賀銀芝，龍良活，楊志剛

轎車(chē)側(cè)窗風(fēng)振特性的風(fēng)洞試驗(yàn)研究?

賀銀芝，龍良活，楊志剛

(1.同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海 201804； 2.上海市地面交通工具空氣動(dòng)力與熱環(huán)境模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

在分析了轎車(chē)風(fēng)振產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)目前工程上尚未解決的轎車(chē)側(cè)窗風(fēng)振問(wèn)題進(jìn)行了整車(chē)氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)。分析了側(cè)窗風(fēng)振噪聲峰值聲壓級(jí)和頻率隨空間位置、風(fēng)速大小、開(kāi)口面積、偏航角和組合開(kāi)窗的變化規(guī)律，對(duì)比了前窗和后窗的風(fēng)振特性。結(jié)果表明:車(chē)內(nèi)不同測(cè)試點(diǎn)的風(fēng)振特征相似，即風(fēng)振特性與車(chē)內(nèi)空間位置無(wú)關(guān)。風(fēng)振在某個(gè)特定風(fēng)速下開(kāi)始出現(xiàn)，并隨著風(fēng)速的升高逐漸增強(qiáng)，直到某個(gè)風(fēng)速后又逐漸減弱，最后在另一個(gè)特定風(fēng)速下消失。隨著風(fēng)速的增大，峰值聲壓級(jí)先增后減，而風(fēng)振頻率則一直升高。開(kāi)口面積或偏航角增大時(shí)，峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率均上升。后側(cè)窗風(fēng)振問(wèn)題較為嚴(yán)重，而前側(cè)窗的風(fēng)振則由于后視鏡和A柱的存在，減弱很多。與只開(kāi)一個(gè)窗相比，組合開(kāi)窗可有效降低風(fēng)振噪聲。

轎車(chē)；風(fēng)振；風(fēng)洞試驗(yàn)；風(fēng)速；開(kāi)口面積；偏航角；組合開(kāi)窗

Keywords:cars； wind buffeting； wind tunnel test； wind speed； opening area； yaw angle； window opening combination

前言

汽車(chē)行駛時(shí)產(chǎn)生的車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲主要有3方面:一種是由于車(chē)身密封不良引起的泄漏噪聲，另一種是由于車(chē)身表面的突出物和凹凸不平引起氣流分離而產(chǎn)生的噪聲，還有一種就是開(kāi)窗風(fēng)振噪聲。所謂風(fēng)振噪聲是指在某個(gè)特定車(chē)速范圍內(nèi)，當(dāng)氣流流過(guò)打開(kāi)的側(cè)窗或天窗時(shí)出現(xiàn)的風(fēng)振現(xiàn)象而產(chǎn)生的噪聲。風(fēng)振現(xiàn)象是由于流體與車(chē)身結(jié)構(gòu)相互作用引起的一種低頻共振，一般頻率低于20Hz，峰值聲壓級(jí)大于100dB。調(diào)查顯示在車(chē)主對(duì)氣動(dòng)噪聲問(wèn)題的抱怨中，風(fēng)振噪聲問(wèn)題占50%[1]。

國(guó)外對(duì)風(fēng)振噪聲的研究起步較早，早在1965年，福特公司的W.K.Bodger及C.M.Jones就已經(jīng)注意到風(fēng)振問(wèn)題[2]。需要特別指出的是C.F.An等人在汽車(chē)風(fēng)振噪聲研究方面做了很多工作[3-5]。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研究主要以數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相結(jié)合為主。

國(guó)內(nèi)對(duì)風(fēng)振的研究起步較晚，與國(guó)外相比存在著不小的差距。江蘇大學(xué)自1992年開(kāi)始對(duì)汽車(chē)氣動(dòng)噪聲進(jìn)行研究，但都只針對(duì)車(chē)窗關(guān)閉的情形，未涉及開(kāi)窗時(shí)的風(fēng)振噪聲。2007年后湖南大學(xué)的谷正氣團(tuán)隊(duì)首次通過(guò)仿真及路試對(duì)汽車(chē)風(fēng)振做了較系統(tǒng)的研究[6-8]。同濟(jì)大學(xué)2009年建成風(fēng)洞后也對(duì)汽車(chē)的風(fēng)振問(wèn)題進(jìn)行了初步的風(fēng)洞試驗(yàn)研究[9-10]。但國(guó)內(nèi)外前期風(fēng)振問(wèn)題的研究主要集中在天窗。目前天窗風(fēng)振控制措施，比如加裝擾流板或調(diào)節(jié)天窗開(kāi)度至舒適位置等措施已廣為應(yīng)用，并被消費(fèi)者所接受。但由于流動(dòng)的復(fù)雜性等原因使側(cè)窗風(fēng)振問(wèn)題近年才開(kāi)始重點(diǎn)研究[11-13]。

