CN108268741A - 消除天窗噪声的方法及天窗横棒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消除天窗噪声的方法，涉及汽车流体动力学技术领域，所述消除天窗噪声的方法包括利用CFD仿真技术观察车辆天窗处的气流形态，直到发现天窗周围流体发生卷曲并变成旋涡；在所述旋涡从所述天窗前缘向所述天窗后缘飘移的半路上设置一个障碍物。本申请的消除天窗噪声的方法，缓解了现有技术中存在的开启天窗时，天窗附近的流体噪声大的技术问题。本发明还提供了一种天窗横棒，缓解了现有技术中存在的一些降噪方法的通用性不好的技术问题。

Description

消除天窗噪声的方法及天窗横棒

技术领域

本发明涉及汽车流体动力学技术领域，尤其是涉及一种消除天窗噪声的方法。本发明还涉及一种具有上述消除天窗噪声的方法的天窗横棒。

背景技术

汽车天窗可以改善车内空气流动，但是开启天窗后会产生很大的噪声，这一噪声容易引起驾乘人员的不适感，一些驾驶者甚至感到烦躁不安，这极易引起交通事故。

要降低天窗附近的噪声，首先要寻找噪声的来源。噪声的产生与振动有关，而天窗附近的噪声通常是由于气流振动引起。现有的研究发现，车辆行进时，车顶处脉冲压力形式的气流是产生噪音的主要原因。但是对这一气流的特性还不明确，以至于难以采取有效的措施来显著的减少天窗附近的气流噪声。

目前，减少天窗附近的气流噪声的方法是合理设计天窗的位置，以及天窗的开合位置。但是这种方法仅某一特定车型。即经反复试验后所确定的天窗位置仅适合于一种车型，造成研发周期长、研发成本高。此外，当要改变天窗位置时，需要重新开发车体模具。因此对于已经销售的保有量巨大的车型，上述问题几乎无法解决，这将严重影响相关车型以及制作厂商的口碑。

综上，如何提供一种消除天窗噪声的方法，可以在现有的天窗的基础上进行改造，操作简单，降噪效果好，是本领域技术人员亟待解决的问题。基于此，本发明提供了一种消除天窗噪声的方法及天窗横棒以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除天窗噪声的方法，以缓解现有技术中存在的开启天窗时，天窗附近的流体噪声大的技术问题。本发明的另一目的在于提供一种天窗横棒，以缓解现有技术中存在的一些降噪方法的通用性不好的技术问题。

本发明提供的消除天窗噪声的方法，包括：利用CFD仿真技术观察车辆天窗处的气流形态，直到发现天窗周围流体发生卷曲并变成旋涡；在所述旋涡从所述天窗前缘向所述天窗后缘飘移的半路上设置一个障碍物。

进一步的，在所述障碍物的位置确定后，拟定障碍物延天窗的调整范围；利用CFD仿真技术，在调整范围内计算出在设置障碍物的情况下天窗附近噪声的声压级；找出声压级最低时所述障碍物相对于所述天窗的位置。

进一步的，所述障碍物与天窗前缘的距离占天窗总长度的比例为60％至70％。

本实施例提供的消除天窗噪声的方法包括：要消除天窗噪声，首先要找出噪声的主要产生原因。在找出噪声产生原因时利用CFD仿真技术观察车辆天窗处的气流形态。观察发现在天窗打开后，车厢内形成了一个空腔结构，气流沿天窗表面流过时，在天窗上缘存在着不稳定的剪切层，使得涡旋在上缘这个位置脱落并随着气流一起向后流动。当它们撞击到天窗开口的后缘时，涡旋破碎，产生一个向四面传播的压力波。反方向传播的压力波到达天窗上缘，将再次引发涡旋的脱落。这个涡的脱落过程每秒钟会重复很多次，将在剪切层内产生一个特定的振动频率，如果这个频率与车厢的固有频率相同，将会发生共振，即产生风振噪声。所以天窗开口位置涡流的周期性形成、脱落和耗散是风振噪声产生的原因。

