基于AUTOSEA仿真軟件的汽車聲學建模

1、基于autosea仿真軟件的汽車聲學建模對于無數(shù)汽車生產(chǎn)商來說，一輛汽車的完整聲學建模設計依舊是一個幻想。然而，聲學辦法受到越來越廣泛的應用，而且正成為致力削減開發(fā)時光的重要設計工具。聲學建模常被誤會為是一個可以解決全部問題的魔術工具。其實到目前為止，聲學和振動建模只能夠提供重要的建議而不是確切的答案，而且還必需具備在開發(fā)和原型階段就將其當作解決問題的工具的觀念才行。因為不太被人信任，在設計階段并沒有將車輛的全部聲知識題考慮在內(nèi)，因而導致聲知識題就在原型或更遲的階段浮現(xiàn)。如果試驗人員能夠得到fem（有限元法）模型，那么聲知識題從一開頭就可以被考慮到；同時如果設計人員能夠明了一份測量報告的真正含

2、義，問題也更簡單被解決。因此說，聲學建模應當是一種結(jié)合原型開發(fā)、以問題解決為導向的額外工具，同時相關的流程可以遵循以下原則步驟。在設計階段：1.獲得簡化的聲學fem模型；2.在估算輸入力下，利用bem或sea辦法評估噪聲水平；3.計算出設計階段是否會浮現(xiàn)嚴峻的問題。在原型階段：1.從原型獵取試驗數(shù)據(jù)和孤立噪聲問題；2.獲得每個問題的循環(huán)模型和檢查輸入力振幅；3.嘗試可能的解決辦法和對期望結(jié)果舉行仿真；4.檢驗施加在原型上的解決辦法；5.利用試驗數(shù)據(jù)完美解決計劃。設計辦法以下是從vibro-acoustics science inc. application note(振動聲學方面的報刊)引用的

3、一個案例，其描述autosea仿真軟件在車內(nèi)噪聲方面的應用（見圖1）。圖1 帶有子系統(tǒng)的車輛的autosea模型就車內(nèi)噪聲而言，典型的問題有：車內(nèi)噪聲水平；噪聲源和傳遞路徑；如何降低噪聲水平。為了回答以上問題，導入車輛的fem模型就顯得很有須要了。這是一種“概念階段”的典型粗網(wǎng)格模型，也許會生成15萬個單元，固然單元數(shù)需要削減至大約5萬個。簡化的模型必需加以修訂，解決某些問題，然后再檢查是否還保持原有的特性?，F(xiàn)在就可以通過一種聲振辦法（基于感愛好的頻率范圍），用簡化的模型評估車內(nèi)多個接收位置的噪聲水平了。有兩種辦法可供挑選：頻率上限至 200hz的fem-bem(有限元和邊界元)辦法和200h

4、z及以上的sea（統(tǒng)計能量分析）辦法。fem-bem辦法可以被應用于結(jié)構(gòu)傳揚和空氣傳揚路徑場合，但此辦法在模型密度迅速升高時會變得復雜和需要過多的單元，而當模型密度增強時sea則能給出好的結(jié)果。要識別振動或噪聲源頭與傳遞路徑，相關技術必需結(jié)合fem-bem辦法一同用法，這樣降噪技術大概能得出結(jié)果。而sea辦法則是按照能量轉(zhuǎn)移計算去識別每個源頭的貢獻量和聲波傳輸路徑的效率（見圖2）。圖2 sea的網(wǎng)絡通過逐個分析，復雜的問題可得到更有效的解決。這里我們展示autosea在考慮車頂蓬噪聲（由氣動壓力產(chǎn)生）的特定場合的用法。首先，我們導入fem模型，并將材料和梁截面特性儲存在數(shù)據(jù)庫里，然后通過只創(chuàng)建

5、nastran頂蓬單元和全部的sea子結(jié)構(gòu)來簡化幾何外形復雜度（除了擋風玻璃可見）。我們向sea模型加入彎曲板來代表頂蓬。1.集合頂蓬、擋風玻璃和內(nèi)部腔并觀看波段的模數(shù)數(shù)量，由于聲學腔增強得十分快速。2.描出被挑選的子系統(tǒng)的波數(shù)，觀看到玻璃的巧合頻率要遠遠低于頂蓬。在寬敞的頻帶范圍里，擋風玻璃都是一個顯然的輻射體。銜接頂蓬和擋風玻璃子系統(tǒng)，其角度臨近正常，所以能量只能通過moments傳遞。銜接頂蓬和內(nèi)部子系統(tǒng)，頂蓬板的輻射效率有賴于固定邊界（如普通擋板和頂蓬內(nèi)襯對輻射效率分離起到增強和削減作用）。頂蓬內(nèi)襯對輻射效率的影響可通過sea辦法分析模擬或者用實驗的數(shù)據(jù)導入模型中得出。用功率源銜接到頂