鑒于目前側(cè)窗風(fēng)振問(wèn)題的研究時(shí)間較短、側(cè)窗氣流流動(dòng)的復(fù)雜性和相關(guān)的基礎(chǔ)理論尚不完善，使整車(chē)氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)仍是研究該問(wèn)題的重要手段之一。本文中在分析風(fēng)振產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，以某品牌四門(mén)三廂轎車(chē)為研究對(duì)象，進(jìn)行多工況下整車(chē)氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到側(cè)窗風(fēng)振噪聲峰值聲壓級(jí)和頻率隨空間位置、風(fēng)速大小、開(kāi)口面積、偏航角和組合開(kāi)窗的變化規(guī)律和特性。

1 轎車(chē)風(fēng)振現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理

打開(kāi)天窗或側(cè)窗的乘客艙可視為一個(gè)赫姆霍茲(Helmholtz)空腔，在天窗或側(cè)窗開(kāi)口的前部邊緣，車(chē)外高速氣流和車(chē)內(nèi)相對(duì)靜止的氣體之間存在一個(gè)剪切層。當(dāng)車(chē)內(nèi)外氣流的速度差超過(guò)一個(gè)臨界值后，剪切層就會(huì)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。最終形成漩渦，并周期性地散發(fā)而隨著氣流一起向后流動(dòng)。當(dāng)它們撞擊到開(kāi)口的后緣時(shí)，渦旋破碎，產(chǎn)生一個(gè)向四面?zhèn)鞑サ膲毫Σ?。部分壓力波到達(dá)開(kāi)口前緣，將再次引發(fā)渦旋的脫落，形成反饋回路。當(dāng)漩渦的發(fā)散頻率恰巧與車(chē)廂的空腔固有頻率一致時(shí)，就會(huì)發(fā)生所謂的赫姆霍茲共振，這就是開(kāi)窗的風(fēng)振現(xiàn)象。漩渦的發(fā)散頻率由來(lái)流速度即車(chē)輛行駛速度和車(chē)輛外部造型等因素決定。車(chē)廂內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)固有頻率則取決于車(chē)頂開(kāi)口的后緣位置和車(chē)輛內(nèi)部幾何造型等因素。車(chē)廂內(nèi)部空腔的固有頻率可由式(1)[4]計(jì)算:

圖1 赫姆霍茲共振腔示意圖

式中:c為聲速；V為赫姆霍茲諧振器的體積；L和A分別為頸部的長(zhǎng)度和截面面積。圖1為赫姆霍茲空腔的形狀和參量示意圖。由于真實(shí)的車(chē)內(nèi)幾何結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，通常情況很難準(zhǔn)確計(jì)算出空腔的固有頻率，但該公式可用于預(yù)測(cè)風(fēng)振的趨勢(shì)。

2 試驗(yàn)方法與測(cè)試系統(tǒng)

2.1 試驗(yàn)車(chē)狀態(tài)

在進(jìn)行聲學(xué)試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)車(chē)除聲學(xué)測(cè)量?jī)x器外不加載任何配重。試驗(yàn)車(chē)定位在駐室試驗(yàn)段天平轉(zhuǎn)盤(pán)的中心稍靠前位置，調(diào)整車(chē)身縱對(duì)稱面與風(fēng)洞中心對(duì)稱面的夾角，保證在0°±0.1°范圍內(nèi)。

試驗(yàn)車(chē)用車(chē)輛本身的駐車(chē)制動(dòng)進(jìn)行固定，并利用車(chē)輛的變速器提供額外的制動(dòng)力。試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)車(chē)空調(diào)均關(guān)閉，并設(shè)定到內(nèi)循環(huán)模式，空調(diào)出風(fēng)口完全關(guān)閉并用膠帶密封，以免車(chē)外氣流直接進(jìn)入艙內(nèi)。試驗(yàn)車(chē)如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)車(chē)輛

