基于线性等效的车窗近声场建模及车窗结构优化方法

文档序号:9865847阅读:483来源:国知局
基于线性等效的车窗近声场建模及车窗结构优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及轿车车窗设计与制造领域,尤其是设及一种基于线性等效的车窗近声 场建模及车窗结构优化方法。
【背景技术】
[0002] 近年来,随着汽车速度的不断提高,同时发动机噪声、传动系噪声和轮胎噪声的降 低,高速风噪声已经成为相当重要的车内噪声声源之一。如何减小由风噪声引起的车内噪 声逐渐成为汽车声学设计的重要内容。
[0003] 由于汽车后视镜和A柱的作用,侧窗区域产生强烈的满流,导致该区域的风噪声问 题较其他部位更为突出。同时考虑到汽车驾驶员的视野需求,汽车侧窗缺少必要的声学设 计。因此,汽车侧窗逐渐成为风噪声向车内传递的主要路径,其声学性能对于汽车乘坐舒适 性有着很重要的影响。
[0004] 汽车车窗玻璃在车窗密封系统的约束作用下完成升降,车窗密封系统不仅保证车 窗玻璃升降过程的稳定性,其粘弹性的约束作用对于车窗玻璃的声学特性有着很大的影 响。同时,由于密封条材料的超弹性特征及其非规则的截面形状,使得密封约束下的车窗声 学性能数值模拟分析难W实现。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于线性等效 的车窗近声场建模及车窗结构优化方法,解决了密封条非规则几何特征带来的建模困难, 基于车窗玻璃在密封约束下的声学特性提出车窗玻璃优化方法,实现了面向高速静音性的 车窗声学性能优化。
[0006] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现:
[0007] -种基于线性等效的车窗近声场建模及车窗结构优化方法包括W下步骤:
[000引S1:通过密封条唇边压缩负荷试验获得密封条唇边的压缩负荷(Compression Lo曰d Deflection beh曰vior,CLD)曲线;
[0009] S2:基于功能等效原理将密封条唇边等效为离散的线性刚度弹黃单元,建立导槽 密封条等效约束模型;
[0010] S3:结合导槽密封条等效约束模型建立车窗密封系统的Ξ维模型,对车窗密封系 统的Ξ维模型进行声学性能分析,得到车窗声音传递损失特性曲线和车窗声压级分布;
[0011] S4:基于隔声材料质量效应,根据车窗声音传递损失特性曲线和车窗声压级分布 优化车窗玻璃的结构。
[0012] 所述密封条唇边压缩负荷试验为:将密封条唇边固定在导槽工装上,玻璃工装竖 直向下平压密封条唇边,密封条唇边产生的压缩力与密封条唇边的压缩量的曲线为密封条 唇边的压缩负荷曲线。
[0013] 所述步骤S2具体为:
[0014] 21:由压缩负荷曲线获得密封条唇边刚度,根据密封条唇边刚度的变化量将压缩 负荷曲线划分为近似线性刚度区域和非近似线性刚度区域;
[001引22:基于功能等效原理,假设密封条唇边均工作近似线性刚度区域,将密封条唇边 等效为离散的线性刚度弹黃单元,取近似线性刚度区域内所有密封条唇边刚度的平均值作 为线性刚度弹黃单元的密封条等效约束弹黃刚度;
[0016] 23:建立导槽密封条等效约束模型,包括线性刚度弹黃单元和对应的密封条等效 约束弹黃刚度。
[0017] 所述近似线性刚度区域中密封条唇边刚度的变化量小于等于设定值,所述非近似 线性刚度区域中密封条唇边刚度的变化量大于设定值。
[0018] 所述步骤S3具体为:
[0019] 31:结合导槽密封条等效约束模型建立车窗密封系统的Ξ维模型;
[0020] 32:基于混响室-消音室隔声实验原理,建立包含密封约束的车窗声音传递损失分 析声学模型;
[0021] 33:基于车窗声音传递损失分析声学模型对车窗密封系统进行声学性能分析,得 到车窗声音传递损失特性曲线和车窗声压级分布。
[0022] 所述车窗声音传递损失分析声学模型的建立过程为:基于混响室-消音室隔声实 验原理,利用声学软件,在车窗密封系统的Ξ维模型中的车窗玻璃外表面施加扩散声场,该 扩散声场模拟混响室噪声源,同时,在车窗密封系统的Ξ维模型中的车窗玻璃内表面施加 瑞丽面,该瑞丽面模拟消音室中的自由声场。
[0023] 所述步骤S4中优化车窗玻璃的结构的过程为:在车窗玻璃总质量不变的条件下, 改变车窗玻璃的质量分布,根据车窗声音传递损失特性曲线和车窗声压级分布增大声学性 能差所在区域的单位面积质量。
[0024] 所述步骤S4优化后的车窗玻璃采用差厚玻璃,所述差厚玻璃的厚度沿车身方向按 抛物线规律先递增后递减。
[0025] 所述步骤S4中优化的车窗玻璃为汽车前侧窗。
[0026] 与现有技术相比,本发明具有W下优点:
