高品質(zhì)天窗擋風(fēng)板的風(fēng)噪聲分析

為了降低汽車的空氣阻力，車頂往往需要傾斜才能保證與前風(fēng)窗玻璃平滑連接，這使得天窗后緣高于前緣，且往往是整車最高點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)在汽車行駛開啟天窗時(shí)會(huì)引發(fā)風(fēng)噪聲。該噪聲的A加權(quán)聲壓級(jí)可以達(dá)到100dB以上，影響駕駛員和乘員的舒適性，同時(shí)還影響車內(nèi)語音通話的清晰度。為解決這一問題，常采用矩形條狀天窗擋風(fēng)板。但這種擋風(fēng)板只能減小空氣流動(dòng)引起的車內(nèi)空腔共振，對(duì)于車內(nèi)語音通話清晰度的改善效果甚微。而高端車采用的由玻纖尼龍、尼龍布等纖維材料構(gòu)成的網(wǎng)狀擋風(fēng)板雖然表現(xiàn)出良好的性能特性，但成本較高。對(duì)此，研究分析了流經(jīng)天窗的空氣湍流，提出了一種翼型高品質(zhì)天窗擋風(fēng)板，并通過試驗(yàn)對(duì)該擋風(fēng)板的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

汽車行駛時(shí)，若打開天窗，車廂內(nèi)形成空腔，在天窗前緣形成不穩(wěn)定的剪切層，從而形成渦流。這些渦流隨著氣流向后流動(dòng)，撞擊到天窗后緣發(fā)生破碎，產(chǎn)生一個(gè)向四面?zhèn)鞑サ膲毫Σ?，向前的壓力波再次引起渦流的形成，該過程將以與速度相關(guān)的頻率重復(fù)進(jìn)行。因而，在設(shè)計(jì)翼型天窗擋風(fēng)板時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)：①不能形成不穩(wěn)定的剪切層；②形成的渦流不會(huì)撞擊天窗后緣。基于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了翼型天窗擋風(fēng)板（如圖1）。

對(duì)所設(shè)計(jì)的翼型天窗擋風(fēng)板進(jìn)行了性能測(cè)試。試驗(yàn)在美國菲尼克斯的聲學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)室中進(jìn)行，試驗(yàn)汽車采用一輛日產(chǎn)中型運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SUV），并在駕駛員耳部位置安裝麥克風(fēng)。試驗(yàn)設(shè)定汽車正面空氣和汽車相對(duì)速度為120km/h，設(shè)定翼型天窗擋風(fēng)板橫向長度分別為17mm、27mm和34mm，記錄車內(nèi)麥克風(fēng)采集的聲音，并轉(zhuǎn)換為A加權(quán)聲壓級(jí)和語音清晰度指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：①與傳統(tǒng)天窗擋風(fēng)板相比，翼型天窗擋風(fēng)板的A加權(quán)聲壓級(jí)和語音清晰度指數(shù)均得到改善，且隨著橫向長度的增加，這種改善越明顯，分別改善了10%、26%和29%；②與纖維材料構(gòu)成的網(wǎng)狀天窗擋風(fēng)板相比，27mm翼型天窗擋風(fēng)板與其性能大致相同，34mm翼型天窗擋風(fēng)板的語音清晰度指數(shù)顯著改善，但是A加權(quán)聲壓級(jí)高出1dB。

圖1 翼型天窗擋風(fēng)板剖面

SumonSinhaetal.SAE 2016-01-1806.

編譯：陳丁躍