2.2 試驗(yàn)平臺(tái)

試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心整車(chē)氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行。該風(fēng)洞是3/4開(kāi)口回流式風(fēng)洞，其噴口面積為 27m2，試驗(yàn)最大風(fēng)速可達(dá)250km/h。160km/h風(fēng)速時(shí)的背景噪聲低于61dB(A)，是國(guó)際同類風(fēng)洞中最安靜的風(fēng)洞之一。測(cè)試時(shí)將試驗(yàn)車(chē)放在風(fēng)洞駐室試驗(yàn)段天平轉(zhuǎn)盤(pán)的中心位置固定。試驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)洞邊界層抽吸和移動(dòng)帶系統(tǒng)關(guān)閉。

2.3 測(cè)試系統(tǒng)

采用的測(cè)試系統(tǒng)如下。

(1)聲傳感器:4個(gè)1/2英寸壓力場(chǎng)傳聲器，40PO型，丹麥G.R.A.S.公司生產(chǎn)；其靈敏度分別為11.46，10.68，12.55 和 13.3mV/Pa。

(2)數(shù)采系統(tǒng):德國(guó) HEAD acoustics公司SQLAB III多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

試驗(yàn)中4個(gè)壓力型傳聲器按照汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)GB 18697—2002分別放在試驗(yàn)車(chē)主駕駛位、副駕駛位和后排左、右客座位置中央，距離座椅椅面高度70cm，測(cè)試信號(hào)線經(jīng)過(guò)后排座椅由行李箱引入風(fēng)洞天平轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)的接口盒，再經(jīng)由天平基座接入測(cè)控室的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試位置

2.4 試驗(yàn)工況

本次試驗(yàn)分為4種不同工況，如表1所示。

表1 試驗(yàn)工況

其中偏航角的方向定義如下:偏航角為正值時(shí)，表示俯視時(shí)試驗(yàn)車(chē)在風(fēng)洞天平轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)主駕駛位迎風(fēng)，副駕駛位背風(fēng)；偏航角為負(fù)值時(shí)則相反，表示試驗(yàn)車(chē)在風(fēng)洞天平轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)主駕駛位背風(fēng)，副駕駛位迎風(fēng)。

3 風(fēng)振噪聲測(cè)試結(jié)果與分析

風(fēng)速恒定條件下，數(shù)據(jù)采集時(shí)每路信號(hào)采樣時(shí)間為10s，風(fēng)速掃描時(shí)信號(hào)采樣時(shí)間為160s，采樣頻率為48kHz，分析頻率范圍選取0-100Hz，F(xiàn)FT塊大小為131 072(頻率分辨率約為0.4Hz)，所有的頻譜分析加漢寧窗。

3.1 風(fēng)振特性空間分布規(guī)律的分析

圖4為左后窗全開(kāi)時(shí)70km/h風(fēng)速下的頻譜圖。由圖可見(jiàn)，風(fēng)振頻率和峰值聲壓級(jí)在空間4個(gè)座椅位置幾乎一樣，因此車(chē)內(nèi)不同測(cè)試點(diǎn)有相似的風(fēng)振特征。這是由于風(fēng)振問(wèn)題屬于低頻問(wèn)題，一般頻率低于20Hz，波長(zhǎng)跨度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)乘客艙的空間，所以風(fēng)振特征在空間分布上具有一致性。后面統(tǒng)一采用左后座頻譜進(jìn)行分析。

圖4 70km/h風(fēng)速下左后窗全開(kāi)時(shí)車(chē)內(nèi)不同位置頻譜圖

3.2 風(fēng)振特性隨風(fēng)速變化規(guī)律的分析

圖5和圖6分別為風(fēng)速?gòu)?0到120km/h、偏航角0°、左后窗全開(kāi)時(shí)的峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率變化曲線圖。

圖5 左后窗全開(kāi)時(shí)風(fēng)振峰值聲壓級(jí)隨風(fēng)速變化曲線

從圖5中可以看出:隨著風(fēng)速增加，峰值聲壓級(jí)不斷增加，直到風(fēng)速為110km/h時(shí)，峰值聲壓級(jí)達(dá)到最大值133dB(對(duì)應(yīng)的風(fēng)振頻率為17.6Hz)。此后風(fēng)速繼續(xù)增加，峰值聲壓級(jí)稍有下降。

