基于線性等效的車窗近聲場建模及車窗結構優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及轎車車窗設計與制造領域，尤其是設及一種基于線性等效的車窗近聲 場建模及車窗結構優化方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著汽車速度的不斷提高，同時發動機噪聲、傳動系噪聲和輪胎噪聲的降 低，高速風噪聲已經成為相當重要的車內噪聲聲源之一。如何減小由風噪聲引起的車內噪 聲逐漸成為汽車聲學設計的重要內容。
[0003] 由于汽車后視鏡和A柱的作用，側窗區域產生強烈的滿流，導致該區域的風噪聲問 題較其他部位更為突出。同時考慮到汽車駕駛員的視野需求，汽車側窗缺少必要的聲學設 計。因此，汽車側窗逐漸成為風噪聲向車內傳遞的主要路徑，其聲學性能對于汽車乘坐舒適 性有著很重要的影響。
[0004] 汽車車窗玻璃在車窗密封系統的約束作用下完成升降，車窗密封系統不僅保證車 窗玻璃升降過程的穩定性，其粘彈性的約束作用對于車窗玻璃的聲學特性有著很大的影 響。同時，由于密封條材料的超彈性特征及其非規則的截面形狀，使得密封約束下的車窗聲 學性能數值模擬分析難W實現。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于線性等效 的車窗近聲場建模及車窗結構優化方法，解決了密封條非規則幾何特征帶來的建模困難， 基于車窗玻璃在密封約束下的聲學特性提出車窗玻璃優化方法，實現了面向高速靜音性的 車窗聲學性能優化。
[0006] 本發明的目的可W通過W下技術方案來實現：
[0007] -種基于線性等效的車窗近聲場建模及車窗結構優化方法包括W下步驟：
[000引S1:通過密封條唇邊壓縮負荷試驗獲得密封條唇邊的壓縮負荷（Compression Lo曰d Deflection beh曰vior，CLD)曲線；
[0009] S2:基于功能等效原理將密封條唇邊等效為離散的線性剛度彈黃單元，建立導槽 密封條等效約束模型；
[0010] S3:結合導槽密封條等效約束模型建立車窗密封系統的Ξ維模型，對車窗密封系 統的Ξ維模型進行聲學性能分析，得到車窗聲音傳遞損失特性曲線和車窗聲壓級分布；
[0011] S4:基于隔聲材料質量效應，根據車窗聲音傳遞損失特性曲線和車窗聲壓級分布 優化車窗玻璃的結構。
[0012] 所述密封條唇邊壓縮負荷試驗為:將密封條唇邊固定在導槽工裝上，玻璃工裝豎 直向下平壓密封條唇邊，密封條唇邊產生的壓縮力與密封條唇邊的壓縮量的曲線為密封條 唇邊的壓縮負荷曲線。
[0013] 所述步驟S2具體為：
[0014] 21:由壓縮負荷曲線獲得密封條唇邊剛度，根據密封條唇邊剛度的變化量將壓縮 負荷曲線劃分為近似線性剛度區域和非近似線性剛度區域；
[001引22:基于功能等效原理，假設密封條唇邊均工作近似線性剛度區域，將密封條唇邊 等效為離散的線性剛度彈黃單元，取近似線性剛度區域內所有密封條唇邊剛度的平均值作 為線性剛度彈黃單元的密封條等效約束彈黃剛度；
[0016] 23:建立導槽密封條等效約束模型，包括線性剛度彈黃單元和對應的密封條等效 約束彈黃剛度。
[0017] 所述近似線性剛度區域中密封條唇邊剛度的變化量小于等于設定值，所述非近似 線性剛度區域中密封條唇邊剛度的變化量大于設定值。
[0018] 所述步驟S3具體為：
[0019] 31:結合導槽密封條等效約束模型建立車窗密封系統的Ξ維模型；
[0020] 32:基于混響室-消音室隔聲實驗原理，建立包含密封約束的車窗聲音傳遞損失分 析聲學模型；
[0021] 33:基于車窗聲音傳遞損失分析聲學模型對車窗密封系統進行聲學性能分析，得 到車窗聲音傳遞損失特性曲線和車窗聲壓級分布。
[0022] 所述車窗聲音傳遞損失分析聲學模型的建立過程為:基于混響室-消音室隔聲實 驗原理，利用聲學軟件，在車窗密封系統的Ξ維模型中的車窗玻璃外表面施加擴散聲場，該 擴散聲場模擬混響室噪聲源，同時，在車窗密封系統的Ξ維模型中的車窗玻璃內表面施加 瑞麗面，該瑞麗面模擬消音室中的自由聲場。
[0023] 所述步驟S4中優化車窗玻璃的結構的過程為:在車窗玻璃總質量不變的條件下， 改變車窗玻璃的質量分布，根據車窗聲音傳遞損失特性曲線和車窗聲壓級分布增大聲學性 能差所在區域的單位面積質量。
[0024] 所述步驟S4優化后的車窗玻璃采用差厚玻璃，所述差厚玻璃的厚度沿車身方向按 拋物線規律先遞增后遞減。
[0025] 所述步驟S4中優化的車窗玻璃為汽車前側窗。
[0026] 與現有技術相比，本發明具有W下優點：
