一種具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車a柱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及汽車氣動(dòng)降噪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A 柱。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車在日常生活中扮演著重要的角色，隨著人們對(duì)汽車行駛過(guò)程中舒適性要求的 提高，氣動(dòng)噪聲問(wèn)題成為近幾年來(lái)的研究熱點(diǎn)。研究表明，主要的氣動(dòng)噪聲來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī) 蓋、前車身底板、側(cè)窗和后窗等部位。其中，車身底板主要產(chǎn)生低頻噪聲，而在高頻范圍內(nèi)，A 柱-后視鏡區(qū)域是主要的噪聲源。汽車行駛過(guò)程中，氣流在A柱及后視鏡區(qū)域發(fā)生分離并 在后部形成長(zhǎng)長(zhǎng)的尾渦流，造成側(cè)窗表面劇烈的壓力脈動(dòng)，這是該區(qū)域產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲的根 本原因。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)A柱及后視鏡后方區(qū)域氣動(dòng)噪聲的有效控制，對(duì)汽車舒適性的提 高具有重要的意義。
[0003] 目前，生產(chǎn)的轎車、SUV等車輛均采用光滑表面的A柱結(jié)構(gòu)，無(wú)法對(duì)A柱及后視鏡 后方區(qū)域的紊亂氣流進(jìn)行合理有效地控制，因此汽車高速行駛時(shí)在側(cè)窗附近仍然會(huì)產(chǎn)生強(qiáng) 烈的氣動(dòng)噪聲，嚴(yán)重影響駕駛員駕駛過(guò)程中的安全性和舒適性。
[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01210011048. 3公開了車內(nèi)高頻氣動(dòng)降噪的方法，在后視鏡罩 表面采用帶有凹坑非光滑結(jié)構(gòu)的貼膜并取得了一定的降噪效果，但其中未能詳細(xì)說(shuō)明所采 用仿生結(jié)構(gòu)的仿生學(xué)降噪原理，而且經(jīng)過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)這種凹坑結(jié)構(gòu)只適用于后視 鏡罩表面的降噪研究，對(duì)A柱表面的降噪效果則很小，所以不適用于A柱表面的仿生降噪研 究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠有效地控制汽車高速行駛時(shí)側(cè)窗 附近的氣動(dòng)噪聲，從而提高汽車駕駛及乘坐的安全性和舒適性的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A 柱。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其主體上分布 有沿A柱長(zhǎng)度方向單排等間距排列的多個(gè)肋條，相鄰肋條之間的間距為9. 5mm?11. 5mm。
[0007] 所述肋條兩端的高度方向圓弧過(guò)渡，圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為90°。
[0008] 所述肋條的頂部為半圓形過(guò)渡。
[0009] 所述肋條兩端的寬度方向半圓形過(guò)渡。
[0010] 所述肋條底部長(zhǎng)Ll = 40?50mm之間，肋條高H在4. 5mm?5. 5mm之間。
[0011] 所述肋條寬W在4. 5mm?5. 5mm之間。
[0012] 本實(shí)用新型所述的A柱仿生結(jié)構(gòu)為肋條型結(jié)構(gòu)，采用單排等間距均勻分布在A柱 表面，能夠有效改善汽車高速行駛時(shí)A柱附近的渦流紊亂程度，降低脈動(dòng)壓力幅值，因此對(duì) 汽車A柱及側(cè)窗附近的氣動(dòng)噪聲具有顯著的控制和降低作用，從而有利于提高汽車駕駛及 乘坐的安全性和舒適性。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014] 圖1為本實(shí)用新型的汽車A柱立體圖。
[0015] 圖2為本實(shí)用新型的汽車A柱局部截面圖。
[0016] 圖3a、3b、3c分別肋條的主視圖、側(cè)視圖、俯視圖。
[0017] 圖4為原始整車模型側(cè)窗附近壓力云圖。
[0018] 圖5為A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)的整車模型側(cè)窗附近壓力云圖。
[0019] 圖6為原始整車模型側(cè)窗附近流線圖。