[0027] 1)本发明基于密封条唇边压缩负荷实验,在分析密封条唇边力学特性基础上,运 用功能等效原理,假设密封条唇边均工作近似线性刚度区域,将车窗密封条约束等效为离 散的线性刚度弹黃单元,建立导槽密封条等效约束模型,解决了密封条非规则几何特征带 来的建模困难。
[00%] 2)本发明建立双曲率车窗玻璃的Ξ维模型,基于混响室-消音室隔声实验原理,建 立包含密封约束的车窗声音传递损失分析声学模型,通过声学性能分析获取车窗声音传递 损失特性曲线及侧窗区域的空间声压级分布,便于研究车窗玻璃在密封约束下的声学特 性,克服了密封约束下的车窗声学性能数值模拟分析难W实现的困难。
[0029] 3)本发明基于隔声材料质量效应,提出车窗玻璃截面优化方法,即采用沿车身方 向厚度按照抛物线规律分布的差厚玻璃替代原始定厚度玻璃,结果表明低频入射声源条件 下车窗声音传递损失平均值提升了 10%,实现了面向高速静音性的车窗声学性能优化。
[0030] 4)本发明针对风噪声向车内传递的主要途径一一前侧窗,进行结构优化,平衡制 作成本与声学性能之间取舍,易于推广应用。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明方法流程示意图;
[0032] 图2为车窗密封系统的结构示意图;
[0033] 图3为密封条唇边压缩负荷实验的示意图;
[0034] 其中,(3a)为密封条内侧唇边进行密封条唇边压缩负荷实验的示意图,(3b)为密 封条外侧唇边进行密封条唇边压缩负荷实验的示意图;
[0035] 图4为密封条唇边的压缩负荷曲线示意图;
[0036] 图5为车窗声音传递损失分析声学模型的示意图;
[0037] 其中,(5a)车窗声音传递损失分析声学模型的整体结构示意图,巧b)为图巧a)中A 处局部放大示意图,(5c)为图(5a)中B处局部放大示意图;
[0038] 图6为车窗玻璃内表面声压级分布图;
[0039] 图7为车窗玻璃截面厚度优化示意图;
[0040] 图8为优化前后车窗玻璃的车窗声音传递损失特性曲线对比示意图。
[0041] 图中:1、密封条,11、内侧唇边,12、外侧唇边,2、车窗玻璃,3、车口饭金,4、导槽工 装,5、玻璃工装,6、线性刚度弹黃单元,7、瑞丽面,8、扩散声场。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例W本发明技术方案 为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0043] 随着汽车速度不断提高,汽车风噪声问题日益突出。同时密封约束下车窗玻璃2逐 渐成为风噪声向车内传递的主要途径,其声学性能对于汽车乘坐舒适性有着很重要的影 响。因此,本发明提出一种基于线性等效的车窗近声场建模及车窗结构优化方法,如图1所 示,包括W下步骤:
[0044] S1:通过密封条唇边压缩负荷试验获得密封条唇边的压缩负荷曲线;
[0045] S2:基于功能等效原理将密封条唇边等效为离散的线性刚度弹黃单元6,建立导槽 密封条等效约束模型;
[0046] S3:结合导槽密封条等效约束模型建立车窗密封系统的Ξ维模型,对车窗密封系 统的Ξ维模型进行声学性能分析,得到车窗声音传递损失特性曲线和车窗声压级分布;
[0047] S4:基于隔声材料质量效应,根据车窗声音传递损失特性曲线和车窗声压级分布 优化车窗玻璃2的结构。
[0048] 下面对每个步骤具体说明:
[0049] 车窗玻璃2受周边密封条1与车口饭金3约束形成动车窗密封系统,如图2所示,密 封条1固定在车口饭金3的导槽内,通过外侧唇边12和内侧唇边11约束车窗玻璃2。由于密封 条1采用超弹性橡胶材料,而且具有非规则几何截面,使得密封条1与车窗玻璃2存在复杂的 约束接触作用。为实现密封条1的等效建模,首先通过步骤S1需获取密封条唇边的CLD曲线, 其次通过步骤S2建立等效弹黃单元模型。
[0050] 车窗密封条1由高分子材料制成,并具有非规则截面,其超弹性特性导致较小的作 用力即可产生显著变形。通常的材料力学拉压试验无法表征具有特殊截面的密封压缩变形 特性,需要采用特殊压缩负荷实验。为了研究密封条1对车窗玻璃2的约束作用,本发明对内 外侧唇边分别进行密封条唇边压缩负荷试验,获得力一位移曲线,W表征密封条1非线性的 压缩形变性能。在压缩负荷试验中,依据车窗密封系统中密封条1、车口饭金3、车窗玻璃2之 间的装配关系与压缩方向,专口设计测试工装,包括模拟车口饭金3的导槽工装4和模拟车 窗玻璃2的玻璃工装5。试验时,如图3所示,导槽工装4水平装夹在工作平台上,导槽工装4上 放置单侧唇边样件,导槽工装4上方安装玻璃工装5,玻璃工装5竖直向下平压单侧唇边样
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