為進(jìn)一步理解和控制汽車風(fēng)振噪聲，改善汽車乘員的駕乘體驗(yàn)，論文驗(yàn)證了風(fēng)振流場仿真方法的有效性，解釋了風(fēng)振噪聲是由周期性脫落的湍流渦與車內(nèi)空腔共振導(dǎo)致的，并提出了風(fēng)振噪聲的降噪策略，發(fā)現(xiàn)了減小自由剪切層偏離B柱外表面的最大距離可以減小湍流渦的強(qiáng)度，進(jìn)而減小風(fēng)振噪聲，設(shè)計(jì)了多種B柱擾流器，最大降噪效果可達(dá)12.8 dB，為B柱擾流器的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

一、研究背景

風(fēng)振噪聲會(huì)嚴(yán)重影響車內(nèi)乘員的駕乘體驗(yàn)，對(duì)風(fēng)振噪聲的特性研究并對(duì)其進(jìn)行控制具有重要意義。風(fēng)振可分為天窗風(fēng)振和側(cè)窗風(fēng)振兩種，其中側(cè)窗風(fēng)振的控制相對(duì)較難。針對(duì)側(cè)窗風(fēng)振，眾多研究都提出了被動(dòng)控制方案，例如B柱擾流器、車窗立柱、后視鏡結(jié)構(gòu)等，論文在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索不同形式B柱擾流器對(duì)后側(cè)窗風(fēng)振噪聲大小的影響，揭示了不同擾流器對(duì)風(fēng)振的影響機(jī)理。

二、研究內(nèi)容

1. 驗(yàn)證風(fēng)振仿真方法的有效性：對(duì)比70 km/h車速下主駕乘員耳點(diǎn)的流場仿真結(jié)果和道路試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性。

圖1　仿真計(jì)算體網(wǎng)格模型

2. 分析風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及降噪策略：根據(jù)自激蕩原理和赫姆霍茲共振原理，對(duì)汽車風(fēng)振產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行簡要分析，并由此得到風(fēng)振噪聲的降噪策略。

圖2 一個(gè)風(fēng)振周期內(nèi)的流場變化

3. 分析B柱擾流器對(duì)風(fēng)振的影響及其機(jī)理：設(shè)計(jì)了四種不同形式B柱擾流器，探究了其對(duì)風(fēng)振的影響及其機(jī)理，并對(duì)擾流器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)尋優(yōu)。

圖3 B柱擾流器的結(jié)構(gòu)

4. 驗(yàn)證風(fēng)振噪聲降噪方案的有效性：對(duì)兩種B柱擾流器方案進(jìn)行了3D打印制作，并通過道路試驗(yàn)驗(yàn)證了方案對(duì)風(fēng)振噪聲的實(shí)際控制效果。

圖4 仿真與試驗(yàn)的擾流器方案

三、研究結(jié)果

1. 風(fēng)振仿真方法的有效性驗(yàn)證：表1中統(tǒng)計(jì)了各工況下各乘員耳點(diǎn)的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，其中峰值頻率的誤差在1.7 Hz以內(nèi)，風(fēng)振噪聲峰值的誤差在3.9 dB以內(nèi)，表明本文仿真方法的準(zhǔn)確性較好。

2. 風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及降噪策略分析：車窗處湍流渦的生成和反饋導(dǎo)致車內(nèi)壓力波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)的頻率接近或等于汽車內(nèi)部空腔的固有頻率時(shí)，就會(huì)激發(fā)赫姆霍茲共振現(xiàn)象，產(chǎn)生風(fēng)振噪聲。在B柱上設(shè)計(jì)擾流器、優(yōu)化車窗尺寸以及車內(nèi)空腔體積均可達(dá)到降噪效果。

圖5 一個(gè)風(fēng)振周期內(nèi)的壓力場變化

3. B柱擾流器對(duì)風(fēng)振的影響及其機(jī)理分析：方案A或B所示的擾流器結(jié)構(gòu)可以減小自由剪切層偏離B柱外表面的最大距離和渦的強(qiáng)度，從而減小風(fēng)振聲壓級(jí)峰值。論文設(shè)計(jì)的擾流器方案B-1最大降噪效果達(dá)12.8 dB。

圖6 方案B、B-1和B-2的截面圖

4．風(fēng)振噪聲降噪方案的有效性驗(yàn)證：試驗(yàn)和仿真的方案都能減小聲壓級(jí)峰值，而且試驗(yàn)和仿真結(jié)果都表明方案B的效果優(yōu)于方案A，因此試驗(yàn)和仿真具有較好的一致性。

圖12　主駕乘員耳點(diǎn)的試驗(yàn)與仿真風(fēng)振噪聲曲線對(duì)比

四、創(chuàng)新點(diǎn)和意義

論文探索了不同形式 B 柱擾流器對(duì)后側(cè)窗風(fēng)振噪聲大小的影響，揭示了不同擾流器對(duì)風(fēng)振的影響機(jī)理，該研究對(duì)于進(jìn)一步理解和控制風(fēng)振噪聲，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。