[0020] 圖7為A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)的整車模型側(cè)窗附近流線圖。
[0021] 圖8為側(cè)窗監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布示意圖。
[0022] 圖9為原始模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)模型的總聲壓級(jí)對(duì)比圖。
[0023] 圖10為監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0024] 圖11為監(jiān)測(cè)點(diǎn)2的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0025] 圖12為監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0026] 圖13為監(jiān)測(cè)點(diǎn)4的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0027] 圖14為監(jiān)測(cè)點(diǎn)5的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0028] 圖15為監(jiān)測(cè)點(diǎn)6的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0029] 圖16為監(jiān)測(cè)點(diǎn)7的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0030] 圖17為監(jiān)測(cè)點(diǎn)8的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0031] 圖18為監(jiān)測(cè)點(diǎn)9的原始整車模型與A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)整車模型的聲 壓級(jí)曲線圖。
[0032] 圖10?圖18中橫坐標(biāo)為頻率（Hz)，縱坐標(biāo)為噪聲級(jí)（dB)。I為原始整車模型聲 壓級(jí)曲線，II為A柱表面具有肋條型仿生結(jié)構(gòu)的整車模型聲壓級(jí)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以某款轎車車型為例，如圖1、2所示，本實(shí)用新型的汽車A柱主體1分布有仿生結(jié) 構(gòu)；所述仿生結(jié)構(gòu)為沿A柱長(zhǎng)度方向單排等間隔排列的多個(gè)形狀、尺寸相同的肋條2,相鄰 肋條2之間的間隔S = 9. 5mm?11. 5mm。如圖3a、3b、3c肋條底部長(zhǎng)LI = 45mm，高H = 5mm，兩端由下至上圓弧過(guò)渡，圓弧半徑Rl = 5mm，圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為90° ,肋條頂部長(zhǎng)L2 =35mm ;肋條寬W = 5mm,頂部為半圓形過(guò)渡，過(guò)渡部分半徑R2 = 2. 5mm ;肋條寬度方向半 圓形過(guò)渡，過(guò)渡部分半徑R3 = 2. 5mm，肋條底部直線部分長(zhǎng)L3 = 40mm。
[0034] 上述實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型技術(shù)方案，實(shí)施例中給出的具體結(jié)構(gòu) 尺寸不能理解為用來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是在本實(shí)用新型權(quán)利要求1技術(shù)方案 基礎(chǔ)上作出的任何簡(jiǎn)單變形均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。
[0035] 本實(shí)用新型汽車A柱表面均勻分布的肋條型仿生結(jié)構(gòu)，最初來(lái)源于貓頭鷹翅膀的 鋸齒形狀，發(fā)明人通過(guò)對(duì)貓頭鷹翅膀特征的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其具有很好的 氣動(dòng)特性，可以有效控制飛行過(guò)程中后方的紊亂氣流從而降低氣動(dòng)噪聲。考慮到鋸齒形狀 在A柱上使用時(shí)的美觀性、工藝性以及降噪效果等方面的實(shí)際情況，最終確定了本實(shí)用新 型使用如圖2、圖3a、圖3b、圖3c所示肋條型仿生結(jié)構(gòu)?？紤]到不同車型的A柱尺寸會(huì)有差 另IJ，故若在其他車型上采用本實(shí)用新型的肋條型仿生結(jié)構(gòu)，只需將肋條的尺寸依照車型的 具體情況進(jìn)行微小調(diào)整即可。
[0036] 汽車側(cè)窗附近氣動(dòng)噪聲分析方法具體如下：