圖6 左后窗全開(kāi)時(shí)風(fēng)振頻率隨風(fēng)速變化曲線

從圖6中可以看出，風(fēng)振頻率隨風(fēng)速增大而升高，在8-20Hz范圍內(nèi)變化，顯然屬于低頻高強(qiáng)度噪聲。但在式(1)中，與風(fēng)振頻率相關(guān)的變量為頸部長(zhǎng)度L、截面面積A和空腔體積V，并未涉及風(fēng)速v，這正是目前的赫姆霍茲共振理論解釋風(fēng)振現(xiàn)象不完善之處。

風(fēng)振現(xiàn)象會(huì)在某個(gè)特定風(fēng)速下開(kāi)始出現(xiàn)，超過(guò)某個(gè)風(fēng)速后就開(kāi)始減弱甚至消失。當(dāng)風(fēng)速?gòu)?0到120km/h、偏航角0°時(shí)，左后窗開(kāi)1/3的峰值聲壓級(jí)變化曲線如圖7所示?？梢钥闯?0km/h時(shí)風(fēng)振并沒(méi)有出現(xiàn)，而是從50km/h開(kāi)始出現(xiàn)，60km/h時(shí)達(dá)到最大，隨后減弱，到90km/h以上時(shí)幾乎消失。如圖8所示，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)80km/h后峰值不再突出而且聲壓級(jí)明顯降低到100dB以內(nèi)。

圖7 左后窗1/3開(kāi)度時(shí)風(fēng)振峰值聲壓級(jí)隨風(fēng)速變化曲線

3.3 風(fēng)振特性隨開(kāi)口面積變化規(guī)律的分析

通過(guò)升高后窗的玻璃來(lái)改變開(kāi)口面積，用開(kāi)度來(lái)表示不同的開(kāi)口面積。分別取后窗1/3，2/3和1(全開(kāi))3種開(kāi)度進(jìn)行試驗(yàn)。圖9和圖10分別為風(fēng)速為80km/h、偏航角為0°工況下峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率隨開(kāi)度的變化曲線。

圖8 左后窗1/3開(kāi)度時(shí)90-120km/h下的頻譜圖

圖9 80km/h下風(fēng)振峰值聲壓級(jí)隨開(kāi)度變化曲線

圖10 80km/h下風(fēng)振頻率隨開(kāi)度變化曲線

由圖9可見(jiàn):不管是左前窗還是左后窗，開(kāi)度由1/3變?yōu)?/3時(shí)，峰值聲壓級(jí)增長(zhǎng)較快，特別是左后窗從1/3開(kāi)度時(shí)的101dB急劇增到2/3開(kāi)度時(shí)的119dB，增加了18dB；開(kāi)度由2/3變?yōu)?時(shí)，峰值聲壓級(jí)增長(zhǎng)較慢，特別是左前窗僅從108dB增大到109dB，只增加1dB?？偟膩?lái)說(shuō)，峰值聲壓級(jí)隨開(kāi)口面積的增大而增大，且左后窗變化幅度比左前窗大。值得注意的是開(kāi)度為1/3時(shí)的峰值聲壓級(jí)只有100dB左右，因此控制開(kāi)窗大小可作為降噪的一種簡(jiǎn)易方法，對(duì)于該試驗(yàn)車(chē)，開(kāi)1/3窗戶是一種較舒適開(kāi)窗模式。

從圖10中可以看出，不管是左前窗還是左后窗，開(kāi)度逐漸增大時(shí)，風(fēng)振頻率都略有提高。

3.4 風(fēng)振特性隨偏航角變化規(guī)律的分析

為了模擬側(cè)風(fēng)的影響，在120km/h、左后窗全開(kāi)時(shí)進(jìn)行了-10°，0°和10°3種不同偏航角試驗(yàn)。峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率變化曲線如圖11和圖12所示。

