【摘要】：隨著汽車(chē)實(shí)用速度不斷提高,高強(qiáng)度、寬頻帶的氣動(dòng)噪聲已經(jīng)成為影響乘坐舒適性不容忽視的問(wèn)題。在以往的汽車(chē)氣動(dòng)噪聲研究中,工作重心往往集中于對(duì)聲壓級(jí)的計(jì)算與評(píng)估,而隨著汽車(chē)研發(fā)趨勢(shì)逐漸從產(chǎn)品性能轉(zhuǎn)向品質(zhì)研發(fā)層面,因此汽車(chē)聲品質(zhì)的研究已經(jīng)成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)之一。然而現(xiàn)階段針對(duì)氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)的研究工作相對(duì)缺乏,并且傳統(tǒng)的汽車(chē)氣動(dòng)噪聲聲壓級(jí)不足以全面整體的表征車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲多屬性特性。因此為了全面深入地研究車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲聲環(huán)境特征,開(kāi)展汽車(chē)氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)的研究工作就顯得尤為重要。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于汽車(chē)聲品質(zhì)研究主要集中于整車(chē)與零部件結(jié)構(gòu)噪聲研究領(lǐng)域,尚沒(méi)有對(duì)車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)問(wèn)題給予足夠的關(guān)注,因此還需要以具體氣噪特性的深入了解為基礎(chǔ),發(fā)展與之相適應(yīng)的汽車(chē)氣動(dòng)噪聲綜合評(píng)價(jià)體系與控制方法。為此,本文針對(duì)汽車(chē)在高速行駛時(shí)車(chē)內(nèi)兩種主要?dú)鈩?dòng)噪聲(偶極子噪聲與風(fēng)振噪聲)的聲品質(zhì)問(wèn)題,分別建立了基于有限元-統(tǒng)計(jì)能量(FE-SEA)與網(wǎng)格自適應(yīng)(ALE)方法對(duì)車(chē)內(nèi)氣動(dòng)偶極子輻射噪聲與風(fēng)振噪聲進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算,結(jié)合響度、粗糙度、尖銳度等客觀參量探討了這兩種氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)特性,并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展基于聲品質(zhì)的車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲均衡控制方法研究,為解決汽車(chē)氣動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)問(wèn)題提供了新的研究思路,具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:1.汽車(chē)氣動(dòng)偶極子噪聲相關(guān)湍流模型的比較與篩選。汽車(chē)高速行駛時(shí)車(chē)身周?chē)鷱?fù)雜流場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)壓力,而脈動(dòng)壓力是后續(xù)偶極子噪聲及其品質(zhì)計(jì)算分析的重要基礎(chǔ)與依據(jù)。針對(duì)MIRA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)模型組和外流場(chǎng)三維數(shù)值計(jì)算模型,從保證數(shù)值計(jì)算精度的角度出發(fā),確定了在進(jìn)行流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí),采用Re alizable k-?兩方程湍流模型,在流場(chǎng)瞬態(tài)計(jì)算過(guò)程中,采用大渦方程(LES)進(jìn)行模擬,以精確獲得車(chē)身表面的脈動(dòng)壓力信息;并通過(guò)PIV測(cè)試與壓力數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證了車(chē)身外部流場(chǎng)以及車(chē)身表面脈動(dòng)壓力的準(zhǔn)確性。2.針對(duì)車(chē)內(nèi)偶極子輻射噪聲,提出了一種能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)較寬頻帶內(nèi)的LES-FE-SEA模型。理論推導(dǎo)了聲類(lèi)比(FW-H)與傳統(tǒng)方法(FE、BEM、SEA)的相關(guān)模型,詳細(xì)闡述了FW-H與FE-SEA混合方法的理論基礎(chǔ)與實(shí)現(xiàn)條件,將在CFD計(jì)算中獲得的脈動(dòng)壓力作為噪聲源項(xiàng),采用FE-SEA方法對(duì)聲學(xué)Helmholz方程進(jìn)行求解,實(shí)現(xiàn)了實(shí)車(chē)封閉乘員室空間的偶極子噪聲在寬頻區(qū)間內(nèi)的數(shù)值仿真計(jì)算,實(shí)車(chē)道路測(cè)試結(jié)果表明,該方法在中頻范圍內(nèi)具有較高的計(jì)算精度,與傳統(tǒng)有限元、邊界元、統(tǒng)計(jì)能量分析方法相比,該方法在兼顧計(jì)算精度與計(jì)算效率兩方面時(shí)具有綜合優(yōu)勢(shì)。3.結(jié)合響度、粗糙度、尖銳度、抖動(dòng)度四個(gè)物理參量,以偶極子噪聲為載體,構(gòu)建了相應(yīng)聲品質(zhì)計(jì)算流程�；陧懚�、粗糙度、尖銳度、抖動(dòng)度四個(gè)心理聲學(xué)客觀參數(shù),將聲學(xué)計(jì)算得到的聲壓級(jí)頻譜曲線作為聲學(xué)后處理的初始信號(hào),運(yùn)用Matlab軟件編譯各客觀參數(shù)計(jì)算流程,獲得了氣動(dòng)噪聲各聲學(xué)客觀參量,并對(duì)比分析了數(shù)值計(jì)算與測(cè)試結(jié)果�？偨Y(jié)了聲壓級(jí)以及四個(gè)聲品質(zhì)客觀參量與車(chē)速變化關(guān)系,為車(chē)型開(kāi)發(fā)階段對(duì)車(chē)內(nèi)偶極子氣動(dòng)噪聲品質(zhì)的評(píng)估提供了重要的借鑒價(jià)值。4.建立了一套適用于汽車(chē)的側(cè)窗風(fēng)振噪聲品質(zhì)計(jì)算方法。推導(dǎo)了松弛-弱可壓模型及風(fēng)振噪聲控制方程,重點(diǎn)闡述了簡(jiǎn)易車(chē)廂動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算方法中的網(wǎng)格劃分、邊界條件與求解器設(shè)置,以及聲學(xué)后處理。對(duì)比分析了仿真計(jì)算與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,揭示了響度、粗糙度、尖銳度、抖動(dòng)度四個(gè)聲品質(zhì)客觀參量與滑動(dòng)擋板開(kāi)度的變化規(guī)律,并且詳細(xì)分析了產(chǎn)生這些變化現(xiàn)象的相應(yīng)機(jī)理,為實(shí)車(chē)風(fēng)振噪聲品質(zhì)設(shè)計(jì)提供了可供參考的研究思路及方法。5.汽車(chē)側(cè)窗連續(xù)開(kāi)啟下的風(fēng)振噪聲品質(zhì)計(jì)算分析。考慮汽車(chē)具有外形高度復(fù)雜的特征,對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,將基于ALE方法的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)引入風(fēng)振噪聲仿真計(jì)算中,經(jīng)過(guò)相應(yīng)的聲學(xué)后處理,實(shí)現(xiàn)了各聲品質(zhì)客觀參量的數(shù)值計(jì)算。重點(diǎn)分析了左前側(cè)窗與左后側(cè)窗風(fēng)振噪聲的產(chǎn)生機(jī)理,并采用實(shí)車(chē)道路測(cè)試與固定開(kāi)度方法驗(yàn)證了該計(jì)算流程對(duì)風(fēng)振噪聲品質(zhì)計(jì)算的準(zhǔn)確性。詳細(xì)闡述了左前與左后側(cè)窗風(fēng)振噪聲聲品質(zhì)各客觀參量與車(chē)速、側(cè)窗開(kāi)啟程度的變化規(guī)律及其內(nèi)在機(jī)理。最后綜合考慮聲壓級(jí)與四個(gè)聲品質(zhì)客觀參量,提出乘員室需加強(qiáng)通風(fēng)換氣時(shí)側(cè)窗的開(kāi)度區(qū)間及相應(yīng)車(chē)速的合理建議。6.針對(duì)汽車(chē)氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)多屬性特征,設(shè)計(jì)了一種能夠均衡控制乘員室氣動(dòng)噪聲品質(zhì)的降噪方案。針對(duì)車(chē)內(nèi)偶極子噪聲,通過(guò)在內(nèi)飾布置多層吸聲材料的設(shè)計(jì)思想,結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化方法,采用遺傳算法,獲得了能夠均衡控制聲品質(zhì)各客觀參量的多層吸聲材料的布置方案。針對(duì)車(chē)內(nèi)風(fēng)振噪聲,通過(guò)在側(cè)窗附近布置仿生雨擋的降噪措施,分別以前后雨擋各主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,獲得了能夠提升車(chē)內(nèi)風(fēng)振噪聲聲品質(zhì)的雨擋設(shè)計(jì)方案。綜上所述,基于LES-FE-SEA與ALE法的汽車(chē)氣動(dòng)噪聲計(jì)算方法為車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)研究提供了有效的數(shù)值預(yù)測(cè)手段。本文系統(tǒng)的對(duì)車(chē)內(nèi)偶極子氣動(dòng)噪聲與風(fēng)振噪聲聲品質(zhì)特性以及均衡化控制進(jìn)行了深入細(xì)致地研究,為汽車(chē)開(kāi)發(fā)階段預(yù)測(cè)與評(píng)估車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲聲品質(zhì)水平提供了可供參考的研究思路與方法。
【圖文】：