[0037] -、分別建立原始整車catia模型和采用本實(shí)用新型汽車A柱的整車catia模型；
[0038] 二、將兩個(gè)模型分別安裝在同樣大小的長(zhǎng)方體計(jì)算域內(nèi)，計(jì)算域尺寸為 10LX5WX5H(L、W、H分別表示整車模型的長(zhǎng)、寬、高），車前端距離計(jì)算域入口為3倍的車 長(zhǎng)，左右各為兩倍的車寬，計(jì)算域底部距離整車catia模型底部0. 3倍的車高；
[0039] 三、利用Hypermesh軟件分別對(duì)兩個(gè)模型及計(jì)算域進(jìn)行面網(wǎng)格劃分：采用三角形 單元，對(duì)A柱及側(cè)窗區(qū)域的面網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，確保數(shù)值仿真的精度，該區(qū)域最小面網(wǎng)格三角 形單元的邊長(zhǎng)尺寸為1_，最大面網(wǎng)格三角形單元的邊長(zhǎng)尺寸不超過(guò)5_ ;對(duì)整車catia模 型其他區(qū)域及整個(gè)計(jì)算域采用較大的面網(wǎng)格尺寸，最小面網(wǎng)格三角形單元的邊長(zhǎng)尺寸為 10_，最大面網(wǎng)格三角形單元的邊長(zhǎng)尺寸為100mm;
[0040] 四、利用TGRID軟件分別對(duì)兩種模型及計(jì)算域進(jìn)行體網(wǎng)格劃分：先在車身表面生 成邊界層，即以車身表面三角形單元為起點(diǎn)向外拉伸出10三棱柱邊界層，第一層邊界層厚 度0.01mm，線性增長(zhǎng)，斜率為0.2,10層三棱柱網(wǎng)格總高度為9. 1mm，其中總高度由下列公式 計(jì)算得到 Y = ΣΥ?，Yi+Ι = 〇· 2i+0. 01，Yl = 0· 01，i = 1，2,…，9,其中 Y 表示邊界層總 高度，Yi表示第i層的三棱柱高度，i表示層數(shù)；
[0041] 五、邊界層生成之后對(duì)整個(gè)流體計(jì)算域進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分；
[0042] 六、利用FLUENT軟件分別對(duì)兩種模型及計(jì)算域進(jìn)行邊界條件設(shè)定：入口邊界條件 設(shè)置為速度入口，氣流速度為27. 78m/s，即汽車以100km/h勻速行駛時(shí)的速度，但不限于該 速度。湍流參數(shù)選擇湍流強(qiáng)度和湍流特征長(zhǎng)度。湍流強(qiáng)度是衡量湍流強(qiáng)弱的指標(biāo)，可用下 式表達(dá)：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其特征在于所述A柱的主體上分布有沿A柱長(zhǎng)度方 向單排等間距排列的多個(gè)肋條，相鄰肋條之間的間距為9. 5mm?11. 5mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其特征在于所述肋條兩端的高度 方向圓弧過(guò)渡，圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為90 °。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其特征在于所述肋條的頂部 為半圓形過(guò)渡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其特征在于所述肋條兩端的寬度 方向半圓形過(guò)渡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其特征在于所述肋條底部長(zhǎng)Ll = 40?50mm之間，肋條高H在4. 5mm?5. 5mm之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，其特征在于所述肋條寬W在 4. 5mm ?5. 5mm 之間。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種具有仿生結(jié)構(gòu)的汽車A柱，該A柱主體上分布有沿A柱長(zhǎng)度方向單排等間距排列的多個(gè)肋條，相鄰肋條之間的間距為9.5～11.5。本實(shí)用新型所述的A柱仿生結(jié)構(gòu)為肋條型結(jié)構(gòu)，采用單排等間距均勻分布在A柱表面，能夠有效改善汽車高速行駛時(shí)A柱附近的渦流紊亂程度，降低脈動(dòng)壓力幅值，因此對(duì)汽車A柱及側(cè)窗附近的氣動(dòng)噪聲具有顯著的控制和降低作用，從而有利于提高汽車駕駛及乘坐的安全性和舒適性。
【IPC分類】B62D25-04
【公開號(hào)】CN204309905
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420806453
【發(fā)明人】陳鑫, 吳元強(qiáng), 王懷玉, 張武, 寧厚于, 胡翠松, 汪碩
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日