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自動車:サンルーフ / ウィンドウスロップ

サンルーフウィンドウスロップを抑えるために


自動車のOEMメーカーでは、車室内の快適性を向上させるために、騒音の低減に多大な労力とコストを費やしています。J. D. Powerによる最近の調査では、風音が車両の品質に対する消費者の認識に大きく影響していることが明らかになっています。風音の中でも、特に、開いたサンルーフまたはサイドウィンドウからのバフェティングに対して多くの不満が報告されています。バフェティング(またはウィンドウスロッブ)とは、気流による車室内のヘルムホルツ共鳴を原因とする、高振幅で低周波の不快な低音です。空洞の穴(サンルーフまたはサイドウィンドウ)上のせん断層における渦の剥離と車室内の音響が連成することで、せん断層と車室内圧力の自励振動を導きます。プロトタイプはリアルな空力と音響を再現できるだけの詳細さを持ち合わせないため、通常、バフェティングは、OEMメーカーによる新車開発の初期段階で評価されることはありません。これを解決する1つのアプローチとして、あらゆる車両のバフェティングを抑制するユニバーサル・サンルーフシステムを設計する方法があります。しかしながら、実験による最適化プロセスでは、設計後期でのサンルーフシステムの調整や追加コストのかかる設計変更、あるいは不十分な最適化設計という結果で終わることが多くあります。そのため、設計の初期段階でバフェティング現象の数値予測を行うことが強く求められています。

技術課題


車両のバフェティング現象を正確に予測するためには、非定常のせん断層空力(渦の剥離)と車室内の音響応答の相互作用を捕捉する必要があります。気流が起因となる共鳴の定量的かつ正確な予測には、せん断層を通過する複雑な非定常の挙動(乱流渦の形成、剥離、伝播など)を正確に予測しなければなりません。また、音響の相互作用を直接捕捉するためには、圧縮性のソルバーが必要となり、車室内の音響応答も正確にモデリングする必要があります。さらに、形状のわずかな違いがせん断層/音響の連成に大きく影響するため、細部まで再現された形状による高い精度が求められます。特定の車両設計に対するピークレベルの重大性や、様々なバフェティング抑制方法の有効性を予測する際など、これらの条件がバフェティングのシミュレーションを困難にしています。(上のグラフ:各車速に対する車室内のピークSPL(dB)、PowerFLOWの予測値と実験値の比較)

ソリューション

弊社の画期的なソフトウェアPowerFLOW®では、外部流れの流体現象と車室内音響を連成させることで、サンルーフまたはサイドウィンドウの開口部からのバフェティング挙動を確実に予測することができます。室内の音響応答のモデリングを含むこの機能により、オンセット/オフセットの速度とピークレベルを含むバフェティングの重大性を、潜在的な設計ソリューションの余地が大きい開発プロセスの初期段階で評価することができます。PowerFLOW独自のテクノロジーによる本質的に非定常で圧縮性のソリューションは、複雑な流れ構造を正確に予測することを可能にします。サンルーフ/ウィンドウ上で発生する渦流れの剥離を視覚化することで、サンルーフのディフレクタの形状や位置に関する詳細など、設計改善に対する情報を得ることができます。PowerFLOWでは、バーチャルテスト環境を活用し、車両開発サイクルの初期段階からすべてのフェーズでバフェティング挙動を予測し、設計改善の可能性をテストすることが可能です。


バフェティング現象 - 車室内最大音圧(赤)は、渦流れの剥離周波数(青)とヘルムホルツ共鳴周波数(紫)が一致したときに発生する

右:バフェティング現象 - 上面のせん断流の渦度、下面の車室内における周波数帯の違いによる圧力変動によって生ずるバフェティング現象

 

 

 

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

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