[0027] 1)本發明基于密封條唇邊壓縮負荷實驗，在分析密封條唇邊力學特性基礎上，運 用功能等效原理，假設密封條唇邊均工作近似線性剛度區域，將車窗密封條約束等效為離 散的線性剛度彈黃單元，建立導槽密封條等效約束模型，解決了密封條非規則幾何特征帶 來的建模困難。
[00%] 2)本發明建立雙曲率車窗玻璃的Ξ維模型，基于混響室-消音室隔聲實驗原理，建 立包含密封約束的車窗聲音傳遞損失分析聲學模型，通過聲學性能分析獲取車窗聲音傳遞 損失特性曲線及側窗區域的空間聲壓級分布，便于研究車窗玻璃在密封約束下的聲學特 性，克服了密封約束下的車窗聲學性能數值模擬分析難W實現的困難。
[0029] 3)本發明基于隔聲材料質量效應，提出車窗玻璃截面優化方法，即采用沿車身方 向厚度按照拋物線規律分布的差厚玻璃替代原始定厚度玻璃，結果表明低頻入射聲源條件 下車窗聲音傳遞損失平均值提升了 10%，實現了面向高速靜音性的車窗聲學性能優化。
[0030] 4)本發明針對風噪聲向車內傳遞的主要途徑一一前側窗，進行結構優化，平衡制 作成本與聲學性能之間取舍，易于推廣應用。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發明方法流程示意圖；
[0032] 圖2為車窗密封系統的結構示意圖；
[0033] 圖3為密封條唇邊壓縮負荷實驗的示意圖；
[0034] 其中，（3a)為密封條內側唇邊進行密封條唇邊壓縮負荷實驗的示意圖，（3b)為密 封條外側唇邊進行密封條唇邊壓縮負荷實驗的示意圖；
[0035] 圖4為密封條唇邊的壓縮負荷曲線示意圖；
[0036] 圖5為車窗聲音傳遞損失分析聲學模型的示意圖；
[0037] 其中，（5a)車窗聲音傳遞損失分析聲學模型的整體結構示意圖，巧b)為圖巧a)中A 處局部放大示意圖，（5c)為圖（5a)中B處局部放大示意圖；
[0038] 圖6為車窗玻璃內表面聲壓級分布圖；
[0039] 圖7為車窗玻璃截面厚度優化示意圖；
[0040] 圖8為優化前后車窗玻璃的車窗聲音傳遞損失特性曲線對比示意圖。
[0041] 圖中：1、密封條，11、內側唇邊，12、外側唇邊，2、車窗玻璃，3、車口飯金，4、導槽工 裝，5、玻璃工裝，6、線性剛度彈黃單元，7、瑞麗面，8、擴散聲場。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例W本發明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0043] 隨著汽車速度不斷提高，汽車風噪聲問題日益突出。同時密封約束下車窗玻璃2逐 漸成為風噪聲向車內傳遞的主要途徑，其聲學性能對于汽車乘坐舒適性有著很重要的影 響。因此，本發明提出一種基于線性等效的車窗近聲場建模及車窗結構優化方法，如圖1所 示，包括W下步驟：
[0044] S1:通過密封條唇邊壓縮負荷試驗獲得密封條唇邊的壓縮負荷曲線；
[0045] S2:基于功能等效原理將密封條唇邊等效為離散的線性剛度彈黃單元6,建立導槽 密封條等效約束模型；
[0046] S3:結合導槽密封條等效約束模型建立車窗密封系統的Ξ維模型，對車窗密封系 統的Ξ維模型進行聲學性能分析，得到車窗聲音傳遞損失特性曲線和車窗聲壓級分布；
[0047] S4:基于隔聲材料質量效應，根據車窗聲音傳遞損失特性曲線和車窗聲壓級分布 優化車窗玻璃2的結構。
[0048] 下面對每個步驟具體說明：
[0049] 車窗玻璃2受周邊密封條1與車口飯金3約束形成動車窗密封系統，如圖2所示，密 封條1固定在車口飯金3的導槽內，通過外側唇邊12和內側唇邊11約束車窗玻璃2。由于密封 條1采用超彈性橡膠材料，而且具有非規則幾何截面，使得密封條1與車窗玻璃2存在復雜的 約束接觸作用。為實現密封條1的等效建模，首先通過步驟S1需獲取密封條唇邊的CLD曲線， 其次通過步驟S2建立等效彈黃單元模型。
[0050] 車窗密封條1由高分子材料制成，并具有非規則截面，其超彈性特性導致較小的作 用力即可產生顯著變形。通常的材料力學拉壓試驗無法表征具有特殊截面的密封壓縮變形 特性，需要采用特殊壓縮負荷實驗。為了研究密封條1對車窗玻璃2的約束作用，本發明對內 外側唇邊分別進行密封條唇邊壓縮負荷試驗，獲得力一位移曲線，W表征密封條1非線性的 壓縮形變性能。在壓縮負荷試驗中，依據車窗密封系統中密封條1、車口飯金3、車窗玻璃2之 間的裝配關系與壓縮方向，專口設計測試工裝，包括模擬車口飯金3的導槽工裝4和模擬車 窗玻璃2的玻璃工裝5。試驗時，如圖3所示，導槽工裝4水平裝夾在工作平臺上，導槽工裝4上 放置單側唇邊樣件，導槽工裝4上方安裝玻璃工裝5，玻璃工裝5豎直向下平壓單側唇邊樣