Page 91 - 《应用声学》2024年第1期
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第 43 卷 第 1 期 沈龙等： 纯电动汽车车身泄压阀引起的低频涡声耦合问题识别分析 87
仿真结果如图 9 所示。车内低频噪声存在前排无后 的涡组成，并向下游流动，脱落的涡流动到空腔后缘
排有的位置特征，与车内空腔纵向模态节线位于前 并与之发生碰撞相互作用后，产生的压力波反向向
排人耳位置吻合。 上游传播，当压力波传递到空腔前缘时会激发新的
仿真分析模态值 58 Hz 与实车问题频率存在 涡脱落。当空腔前缘脱落涡与反馈声波组成的回路
3 Hz 差异，仿真差异主要来源是几何建模的简化不 满足一定相位关系，空腔前缘的涡就会不断被激励
够精准、材料属性定义不够准确、边界条件定义存 发生周期性脱落，从而导致出现涡声耦合的自激振
在差异等。考虑实车问题是以55 Hz为中心频率，故 荡现象。
仿真结果可以参考。
ܦฉ
Mode1-F=5.87T10 1
Pressure U c
7.38T10 -6
5.96T10 -7
-3.92T10 -6 H
x
-8.45T10 -6 x B
Z
Y X -1.29T10 -5 x
L
图 9 车内声腔纵向一阶模态 图 10 涡声耦合自激振荡回路
Fig. 9 Longitudinal first-order mode of vehicle Fig. 10 Vortex-acoustic coupling self-excited os-
interior acoustic cavity cillation circuit
通过道路试验排查确认泄压阀导致了高速低
振荡的周期为涡从空腔前缘脱落到运动至空
频噪声问题，并确定泄压阀处存在 18 Hz 激励；通
腔后缘发生碰撞与碰撞后压力波传递至前缘的时
过静置试验确认了泄压阀处18 Hz 激励引起了车内
间之和。朱幼君 [10] 通过实验将预测自激振荡频率
55 Hz 低频噪声响应；通过仿真分析确认了车内空
的半经验公式修正为
腔纵向一阶模态频率与问题噪声频率接近。 U c n − 0.25[1 − 0.22(1 − M ac )]
以上分析可以进一步推测高速低频噪声问题 f n = ,
L (1/k + M ac )
潜在机理为：气流流经泄压阀空腔引起涡的脱落，
n = 1, 2, 3, · · · (1)
脱落涡的频率与下游涡爆破声波耦合，产生频率为
18 Hz 的自激振荡现象，泄压阀内腔为深腔，导致 式 (1) 中，U c 是自由来流速度，M ac 是来流马赫数，
自激振荡频率出现多个谐阶次特征，其三阶与车内 1/k 是由实验确定的常数，n 为正整数，L 为空腔
纵向一阶声腔模态耦合共振，导致车内存在明显的 长度。
55 Hz低频噪声。 本文选择高精度的便携式单点热敏风速仪，对
公共道路上高速行驶车辆的泄压阀位置进行了局
3 涡声耦合与共振理论分析 部气流速度的测量。热敏式风速仪的工作原理是将
一根通过电流加热的金属丝置于被测量气流之中，
结合道路试验排查、静置试验、仿真分析得出
由于金属丝散热量与气流流速直接相关，就可以将
的高速低频噪声问题潜在机理，将整车外循环状态
金属丝温度变化量转换成可测的电信号，从而精准
下的车内空腔和泄压阀系统简化成开口空腔模型。
地测量出气流流速。经过实车测量的数据统计，泄
高速行驶时，气流流经该模型并产生自激振荡现象，
压阀附近的气流流速在 6.3 ∼ 6.9 m/s之间，属于超
自激振荡频率或其谐阶次频率与车内声腔模态耦
低马赫数范围，可适用于半经验公式 (1)。实车流速
合共振引起低频噪声问题。
测量偏差的原因与热敏式风速仪测点的位置、角度
3.1 涡声耦合的自激振荡 和行车稳定性等因素相关。根据文献[10]，常数 1/k
如图 10 所示的长为 L、深为 H、宽为 B 的空腔， 为1.75，由于泄压阀长度L为0.18 m，可推算出自激
Rossiter 从涡运动的角度提出了一个声反馈模型， 振荡频率在 15.9 ∼ 17.4 Hz 之间，这比实车测试的
空腔口流动的剪切层是由空腔前边缘周期性脱落 车内噪声峰值频率偏小了0.6 ∼ 2.1 Hz。
