1引言
近年来，随着新能源汽车的普及，为提高整车舒适性，风噪性能已经成为汽车NVH性能的一项关键指标。风噪性能是汽车与气流发生相对运动时各处受气流激扰而产生的一种空气动力噪声，当车速度超过120km/h时，风噪声将成为主要噪声源。
影响风噪性能的主要车身部件有前保险杠、机盖、A柱，外后视镜等，其中A柱连接着前挡玻璃和侧窗玻璃，而玻璃对声音属于一种非常差的绝缘体，故弱化A柱区域的涡流对降低风噪有重要意义。当前，众多学者或工程师主要通过优化A柱造型来降低风噪，而汽车前挡装饰条作为与A柱紧密连接的配件，其造型对风噪性能的影响目前还没有系统的研究和论述。汽车前挡装饰条安装于A柱靠前风挡处，其使翻越A柱的高速气流得到合理梳理，降低了A柱区域的涡流强度，进而抑制A柱后方气动噪声[3]。
本文以某款SUV为基础，通过PowerFLOW软件，针对汽车的前风挡饰条形状结构和宽度进行风噪仿真优化，评价其形状和结构对风噪性能的影响。本次研究以仿真为主，噪声传播途径仅为汽车玻璃且玻璃属性一致，不考虑密封，车门隔声等其他影响因素。
2理论基础
为进行风噪仿真计算，众学者发展了各种仿真模型，如计算流体力学（CFD）与有限元（FEM）和边界元（BEM）耦合模型，该模型对中低频噪声有较好的模拟效果[4-5]。另一种是基于计算流体力学的统计能量法（SEA）耦合模型，基于该模型的商业软件PowerFLOW以广泛用于汽车外造型的风噪预测。
PowerFLOW动力学理论使用速度分布函数f=(x,c,t)的保守相互作用描述流体行为，给出了在相空间x和c处t时刻单位体积的粒子数（x是空间，c是速度）。
碰撞算子C决定了晶格系统是否产生具有物理意义的流体行为。本文中的仿真软件PowerFLOW,采用格子波尔兹曼（LBM）方法模拟风洞对流场进行计算，计算得到流场数据后，通过PowerACOUSTICS软件进行傅立叶时频转换得到气动声源信息之后，进行声传播计算得出噪声频谱数据，计算完成后，采用PowerVIZ软件对计算结果进行后处理，得到流场分布、声源、声传播以及声压级分布云图。
目前，风噪结果多以总声压值为主，但总声压值受低频噪声影响比较大，低频噪声在后期实
车阶段易被发动机噪声及路噪覆盖，故文本中风噪仿真评价指标以语音清晰度指数AI（ArticulationIndex）为主，因为其主要受中高频声压的影响，更贴合实车风噪。AI是衡量噪声对语音干扰程度的评价指标，取值从0~100%，AI越大说明车内谈话受风噪声的干扰程度越小，即语音越清晰，反之亦然。
图1为某车型风噪风洞试验与采用Powerflow风噪仿真结果的噪声对比曲线，仿真结果与试验结果对比虽不算完美吻合，却也噪声趋势对标相当较好，表明PowerFLOW在对汽车风噪的仿真具有一定的可靠性，能较大程度上正确指导风噪问题的研究解决。
图1车内噪声仿真与风洞试验对比
3仿真分析
3.1饰条结构对风噪影响分析
3.1.1分析方案
目前市面上主流的前风挡饰条主要有实心的和槽型两种，同样也存在部分车型没有安装风挡饰条；基于市面上某款SUV车型，对其外造型安装槽型饰条（原车型）、实心饰条（A方案）和无饰条（B方案）进行分析（下图2）。三个方案计算的初始条件和边界条件设置相同，车辆行驶速度设置为120km/h。
图23种不同结构饰条方案
3.1.2结果分析
图3为各个方案的结果驾驶员头部区域的噪声SPL曲线对比，可以对比各个频段的声压级大小。从SPL曲线可以看出，前风挡饰条的有无对1600~6300Hz频段噪声影响较明显。A方案在原车型状态下将槽型饰条替换为实心饰条后，驾驶员头部区域噪声声压级降低了2.09dB(A)，语音清晰度提升了2.56%。B方案在原车型状态下去掉前风挡饰条后，驾驶员头部区域噪声声压级提高了0.12dB(A)，语音清晰度降低了2.77%。