本实施例提供的消除天窗噪声的方法，其原理是：汽车在公路上行驶，当天窗打开时外边有气流扫过，会在天窗的前缘形成一个剪切层。当汽车达到一定的速度时，这个剪切层会变得不稳定，进而发生卷曲并变成旋涡。可见天窗前缘的剪切层发生卷曲并变成旋涡的一个影响因素是汽车的速度。即低速时，天窗的前缘形成一个剪切层；高速时，剪切层发生卷曲并变成旋涡。这是一个集中涡，并且携带很大能量，它从天窗的前缘脱落，并向天窗的下游飘移。当上述流体旋涡撞击天窗的后缘时，旋涡破碎进而侵入到车厢内部而产生噪声。并且这种旋涡脱落和下飘的过程会以某个频率周期性地发生，这使得其所产生的噪声进一步产生声学共振。这种声学共振可以称为风振噪声。实验表明风振噪声是汽车行驶过程中的主要噪声源，严重地影响到驾乘的舒适性，并对周围的环境造成噪声污染。

本实施例提供的消除天窗噪声的方法的思路是：观察实验车辆天窗处的气流形态，直到发现天窗周围流体发生卷曲并变成旋涡。接下来，以天窗的前缘为观察点位，观察该旋涡从天窗前缘向天窗下游飘移直至到达天窗后缘的全过程。观察到上述过程之后所采取的降噪措施是，在该旋涡从天窗前缘向天窗后缘飘移的半路上设置一个障碍物。

设置障碍物的效果及原因是：由上所述，天窗附近噪声的来源之一是风振噪声，其产生的原因是周期性脱落的流体涡。即气流形态为旋涡时，该旋涡脱落和下飘的过程会以某个频率周期性地发生，从而产生声学共振，引起天窗附近的风振噪声，造成天窗处的噪声较大。基于上述原因，在该旋涡从天窗前缘向天窗下游飘移的半路上设置一个障碍物，该障碍物能够在旋涡撞击天窗的后缘之前就把旋涡打碎，使原本大能量的集中涡变成多个小能量的零碎涡，从而达到耗散掉集中涡里的能量的效果。由于汽车有一定的速度，一部分零碎涡随风上扬而飞走，这使得侵入车厢内的零碎涡能量减少，从而达到降低甚至完全消除天窗风振噪声的目的。

通过在天窗上设置障碍物，对于现有的保有量大的汽车稍作改造也能实现降噪效果。对于新开发的车型可以直接将障碍物和车体一起制造，以实现降低天窗附近噪声的效果。

本发明提供的天窗横棒，根据上述任一项所述的消除天窗噪声的方法，所述障碍物为横棒，所述横棒为条形杆，所述条形杆的两端分别连接在天窗的两侧，所述条形杆的长度方向延汽车宽度。

进一步的，所述横棒与天窗的前缘平行布置。

进一步的，所述横棒的厚度小于车顶的厚度。

进一步的，所述横棒位于所述天窗胶条的上侧。

进一步的，所述横棒的截面形状呈矩形。

进一步的，所述横棒的截面的宽度为70mm至90mm。

进一步的，所述横棒的截面的高度为40mm至50mm。

由于消除天窗噪声的方法具有上述技术效果，具有消除天窗噪声的方法的天窗横棒也应具有相应的技术效果。此外，通过在天窗上设置横棒，对于现有的保有量大的汽车稍作改造也能实现降噪效果。对于新开发的车型可以直接将横棒和车体一起制造，以实现降低天窗附近噪声的效果。

基于此，本发明较之原有技术，具有操作简单，通用性好，降噪效果好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为汽车天窗的示意图；

图2为汽车天窗安装障碍物后的示意图；

图3为横棒的一种结构示意图；

图4为横棒的剖面图。

标记：10－天窗；11－天窗前缘；12－天窗后缘；20－障碍物；

30－横棒。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1－图4所示，在本实施例中提供了一种消除天窗噪声的方法，所述消除天窗噪声的方法，，包括：利用CFD仿真技术观察汽车风洞中实验车辆天窗10处的气流形态，直到发现天窗周围流体发生卷曲并变成旋涡；在旋涡从天窗前缘11向天窗后缘12飘移的半路上设置一个障碍物20。