圖11 120km/h風(fēng)速下峰值聲壓級(jí)隨偏航角變化曲線

圖12 120km/h風(fēng)速下風(fēng)振頻率隨偏航角變化曲線

從圖11和圖12可以看出，峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率均隨著偏航角的增大而增大?？赡艿脑蛉缦?偏航角為-10°時(shí)，左后窗位置處于背風(fēng)面，此時(shí)左側(cè)窗表面的氣流分離和壓力脈動(dòng)要比0°和10°時(shí)強(qiáng)烈，相當(dāng)于前部后視鏡及A柱區(qū)域的擾流作用延伸到后側(cè)窗從而降低了后側(cè)窗的風(fēng)振現(xiàn)象。

3.5 左前窗和左后窗的風(fēng)振特性對(duì)比分析

為考察前窗與后窗風(fēng)振特性的差別，選取了開(kāi)度全開(kāi)、0°偏航角、風(fēng)速范圍為40到120km/h的左前窗和左后窗分別進(jìn)行試驗(yàn)，由于在70km/h風(fēng)速以下時(shí)左前窗并沒(méi)有出現(xiàn)風(fēng)振現(xiàn)象，故只取風(fēng)速高于等于70km/h的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。峰值聲壓級(jí)和頻率對(duì)比分別如圖13和圖14所示。

由圖13和圖14可見(jiàn)，左前窗與左后窗峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率總體變化趨勢(shì)相似，但數(shù)值不同。左后窗峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率均比左前窗大，且隨著風(fēng)速的增大兩者的差距越大，風(fēng)速120km/h時(shí)差距最大，峰值聲壓級(jí)差距為20dB，風(fēng)振頻率差距為2.5Hz。

圖13 左前窗與左后窗峰值聲壓級(jí)對(duì)比

圖14 左前窗與左后窗風(fēng)振頻率對(duì)比

從圖13中可以得到:左后窗峰值聲壓級(jí)在風(fēng)速為110km/h時(shí)達(dá)到了最大值133dB，而左前窗在風(fēng)速為100km/h時(shí)達(dá)到最大值114dB，兩者差距為19dB；兩者峰值聲壓級(jí)最小值均出現(xiàn)在最低風(fēng)速70km/h時(shí)，差距為16dB。這些都說(shuō)明，左后窗風(fēng)振問(wèn)題比左前窗要嚴(yán)重得多。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和CFD仿真表明，汽車(chē)側(cè)窗附近的氣流按照流態(tài)不同可分為3個(gè)區(qū)域:頂部螺旋氣流、中部再附著氣流和底部馮卡門(mén)渦流。頂部螺旋氣流是由于A柱的存在使部分從風(fēng)窗玻璃偏流過(guò)來(lái)的氣流在A柱和前窗玻璃上邊沿處形成旋流的氣流并沿著車(chē)頂向后移動(dòng)而形成。而后視鏡作為氣流中的突出物，在車(chē)窗底部形成馮卡門(mén)渦流，而中部的再附著流區(qū)域才是引起風(fēng)振的主要原因[12]。由于A柱和后視鏡處于左前窗的開(kāi)口前沿，相當(dāng)于擾流器，使前側(cè)窗前沿的氣流附著區(qū)比后側(cè)窗要小得多，因此起到一定的抑制風(fēng)振現(xiàn)象的作用。這與已經(jīng)成功運(yùn)用到量產(chǎn)車(chē)上的控制天窗風(fēng)振噪聲的凹槽導(dǎo)流片的作用機(jī)理類似。

3.6 不同開(kāi)窗組合時(shí)風(fēng)振特性規(guī)律分析

為考察不同開(kāi)窗組合對(duì)風(fēng)振特性的影響，以左后窗全開(kāi)、0°偏航角為基準(zhǔn)，選取了另外3種不同組合開(kāi)窗(皆為全開(kāi))模式進(jìn)行對(duì)比分析，峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率特性分別如圖15和圖16所示。

從圖15和圖16可以看出，不同開(kāi)窗組合下，峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率都隨著風(fēng)速的增長(zhǎng)而增大。

