汽車后視鏡氣動噪聲產(chǎn)生原因分析及優(yōu)化方法

張一召，凌志偉，賈浩

（重慶理工大學(xué)車輛工程學(xué)院，重慶 400054 ）

隨著汽車NVH 性能的不斷提高，汽車行駛的振動噪聲得到了很大程度的減輕和抑制；行駛路面條件的改善降低了路面不平度，在一定程度上降低了汽車行駛時的輪胎噪聲；同時，得益于現(xiàn)代汽車良好的乘員艙密封性，可進(jìn)一步將噪聲隔絕在車外。但是，氣動噪聲與其他種類的噪聲源存在較大差異，使其越來越得到汽車設(shè)計(jì)工作者和普通消費(fèi)者的重視。

1 汽車氣動噪聲的重要性

氣動噪聲有以下幾點(diǎn)特征：（1）空氣流場充斥著整個汽車的外部空間，汽車上任何一個氣動造型不合理的部位皆有可能產(chǎn)生強(qiáng)勁的氣動噪聲。（2）氣動噪聲的來源是空氣中的湍流，氣流在流經(jīng)引擎蓋、A 柱、后視鏡區(qū)域時，因?yàn)樾螤钔蛔兒兔黠@的棱角，會發(fā)生較強(qiáng)的氣流分離，從而產(chǎn)生較強(qiáng)湍流，而他們的氣流分離作用區(qū)域都非常靠近車窗，即氣動噪聲源離車窗很近或直接作用于車窗上，降低了車窗的隔音效果。（3）汽車的氣動噪聲源主要為二極子聲源與四極子聲源，它們的聲功率的表達(dá)形式分別為：、，可看出他們的聲功率大小與車速的六次方、八次方成正比，現(xiàn)代汽車的車速較高，但車速越快，氣動噪聲增加越明顯。（4）汽車高速行駛時，一旦打開車窗造成開口，乘員艙則形成一個有較小開口的空腔，高速氣流經(jīng)過車窗鋒利的邊緣進(jìn)入乘員艙，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的風(fēng)振噪聲。

車內(nèi)乘員若是長時間處于強(qiáng)噪聲環(huán)境下，會極大地影響乘客乘坐的舒適性，降低主觀舒適度，同時，強(qiáng)噪聲也會對安靜、協(xié)調(diào)的環(huán)境工程造成不利影響，長時間的噪聲環(huán)境還會降低駕駛員的駕駛警覺性，增強(qiáng)駕駛員的駕駛疲勞感，對行車安全造成較大影響。

在汽車氣動造型的優(yōu)化過程中，對整體造型的優(yōu)化是一個復(fù)雜且冗長的系統(tǒng)流程，因此，對單一部位細(xì)部優(yōu)化則成了工程開發(fā)中一個不錯的選擇。在氣動噪聲中，后視鏡由于其凸出車身的造型特點(diǎn)，容易對汽車整體流場造成破壞，加上其不規(guī)則的形狀特征，導(dǎo)致后視鏡成為一個不容忽視的強(qiáng)氣動噪聲源，而且后視鏡離前側(cè)窗的距離最近，高速行駛時，其產(chǎn)生的壓力脈動會直接作用于前側(cè)窗，使車艙內(nèi)乘員對后視鏡的氣動噪聲更為敏感，有較大優(yōu)化空間。加上后視鏡獨(dú)立于車身之外，對后視鏡的造型優(yōu)化不會對車身整體風(fēng)格造成太大影響，因此，對后視鏡的優(yōu)化會更加方便和高效。