人工頭耳模型

1 車(chē)內(nèi)氣動(dòng)噪聲主要來(lái)源汽車(chē)高速行駛時(shí)，封閉乘員室內(nèi)部氣動(dòng)噪聲主要是由車(chē)身表面偶極子引 1.2 所示[6]，，然而當(dāng)乘員室需加強(qiáng)通風(fēng)換氣時(shí)，往往需要將車(chē)窗開(kāi)啟一，此種情況下，車(chē)內(nèi)外氣流的瞬態(tài)干涉效應(yīng)引起的風(fēng)振噪聲就更為凸顯兩種聲傳播途徑已經(jīng)成為汽車(chē)高速行駛時(shí)乘員室空間主要?dú)鈩?dòng)噪聲來(lái)源研究氣動(dòng)偶極子噪聲首先需要探究氣動(dòng)噪聲整體性起源，封閉乘員室內(nèi)聲是由汽車(chē)車(chē)身表面湍流邊界層內(nèi)的擾動(dòng)、表面脈動(dòng)壓力共同引起的，式分別為四極子聲源與偶極子聲源[7-9]。汽車(chē)行駛時(shí)處于低馬赫數(shù)工況，子噪聲源產(chǎn)生的輻射噪聲很小，可以忽略其影響，從而車(chē)身表面的偶極主導(dǎo)地位[10-11]。目前已經(jīng)有大量關(guān)于偶極子氣動(dòng)噪聲的相關(guān)研究文獻(xiàn)，大致通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值仿真三種方法對(duì)偶極子聲壓級(jí)水平，所得結(jié)果之間也能相互印證[12-16]，不過(guò)這些研究對(duì)聲品質(zhì)客觀參數(shù)的欠缺，尤其對(duì)于車(chē)內(nèi)駕乘人員附近的偶極子噪聲品質(zhì)客觀參量。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U467.493

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本文編號(hào)：2614076