6、蓬子系統(tǒng)來代替風（氣動）壓力源。氣動壓力的頻譜可由風洞測試或者路面測試數(shù)據(jù)打算，或者作為一種默認頻譜來計算。將能量輸入到頂蓬是由于風噪在低頻時很大，并會由于結(jié)構(gòu)波數(shù)和對流波數(shù)的分歧而快速減小。請注重：模型的其他振動噪聲源（見圖3）分離是通過結(jié)構(gòu)傳遞的發(fā)動機噪聲（以車輛front rail測量的振動表示）和通過空氣傳揚的輪胎噪聲（以車底板的底部表面測量的充滿聲壓級表示）。圖3 振動噪聲源想通過解決上述網(wǎng)絡來獲得轎車、貨車、車底、擋風玻璃和頂蓬等地方的可預測a計權(quán)聲壓值，那么大概就要注重到，a計權(quán)的更高測量水平是適用于500hz以上頻率的。假如再看看輸入到車輛內(nèi)部的能量（針對多振動噪聲源問題），會

7、發(fā)覺輪胎噪聲占領了2501 000hz的頻率范圍，但在更高頻段區(qū)就應當是擋風玻璃對車內(nèi)噪聲負責了。因此，我們現(xiàn)在不得不去了解畢竟是什么因素引起擋風玻璃發(fā)生振動。第一種途徑就是通過凍結(jié)內(nèi)部聲壓來舉行“源頭排位”，然后斷開風噪源和胎噪源并重新解決全部的問題。結(jié)果顯示，傳入車內(nèi)的擋風玻璃的高頻輻射是由發(fā)動機振動引起的結(jié)構(gòu)激勵導致的。再把風噪源和胎噪源重新銜接上（底板質(zhì)量法的輸入是0.73m2和4.5kg），并且重新解決相關問題以獲得2 000hz下的能量流。正如期望那樣，擋風玻璃和儀表板是車內(nèi)噪聲的兩個主要貢獻源，但現(xiàn)在我們同樣獲知通過上下支柱傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)路徑的信息。5002 000hz頻率范圍的胎噪

8、傳輸能夠通過增強一塊地板墊來減小。但為表征地板墊，必需在數(shù)據(jù)庫里創(chuàng)建3-layer樣品，并且將其加到胎噪和車內(nèi)部的?？赏ㄟ^測試和調(diào)節(jié)此組件的組成以達到最大效果（期望頻帶內(nèi)）。雙壁共振效應可能會增強某些特定頻帶的車內(nèi)聲壓，像250hz。對此模型，其他的設計計劃也可以測試，例如：地板墊的優(yōu)化；內(nèi)部吸聲套件的優(yōu)化（同樣采納sea辦法）；更改車輛前段的結(jié)構(gòu)，旨在減小由發(fā)動機振動引起的高頻噪聲。原型的靠近辦法一旦原型或者原型某些部分變得可用，一些前期調(diào)查就可以開展，同時在獵取典型數(shù)據(jù)和頻率分析（車內(nèi)噪聲的“聽”會議）后，標準的測量程序就可以開展，以將數(shù)據(jù)的技術理解和生理感觸結(jié)合起來推斷畢竟是什么回事?！?/p>

9、聽”是關鍵點所在，其實可以將此特點加到利用人工假頭或者bhm（head acoustics的雙耳測量麥克風）做的測量中。通過注重時頻表示的噪聲活動，聲學工程師得以將重心集中在他注重到的一些詳細的噪聲上，從而用法head acoustic的sq-lab加強該噪聲或者抑制其他虛假的現(xiàn)象。例如我們可針對原始錄音和同一個錄音的過濾版本舉行同步聆聽比較；過濾的意思是減低聲音某一特定組成部分的幅值并感觸聲音的變幻。這種感覺分析對于因果建立、單一噪聲源識別和結(jié)構(gòu)&媒介的可能傳輸路徑識別作用非凡。通常要對車輛加速和靜止兩種狀態(tài)做測試。第一步通常是在測試跑道發(fā)覺問題，比如車內(nèi)最大a-level、轟鳴現(xiàn)象