2 汽車后視鏡產(chǎn)生氣動噪聲的原因

后視鏡的體積雖小，但是，外形相對車身其他部位卻更加復(fù)雜和多樣，因此，后視鏡產(chǎn)生強(qiáng)氣動噪聲的原因也較多，主要?dú)w納為以下幾點(diǎn)：（1）后視鏡正迎風(fēng)面與來流方向夾角呈垂直或接近垂直：此種情況下，后視鏡的正迎風(fēng)面會對氣流形成阻滯，導(dǎo)致正迎風(fēng)面的壓力增大，同時，氣流無法平穩(wěn)過渡至后視鏡后方，從而形成紊亂的流場，在后視鏡后方會出現(xiàn)較強(qiáng)的湍流，不僅會造成較強(qiáng)的氣動噪聲，還會消耗整車動能，形成較大的阻力。（2）后視鏡的迎風(fēng)面積太大：一定程度上，后視鏡產(chǎn)生氣動噪聲的大小與正迎風(fēng)面積呈正相關(guān)，汽車高速行駛時，會在后視鏡的邊緣形成氣流分離，迎風(fēng)面積越大，氣流分離的程度也越大，則后視鏡后方的壓力脈動越強(qiáng)烈，而壓力脈動是產(chǎn)生氣動噪聲的主要原因。（3）后視鏡外形過渡突兀：后視鏡造型過于方正硬朗，也不利于氣流的引導(dǎo)和過渡，不順暢的氣流流動必然會產(chǎn)生湍流。（4）不規(guī)則的細(xì)部形狀：后視鏡上的一些細(xì)小的棱角和細(xì)小的突兀會對流場造成較大的影響。若是在迎風(fēng)面，則會造成氣流的提前分離，若是在后視鏡的邊緣處，則會破壞流場的一體性，容易在后方形成細(xì)小的湍流微團(tuán)，增加噪聲。（5）后視鏡與車身間距不合理：在后視鏡與車身之間的夾縫處，氣流會無障礙經(jīng)過，因此，此處的氣流流速較快，若后視鏡與車身的距離較近，容易導(dǎo)致夾縫處氣流進(jìn)一步被加速，從而導(dǎo)致動壓增大靜壓減小，在橫向上與后視鏡正后方的氣流形成較大的速度差、壓力差，形成強(qiáng)湍流和強(qiáng)噪聲。因?yàn)闅鈩釉肼曂c氣動阻力相互關(guān)聯(lián)，因此，后視鏡不合理的造型因素不只是產(chǎn)生氣動噪聲，還會形成額外的阻力，在高速時尤其明顯，同時，其對流場的影響會從汽車側(cè)面蔓延至汽車尾部，從而破壞整車的氣動性能。

3 汽車后視鏡氣動噪聲的優(yōu)化方法

針對后視鏡容易產(chǎn)生氣動噪聲的造型因素，結(jié)合一定的工程開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以得出關(guān)于后視鏡氣動噪聲的優(yōu)化方法。（1）在不影響駕駛員后部視野的情況下，后視鏡盡量向后傾斜：此舉可避免正迎風(fēng)面垂直來流，使氣流過渡更加平穩(wěn)，降低后視鏡正面對氣流的阻滯，從而減小正面壓力。（2）盡量減小后視鏡正迎風(fēng)面面積：這是減小氣動噪聲最直接有效的方法，考慮到駕駛員的視野要求，適當(dāng)減小后視鏡鏡罩的厚度也有同樣的效果。（3）盡量采用曲面、弧形的圓滑過渡，避免方正硬朗的整體造型，每個方向圓滑的曲面可以使后視鏡對氣流的阻滯作用減到最小，后視鏡與車身的連桿應(yīng)做圓滑處理，后視鏡與車窗連接處的三角板臺階也應(yīng)做斜面處理，后視鏡邊緣處應(yīng)與氣流方向平行，與氣流平行的邊緣可以引導(dǎo)后視鏡旁的氣流與來流方向一致，盡量避免了強(qiáng)湍流的產(chǎn)生。（4）后視鏡盡量平整，避免微小的凸起和縫隙：后視鏡處的車燈與倒車攝像頭等部件盡量與后視鏡融為一體，整體應(yīng)隱藏在后視鏡原本的外形輪廓中，并填充縫隙，盡量避免棱角和棱線，若無法避免，應(yīng)盡量出現(xiàn)在后視鏡水平正中央上下兩弧面的交接部位。（5）在合理范圍內(nèi)后視鏡應(yīng)盡量增大與車身的間距：增大間距不僅能避免橫向過大的速度壓力差，減小湍流產(chǎn)生，同時，還能使噪聲源遠(yuǎn)離車窗，從而減小噪聲。（6）后視鏡內(nèi)側(cè)面與車身盡量平行，避免喇叭狀開口，否則，會形成擴(kuò)散器效應(yīng)，使氣流速度增大，從而不利于整體流場。對后視鏡氣動噪聲的優(yōu)化是一個系統(tǒng)的過程，每輛車的外部造型不同，最優(yōu)的后視鏡造型也不盡相同，但是，整體邏輯不變，在優(yōu)化過程中，需要做好充分的仿真和實(shí)驗(yàn)工作，才能得到盡量完美的后視鏡造型。

4 結(jié)語

空氣動力學(xué)是一門系統(tǒng)的學(xué)科，對任何一個部位或部件的優(yōu)化都不能脫離于整體，也不是某種優(yōu)化方法的生搬硬套，結(jié)合實(shí)際，針對細(xì)節(jié)但不忽視整體，只有這樣，才是永遠(yuǎn)不會出錯的優(yōu)化方法。