圖15 峰值聲壓級(jí)在不同開(kāi)窗組合下的變化曲線

圖16 風(fēng)振頻率在不同開(kāi)窗組合時(shí)的變化曲線

由圖15可見(jiàn)，3種不同的開(kāi)窗組合在任何風(fēng)速下(除120km/h下左后窗和右后窗組合開(kāi)之外)的峰值聲壓級(jí)都比只開(kāi)一個(gè)窗時(shí)要小，其中左后窗和左前窗同時(shí)全開(kāi)時(shí)效果最好，在試驗(yàn)風(fēng)速下均未出現(xiàn)風(fēng)振現(xiàn)象。但進(jìn)一步的試驗(yàn)在新添的110km/h風(fēng)速下出現(xiàn)風(fēng)振現(xiàn)象，峰值聲壓級(jí)比只全開(kāi)左后窗時(shí)降低18dB；左后窗和右前窗同時(shí)全開(kāi)效果次之，只在100和120km/h這兩個(gè)風(fēng)速下出現(xiàn)風(fēng)振現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)的峰值聲壓級(jí)分別降低了20和15dB；降噪效果最差的是左后窗和右后窗同時(shí)全開(kāi)，只在40km/h風(fēng)速下抑制了風(fēng)振現(xiàn)象，最大僅在60km/h時(shí)使聲壓級(jí)降低了9dB。由此可見(jiàn)，組合開(kāi)窗可作為降低風(fēng)振噪聲的一種有效控制方法，且這種被動(dòng)控制方法不增加額外成本，也不會(huì)在造型上帶來(lái)不便，實(shí)施簡(jiǎn)單且會(huì)使車(chē)內(nèi)氣流循環(huán)充足。此現(xiàn)象在文獻(xiàn)[13]中也得到部分驗(yàn)證。如上所述，風(fēng)振產(chǎn)生是由于車(chē)外氣流與車(chē)內(nèi)相對(duì)靜止的氣流存在壓差而引發(fā)的漩渦周期性脫落。當(dāng)只開(kāi)一個(gè)窗時(shí)，這種壓力差一直存在，得不到改善，而同時(shí)開(kāi)兩個(gè)窗時(shí)則會(huì)使得車(chē)內(nèi)相對(duì)靜止的氣流在兩個(gè)開(kāi)口處一進(jìn)一出，減小了車(chē)內(nèi)外的壓力差，從而在一定程度上抑制了風(fēng)振現(xiàn)象。

圖17和圖18分別為180km/h風(fēng)速掃描時(shí)只開(kāi)左后窗以及左后和左前窗同時(shí)開(kāi)時(shí)風(fēng)振特性隨風(fēng)速變化的云圖。對(duì)比兩圖可以看出，圖17只開(kāi)左后窗時(shí)在一定風(fēng)速范圍內(nèi)存在明顯的風(fēng)振頻率和較大的峰值聲壓級(jí)，而圖18則看不出明顯的風(fēng)振現(xiàn)象?？梢?jiàn)組合開(kāi)窗能有效降低峰值聲壓級(jí)，且在某些風(fēng)速下有效地抑制了風(fēng)振現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖17 只開(kāi)左后窗時(shí)風(fēng)振特性隨風(fēng)速變化云圖

圖18 左后與左前窗同時(shí)開(kāi)時(shí)風(fēng)振特性隨風(fēng)速變化云圖

4 側(cè)窗風(fēng)振噪聲控制策略

由上述對(duì)側(cè)窗風(fēng)振特性試驗(yàn)的分析可知，只開(kāi)后側(cè)窗是風(fēng)振問(wèn)題最嚴(yán)重的工況；通過(guò)控制側(cè)窗的開(kāi)度，如只開(kāi)1/3，或者進(jìn)行組合開(kāi)窗，不但可在某些速度范圍內(nèi)抑制風(fēng)振現(xiàn)象的產(chǎn)生，還能很大程度上降低峰值聲壓級(jí)。

后側(cè)窗風(fēng)振一直是汽車(chē)風(fēng)振問(wèn)題里最嚴(yán)重的，到目前為止并沒(méi)有在工程上得到較好解決，而天窗和前窗的風(fēng)振已經(jīng)找到一些工程上可行的解決手段。針對(duì)后側(cè)窗風(fēng)振問(wèn)題，文獻(xiàn)[4]中嘗試從主動(dòng)控制和被動(dòng)控制上提出了幾種控制手段，如在后窗加立柱、在C柱后加通氣孔、B柱上加噴流裝置和B柱開(kāi)槽等。但由于可行性、經(jīng)濟(jì)性和主觀審美等因素，一直沒(méi)有得到應(yīng)用。