汽车风洞是汽车空气动力学开发和测试中的重要实验设备，是开发、检验汽车多种性能的实验操作平台。

CFD是英文ComputationalFluidDynamics(计算流体动力学)的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于＂虚拟＂地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。

本实施例提供的消除天窗噪声的方法包括：要消除天窗噪声，首先要找出噪声的主要产生原因。在找出噪声产生原因时利用CFD仿真技术观察车辆天窗处的气流形态。观察发现在天窗打开后，车厢内形成了一个空腔结构，气流沿天窗表面流过时，在天窗上缘存在着不稳定的剪切层，使得涡旋在上缘这个位置脱落并随着气流一起向后流动。当它们撞击到天窗开口的后缘时，涡旋破碎，产生一个向四面传播的压力波。反方向传播的压力波到达天窗上缘，将再次引发涡旋的脱落。这个涡的脱落过程每秒钟会重复很多次，将在剪切层内产生一个特定的振动频率，如果这个频率与车厢的固有频率相同，将会发生共振，即产生风振噪声。所以天窗开口位置涡流的周期性形成、脱落和耗散是风振噪声产生的原因。

本实施例提供的消除天窗噪声的方法，其原理是：汽车在公路上行驶，当天窗打开时外边有气流扫过，会在天窗的前缘形成一个剪切层。当汽车达到一定的速度时，这个剪切层会变得不稳定，进而发生卷曲并变成旋涡。可见天窗前缘的剪切层发生卷曲并变成旋涡的一个影响因素是汽车的速度。即低速时，天窗的前缘形成一个剪切层；高速时，剪切层发生卷曲并变成旋涡。这是一个集中涡，并且携带很大能量，它从天窗的前缘脱落，并向天窗的下游飘移。当上述流体旋涡撞击天窗的后缘时，旋涡破碎进而侵入到车厢内部而产生噪声。并且这种旋涡脱落和下飘的过程会以某个频率周期性地发生，这使得其所产生的噪声进一步产生声学共振。这种声学共振可以称为风振噪声。实验表明风振噪声是汽车行驶过程中的主要噪声源，严重地影响到驾乘的舒适性，并对周围的环境造成噪声污染。

本实施例提供的消除天窗噪声的方法的思路是：观察实验车辆天窗10处的气流形态，直到发现天窗周围流体发生卷曲并变成旋涡。接下来，以天窗的前缘为观察点位，观察该旋涡从天窗前缘向天窗下游飘移直至到达天窗后缘的全过程。观察到上述过程之后所采取的降噪措施是，在旋涡从天窗前缘向天窗后缘飘移的半路上设置一个障碍物。

设置障碍物的效果及原因是：由上所述，天窗附近噪声的来源之一是风振噪声，其产生的原因是周期性脱落的流体涡。即气流形态为旋涡时，该旋涡脱落和下飘的过程会以某个频率周期性地发生，从而产生声学共振，引起天窗附近的风振噪声，造成天窗处的噪声较大。基于上述原因，在该旋涡从天窗前缘向天窗下游飘移的半路上设置一个障碍物，该障碍物能够在旋涡撞击天窗的后缘之前就把旋涡打碎，使原本大能量的集中涡变成多个小能量的零碎涡，从而达到耗散掉集中涡里的能量的效果。由于汽车有一定的速度，一部分零碎涡随风上扬而飞走，这使得侵入车厢内的零碎涡能量减少，从而达到降低甚至完全消除天窗风振噪声的目的。

通过在天窗上设置障碍物，对于现有的保有量大的汽车稍作改造也能实现降噪效果。对于新开发的车型可以直接将障碍物和车体一起制造，以实现降低天窗附近噪声的效果。

基于此，本发明较之原有技术，具有操作简单，通用性好，降噪效果好的优点。

在上述实施例的基础上，进一步的，在所述障碍物的位置确定后，拟定障碍物延天窗的调整范围；利用先进的CFD仿真技术，在调整范围内计算出在设置障碍物的情况下天窗附近噪声的声压级；找出声压级最低时障碍物相对于天窗的位置。