图3不同结构饰条方案SPL曲线
图4为各个方案的涡流图，可以看出B方案在没有前风挡饰条的状态下，A柱及其后方区域的涡流能量较强，气流翻过A柱破碎产生强烈噪声声源，噪声从侧窗玻璃传到驾驶员耳朵，驾驶员头部区域的噪声较原车型和A方案差。
图4原状态、A方案、B方案涡流图
由图5中2800~5600Hz频段的前侧窗声压级云图可知，取消前风挡饰条后，A柱后方的侧窗区域的声波载荷变强，气流翻过A柱区域分离更多更强烈，A柱和外后视镜的耦合区域声压脉动变强，故外后视镜贴近的侧窗区域声压脉动也变得强烈，侧窗噪声变差。由图5中707~1404Hz的前风挡声压级云图对比可知，气流在经过实心饰条翻过A柱时，相对于槽型饰条气流得到梳理，涡流能量较弱，前侧风挡靠A柱区域声波辐射减弱，前风挡噪声变好。
图5不同结构方案的侧窗及前挡声压级云图
3.2饰条宽度对风噪的影响分析
3.2.1分析方案
在上一小节的分析中可以得出的结论是实心形式的前风挡饰条对风噪较为有利，基于某款装配实心前风挡饰条车型设置不同饰条宽度方案计算：C、D、E、F方案前风挡饰条宽度L依次为10mm、20mm、30mm、40mm（考虑到驾驶员视线的原因，饰条最大宽度只设置到40mm）。（图6）
图6前风挡饰条宽度示意图
3.2.2结果分析
从车内驾驶员头部区域的SPL曲线（图7）可以看出驾驶员头部区域的噪声随着前风挡饰条宽度增加而变好。C方案（实心-10mm）车内噪声最差；D方案（实心-20mm）车内噪声降低了0.63dB(A)，语言清晰度提升1.02%；E方案（实心-30mm）相对于D方案车内噪声降低了0.53dB（A），语言清晰度提升0.87%；F方案（实心-40mm）相对于E方案噪声变差0.13dB（A），语言清晰度降低0.22%。
图7C、D、E、F方案车内SPL曲线
图8为707~1404Hz频段的前风挡声压级云图。随着前风挡饰条宽度的增加，前风挡玻璃靠A柱处的声波辐射得到减弱，其噪声得到改善。
图8C、D、E、F方案前风挡声压级云图
汽车在高速行驶过程中，气体与车身产生剧烈的相互作用。气流沿着风挡翻过A柱，饰条的存在减缓了气流在A柱区域的分离。饰条宽度增加，气流缓冲区域变得充足，气流越加平顺翻过A柱，涡流能量变弱，降低声源强度，改善车外噪声，传到驾驶员耳朵的噪声也变好。图9为1400~2800Hz频段的侧窗声压级云图，对比发现饰条宽度增加后，侧窗噪声有改善，但并非很明显。当饰条宽度达到实心-30mm以上时，在增加饰条宽度可能对A柱的气流改善不明显，却对整车的气流有所影响，导致实心-40mm宽度的饰条风噪性能微微下降。实心饰条已经使翻过A柱的气流得到缓和，其饰条宽度影响气流缓和的程度，故侧窗噪声改善不明显。
图9C、D、E、F方案前侧窗声压级云图
4结论
本文采用流场与声场相结合的方法针对汽车前风挡饰条进行风噪仿真分析，得出以下结论：1.汽车装配前风挡饰条能减缓汽车在行驶过程中气流在A柱区域的分离，减弱涡流强度，降低侧窗表面的声波压力；
2.市面上的前风挡饰条有槽型和实心两种形式，经过分析，实心饰条在汽车风噪性能的
表现要比槽型的好；
3. 针对实心饰条，其宽度也并非愈宽愈好，根据分析结果，实心饰的条宽度增加对风噪有一定的改善。实心-30mm对风噪最好，实心-40mm的饰条相对实心-30mm改善不明显且风噪性能微微下降，同时宽度增加会影响外观。
资料来源：达索官方
