尤其关键 B、C柱位置的缝隙也是潜在的噪声源 使用辅助密封 瓦式车门缝并不比平齐车门缝安静！ 雨水孔要仔细设计，避免导致直接泄露噪声途径,6.3.6 车门,2009-4-9,6.3 设计特点,设计侧窗和升降系统 侧窗密封需要三个密封边缘侧窗外侧、内侧和边界 对于框架式车门，侧窗与车门之间需要密封良好 对于无

11、框架式车门，侧窗与车身之间需要密封良好 框架式车门和无框架式车门风噪声特性相近 侧窗玻璃厚度不要太薄，4mm较好,6.3.7 侧窗系统,2009-4-9,6.3 设计特点,C柱附近常有固定的车窗 同样要考虑密封！ 常常采用封装式车窗，用聚氨酯胶来密封,6.3.8 固定的车窗,2009-4-9,6.4 风噪声测量技术,6.4.1 风洞试验与道路试验,2009-4-9,6.4 风噪声测量技术,风洞背景噪声 许多全尺寸风洞的背景噪声都太高，无法进行风噪声测量，需要进行改进 (Pininfarina) 主要背景噪声源是风扇噪声 低噪声风扇成本高 风扇噪声大多为低频，可以通过滤波来去掉,6.4.2 低噪

12、声风洞,2009-4-9,2009-4-9,6.4 风噪声测量技术,风洞中的侧风与阵风模拟 侧风对A柱区域影响较大，可能会导致车内噪声升高 通常在风洞中通过横摆模型来实现侧风模拟 阵风对风噪声的影响还在研究中,6.4.2 低噪声风洞,2009-4-9,6.4 风噪声测量技术,道路上测量车内噪声时需要遵循的主要原则 晴朗、平静的天气，黎明前 控制车速稳定 安静的轮胎胎面/光面轮胎 干燥路面 发动机噪声滤波,6.4.3 道路测量步骤,2009-4-9,6.4 风噪声测量技术,在低噪声风洞中比较容易进行 在驾驶室中用麦克风记录信号，输出后进行FFT 人工头 (Artificial Head Devi

13、ce)，用于主观评价 声源位置确定使用胶带封闭各种缝隙和孔洞、拆掉雨刮器等部件逐个接触封闭进行试验 对于声源位置确定还可以将驾驶室用隔音材料分割成两个或者四个部分,6.4.4 车内风噪声测量概述,2009-4-9,2009-4-9,6.4 风噪声测量技术,测量车外风噪声是为了降低车内风噪声 在油泥模型阶段就可以测量A柱、外后视镜产生的风噪声 在油泥模型阶段寻求低风噪的设计 使用麦克风鼻锥体 (microphone nose cones) 声强度和麦克风阵列 (microphone array),6.4.5 车外风噪声测量概述,2009-4-9,6.5 开启车窗的振动,侧窗开启时产生的振动很难消

14、除 车身外部形状很难有大的改变 安装附加装置会影响视野和造型 改变后视镜的位置带来的效果也很有限,6.5.1 侧窗,2009-4-9,2009-4-9,6.5 开启车窗的振动,带有天窗的车型越来越流行 在天窗前缘预先进行流场扰动 通过设置横向的开槽可以避免横向涡流的产生 尽量使噪声频域变宽来降低对舒适性的影响,6.5.2 天窗,2009-4-9,2009-4-9,6.5 开启车窗的振动,关闭时如果软顶的张力不够，会产生严重的气流拍打声 开启时会产生振动问题 通过HVAC系统引导气流可以得到改善,6.5.3 敞篷式汽车,2009-4-9,6.6 制造中需要关注的问题,制造过程 检测 (如应用烟雾发生器检测泄露) 反馈给设计部门,Thank You !,Have a good time!,2009-4-9,discussi