通过上述方法所确定的位置是障碍物的初始位置，进一步的，优化障碍物相对于天窗的位置。具体方法是：首先拟定障碍物延天窗的调整范围，调整范围根据天窗尺寸、具体车型的其他要求确定。然后将调整范围加权在障碍物的初始位置上，得出障碍物的一系列位置。利用CFD仿真技术，计算出障碍物在的一系列位置的情况下风振噪声的声压级。找出声压级最低时障碍物相对于天窗的位置。这一位置就是天窗的优化后的位置。利用CFD仿真技术，在仿真数据的基础上进一步进行优化设计，能够节约优化设计的时间及成本。

在上述实施例的基础上，进一步的，经优化发现，障碍物与天窗前缘的距离占天窗总长度的比例为60％至70％。

以普通天窗为例，天窗总长度的计算方法是天窗前缘与后缘之间的距离。障碍物设置在天窗前缘与后缘之间，障碍物与天窗前缘的距离占天窗总长度的比例为60％至70％。障碍物设置在这一范围内，天窗附近噪声的声压级最低。

实施例二

本实例提供了一种天窗横棒，实施例一所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一已经描述的技术方案不再重复描述。

具体而言，如图3－图4所示，在本实施例中提供了一种天窗横棒，根据实施例一所述的消除天窗噪声的方法，所述障碍物为横棒30，横棒30为条形杆，条形杆的两端分别连接在天窗的两侧，条形杆的长度方向延汽车宽度。

通过在天窗上设置横棒，对于现有的保有量大的汽车稍作改造也能实现降噪效果。对于新开发的车型可以直接将横棒和车体一起制造，以实现降低天窗附近噪声的效果。

在上述实施例的基础上，进一步的，横棒30与天窗前缘11平行布置。

进一步的，横棒30与天窗前缘11的距离占天窗总长度的比例为60％至70％。天窗总长度的计算方法是天窗前缘11与天窗后缘12之间的距离。横棒30与天窗前缘11的距离在图4中使用x表示，天窗总长度在图4中使用L表示，横棒30与天窗前缘11的距离占天窗总长度的比例x/L为60％至70％，可选的，x/L＝65％。

如图4所示，进一步的，横棒的厚度小于车顶的厚度。

进一步的，横棒位于所述天窗胶条的上侧。

进一步的，横棒的截面形状呈矩形。

进一步的，横棒的截面的宽度为70mm至90mm。横棒的截面的宽度在图4中使用w表示，w在70mm至90mm之间。可选的，w＝80mm。

进一步的，横棒的截面的高度为40mm－50mm。横棒的截面的高度在图4中使用t表示，t在40mm至50mm之间，可选的，t＝45mm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种消除天窗噪声的方法，其特征在于，包括：利用CFD仿真技术观察车辆天窗处的气流形态，直到发现天窗周围流体发生卷曲并变成旋涡；在所述旋涡从所述天窗前缘向所述天窗后缘飘移的半路上设置一个障碍物。

2.根据权利要求1所述的消除天窗噪声的方法，其特征在于，在所述障碍物的位置确定后，拟定障碍物延天窗的调整范围；利用CFD仿真技术，在调整范围内计算出在设置障碍物的情况下天窗附近噪声的声压级；找出声压级最低时所述障碍物相对于所述天窗的位置。

3.根据权利要求1所述的消除天窗噪声的方法，其特征在于，所述障碍物与天窗前缘的距离占天窗总长度的比例为60％至70％。

4.一种天窗横棒，其特征在于，根据如权利要求1－3任一项所述的消除天窗噪声的方法，所述障碍物为横棒，所述横棒为条形杆，所述条形杆的两端分别连接在天窗的两侧，所述条形杆的长度方向延汽车宽度。

5.根据权利要求4所述的天窗横棒，其特征在于，所述横棒与天窗的前缘平行布置。

6.根据权利要求4所述的天窗横棒，其特征在于，所述横棒的厚度小于车顶的厚度。

7.根据权利要求6所述的天窗横棒，其特征在于，所述横棒位于所述天窗胶条的上侧。

8.根据权利要求4所述的天窗横棒，其特征在于，所述横棒的截面形状呈矩形。

9.根据权利要求8所述的天窗横棒，其特征在于，所述横棒的截面的宽度为70mm至90mm。

10.根据权利要求8所述的天窗横棒，其特征在于，所述横棒的截面的高度为40mm至50mm。