從產(chǎn)生機(jī)理分析，風(fēng)振的控制原則上應(yīng)首先從打破周期性渦脫落入手；從可行性考慮傾向于被動(dòng)控制，如在B柱即后側(cè)窗開(kāi)口前緣安裝擾流塊，通過(guò)優(yōu)化擾流塊的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到控制效果，可作為后續(xù)研究工作的方向。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某轎車(chē)進(jìn)行整車(chē)氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)，分析了4種不同工況下側(cè)窗風(fēng)振現(xiàn)象的特性，得出以下主要結(jié)論。

(1)車(chē)內(nèi)不同測(cè)試點(diǎn)有著相似的風(fēng)振特性，即峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率與車(chē)內(nèi)空間位置無(wú)關(guān)。

(2)風(fēng)振現(xiàn)象會(huì)在某個(gè)特定風(fēng)速下開(kāi)始出現(xiàn)，超過(guò)某個(gè)風(fēng)速后又開(kāi)始逐漸減弱甚至消失。隨著風(fēng)速的增大，峰值聲壓級(jí)先增后減，而風(fēng)振頻率則一直增大。

(3)峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率都隨側(cè)窗開(kāi)口面積的增大而增大。控制開(kāi)窗大小可作為降噪的一種簡(jiǎn)易方法，對(duì)于該試驗(yàn)車(chē)，開(kāi)1/3窗戶是一種較舒適的開(kāi)窗模式。

(4)峰值聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率均隨著偏航角的增大而增大，即背風(fēng)面時(shí)風(fēng)振問(wèn)題減弱。

(5)后側(cè)窗風(fēng)振問(wèn)題比前側(cè)窗要嚴(yán)重得多。相對(duì)而言，前側(cè)窗的風(fēng)振聲壓級(jí)和風(fēng)振頻率由于后視鏡和A柱的擾流作用，均比后側(cè)窗要小得多。

(6)任何開(kāi)窗組合都比只開(kāi)一個(gè)窗時(shí)峰值聲壓級(jí)要小，其中左后窗和左前窗組合開(kāi)時(shí)效果最好，最大可以降低25dB，左后窗和右前窗組合開(kāi)時(shí)效果次之，最大可以降低20dB，降噪效果最差的是左后窗和右后窗同時(shí)全開(kāi)，最大可以降低10dB；組合開(kāi)窗可作為降低風(fēng)振噪聲的一種簡(jiǎn)易有效的方法，且不增加額外成本，也不會(huì)在造型上帶來(lái)審美問(wèn)題。

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A Study on Wind Tunnel Test on Side Window Buffeting Characteristics of a Sedan

He Yinzhi，Long Lianghuo＆ Yang Zhigang
1.School of Automotive Studies， Tongji University， Shanghai 201804；2.Shanghai Key Lab of Vehicle Aerodynamics and Vehicle Thermal Management Systems，Shanghai 201804

On the basis of analysis on the generation mechanism of car wind buffeting，an aero-acoustic wind-tunnel test is conducted for car side-window buffeting so far unsettled in engineering.The changing law of the peak sound pressure level(SPL)and frequency of side-window buffeting with spatial location， wind speed，opening area，yaw angle and window-opening combination is analyzed and the wind buffeting characteristics of front and rear windows are compared.The results show that the characteristics of buffeting are almost the same in different locations in a car.Buffeting starts to appear at a certain wind speed and becomes stronger and stronger as wind speed goes up till a critical one， then it gradually weakens and finally disappears at another wind speed.As wind speed goes up，the peak SPL rises first and then falls，while the buffeting frequency keeps increasing.As window opening or yaw angle becomes larger，both buffeting frequency and peak SPL increase.The buffeting in rear window is much more serious than that of front window，which is weakened due to the effects of rearview mirror and A-pillar.In addition，compared with only one side window opening，the combination of different window openings can effectively reduce buffeting noise.

10.19562/j.chinasae.qcgc.2017.09.006

?國(guó)家自然科學(xué)基金(51575394)資助。

原稿收到日期為2016年12月19日，修改稿收到日期為2017年5月10日。

賀銀芝，副教授，博士，E-mail:heyinzhi＠#edu.cn。