10、的關鍵區(qū)域、噪聲組成成分、轉(zhuǎn)速和車速以及聲音質(zhì)量等。路測的聆聽和分析會向接下來的“test plant”的定義提供提醒，此“test plant”包括識別出的問題、優(yōu)先級和調(diào)查步驟。首先必需對聲學模型調(diào)查，這樣，調(diào)查的有效性就能夠更快地被驗證，并且試驗性的驗證可更有掌握地推動。大概對聲學模型舉行人為修改并不總能給出想要的結(jié)果，由于仿真工具并不完善，但不管怎樣，還是能獲得一些指導試驗的建議的。正是這種對聲學模型和原型并行的調(diào)查（信息的雙邊交換）加速了可能的解決計劃的探究及其對特定噪聲問題的驗證。模態(tài)分析為了概述聲學模型對試驗測試的指導意義，我們就一款輕卡的真切案例中執(zhí)行的一些具有代表性的任務來作

11、個解釋。整車的試驗性模態(tài)分析并非易事，而且其對fem模型的檢查效果并不顯然。問題出在懸架和結(jié)構(gòu)的激勵交替顯示出對高模式的高阻尼和對低模式的非線性。因為聲學模型報告顯示出需要調(diào)查的問題類型，所以對子結(jié)構(gòu)（車窗、頂蓬、車門等）執(zhí)行模態(tài)分析相對來說更為高效。盡量使激勵點與真切狀況相近，例如：發(fā)動機或者座艙懸置，頂蓬分布力等。聲學模式車內(nèi)聲學模式的試驗測定有兩個目的：一是檢查理論模式以充實聲學模型；二是阻尼測量（試驗測定阻尼的數(shù)值歸因于聲學材料、儀表板和座椅）。這里的問題是內(nèi)腔的聲激勵，由于用法的某些種類的揚聲器不支持接收激振力的任何信息，例如系統(tǒng)輸入。一種可能性是用法駐波管，其通常被用作測定材料的聲

12、學特性。駐波管開口的一端安裝在車窗（打開），另一端裝有一個揚聲器。兩個麥克風沿縱向安裝。通過測量兩個麥克風間的傳遞函數(shù)可以得出從管的另一端流進車艙的能量。輸入力路測同時用于噪聲和振動的測量；而噪聲測量關懷的大多是車內(nèi)噪聲水平，發(fā)動機懸置的振動測量給出的則是有關結(jié)構(gòu)傳遞噪聲的輸入力的振幅和光譜。通過將測量得到的力插入到聲學模型中，可更精確地得出噪聲計算是基于輸入振動的結(jié)論。至于空氣傳揚的輸入力，例如：發(fā)動機的聲輻射，一種不同的辦法（依靠于發(fā)動機的fem模型可用與否）就顯得相當必須。大多數(shù)狀況下，我們無法在設計或者原型階段知道這一點，所以好玩的是要通過試驗來測定發(fā)動機的聲學模型。這個流程實際上是很

13、自我解析的：對被測試發(fā)動機周圍的假設表面的假設聲壓水平 spl的測繪能夠定義出聲壓的分布和相位與頻率的關系。當給出相同的分布時，通過滯后最小二乘估量得到一個相等的聲源聲學模型。一個發(fā)動機的聲學模型要求1020個帶有輻射面積（加權(quán)發(fā)動機幾何單元）的基本活塞。此流程很簡單了解，但執(zhí)行上需要好的技巧：首先必需建立一個多通道測量系統(tǒng)（具有足夠的麥克風以獵取相位關系和一些參考麥克風位置）；第二，測量中必需將某關鍵的轉(zhuǎn)速作為靜止條件，而且這個信息只能通過路測和 “聽”會議的分析得出；再者，這個信息可以作為真切的空氣傳揚輸入力插入到車輛的聲學模型中，同時車內(nèi)噪聲水平會被重新計算。結(jié)束語車輛的聲學討論是一個團隊的工作，而非個人的感覺和專家看法的應用。不管在設計還是原型階段都有數(shù)種可能的辦法，而且現(xiàn)實存在著無數(shù)可能的噪聲源，但不存在對每個課題都適用的單一確切程序。假如想充分利用現(xiàn)代計算系統(tǒng)的優(yōu)勢，就應當遵從一些最容易辦法，以將復雜的總項目簡化為自立的問題組。不要迷失于將車輛的聲知識題視作一個總的問題，正如老話所