【技術(shù)貼】通過優(yōu)化聲學(xué)包降低汽車噪聲

通過優(yōu)化聲學(xué)包降低汽車噪聲

Micha?l THIVANT1; Olivier MINCK2

1:VIBRATEC, 28 chemin du petit bois, Ecully, France

2:MICRODB, 28 chemin du petit bois, Ecully, France

摘要:在即將實(shí)施的歐盟法規(guī)中,對(duì)汽車的通過噪聲(Pass-By-Noise)有了更加嚴(yán)格的要求。汽車制造商需要進(jìn)一步優(yōu)化聲學(xué)包來滿足這一要求。ECONBEX是一個(gè)法國資助的研究項(xiàng)目,旨在一定的附加質(zhì)量和成本前提下,將車輛動(dòng)力總成對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量降低5~7dB。本研究計(jì)劃中匯集了OEM,原材料供應(yīng)商,聲學(xué)包制造商,大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)和專業(yè)技術(shù)顧問,從而實(shí)現(xiàn)了材料、設(shè)計(jì)、測試和計(jì)算方法的創(chuàng)新。本文將重點(diǎn)介紹一種用于優(yōu)化聲學(xué)包的新方法,這種方法是基于3D準(zhǔn)確定位并量化聲源的前提下,在能量邊界元方法的基礎(chǔ)上,來計(jì)算噪聲的傳播。得到的噪聲強(qiáng)度分布圖能夠直觀的顯示噪聲的主要傳播路徑,以及吸聲和隔聲材料的最佳布置位置。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)聲學(xué)包時(shí)可以同時(shí)考慮聲源和聲學(xué)包的空間和頻譜特性,從而可以得到效果最優(yōu)的聲學(xué)包。根據(jù)噪聲源的頻譜特性來選擇最佳吸聲和隔聲材料,同時(shí)能夠滿足工業(yè)實(shí)施的要求。最終,測試和計(jì)算結(jié)果是令人滿意的。

1. 緒論

歐盟新法規(guī)中對(duì)汽車的通過噪聲有了更加嚴(yán)格的要求,同時(shí)還要求逐年降低汽車的噪聲水平。這部法規(guī)要求在未來8年內(nèi),將汽車的通過噪聲降低4dB。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),市面上97%的汽車將不滿足這個(gè)要求。本文研究是基于2014設(shè)立的Econbex項(xiàng)目,這個(gè)項(xiàng)目由法國政府及包括OEM,RJP,Lsover 和研究院所在內(nèi)的9個(gè)研究機(jī)構(gòu)組成。項(xiàng)目的目標(biāo)旨在滿足附加質(zhì)量和成本要求的前提下,通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的聲學(xué)包來降低發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)通過噪聲的貢獻(xiàn)量,以適應(yīng)歐盟新法規(guī)的要求。本文的思路是將動(dòng)力總成視為3D噪聲聲源,并導(dǎo)入至仿真軟件中來預(yù)測聲學(xué)包的有效性以及外部噪聲的量級(jí)。

文章的第一部分將介紹一種測試動(dòng)力總成3D聲場的有效方法,并通過實(shí)際測試來驗(yàn)證后處理方法的有效性。文章的第二部分,介紹了一種車輛聲學(xué)模型。計(jì)算得到的車輛通過噪聲與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性。并基于此提出了一種優(yōu)化的聲學(xué)包方案。

2. 動(dòng)力總成噪聲特性

第一部分的詳細(xì)內(nèi)容見文獻(xiàn)1。

2.1 測試方法

2.1.1 patch 測試

使用麥克風(fēng)陣列測量雷諾汽車動(dòng)力系統(tǒng)周圍的3D聲輻射,并且測試得到的聲壓可以直接映射在聲學(xué)模型上,因而測試結(jié)果可以在仿真計(jì)算時(shí)繼續(xù)使用。

對(duì)于使用聲陣列進(jìn)行聲場測量,需要保證不同通道之間的信號(hào)是同步的,因而最好的方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)周圍布置大量麥克風(fēng),并通過單次測量來獲取聲場數(shù)據(jù)。但這一方法需要數(shù)百個(gè)頻率范圍在6khz以上的麥克成,而這需要一筆很大的費(fèi)用。

鑒于此,我們只用了Patch測量方法,因?yàn)檫@種方法只需要使用一個(gè)麥克風(fēng)陣列(54通道)。實(shí)驗(yàn)過程中需要將陣列布置在被測試對(duì)象的周圍。在此之前,還需要借助交叉譜矩陣(CSM)來使各個(gè)通道完全同步。計(jì)算CSM矩陣時(shí),我們借助參考麥克風(fēng),并借助文獻(xiàn)2中的參考相位法來獲得。

互譜矩陣(SMM)可以通過下式求得:

其中SHRM代表參考傳感器與麥克風(fēng)陣列互譜的Hermitian矩陣;S-1RR代表參考互譜矩陣的偽逆矩陣;

各個(gè)通道間信號(hào)同步的程度強(qiáng)烈依賴于SRR平方矩陣的逆矩陣的質(zhì)量。此處,我們使用的方法是將矩陣進(jìn)行分解,并使用上式求出各個(gè)分量矩陣的虛擬S_MM矩陣。并通過使衡量測量得到互譜矩陣與計(jì)算得到的互譜矩陣之間的偏差最小,來確定需要的分量矩陣的個(gè)數(shù)。最后通過每個(gè)通道與參考通道之間的互譜矩陣來修正全局互譜矩陣。

2.1.2 陣列定位系統(tǒng)

Patch方法需要圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)來布置傳感器的位置,因而需要一個(gè)準(zhǔn)確的方法來確定傳感器的布置位置。Vibratec 公司的MicordB團(tuán)隊(duì)使用了基于飛行時(shí)間的定位探針,來確保定位精度在1mm以內(nèi)。這種方法便于測試結(jié)果由陣列所使用的坐標(biāo)系向聲源網(wǎng)格使用的坐標(biāo)系的快速轉(zhuǎn)換。

2.1.3 傳遞函數(shù)評(píng)估

一旦幾何形狀確定后,就需要來確網(wǎng)格上的節(jié)點(diǎn)與麥克風(fēng)之間的聲學(xué)傳遞函數(shù)。大多數(shù)聲學(xué)成像設(shè)備都是基于自由場假設(shè)的。這一假設(shè)是不考慮測試對(duì)象引起的散射和反射行為。以發(fā)動(dòng)機(jī)聲源定位為例,這一假設(shè)經(jīng)常容易造成嚴(yán)重的聲源成像誤差和虛假聲壓幅值的現(xiàn)象。如果是在消聲室內(nèi)進(jìn)行聲源測試,且聲源確實(shí)在測試面上,自由場假設(shè)下的測試結(jié)果是基本滿足要求的。

第二種方法是測量傳遞函數(shù),但這需要覆蓋6hkz的頻帶,且需要測試5000個(gè)節(jié)點(diǎn)上的傳遞函數(shù)。這一過程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間,而且需要處理大量的數(shù)據(jù)。

第三種方法是使用經(jīng)由MicrodB實(shí)測驗(yàn)證過的FEM或者BEM軟件[3]。然而這一方法也異常麻煩。使用這一方法時(shí)需要將網(wǎng)格上的數(shù)據(jù)與麥克風(fēng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞,還需要計(jì)算高頻段的結(jié)果。計(jì)算完成后還需要將仿真結(jié)果再導(dǎo)入到測試系統(tǒng)中,以便于做后處理。

第四種方法則是將預(yù)估傳遞函數(shù)的算法集成到測試軟件中。這一方法是有T.Mayueres博士在MocrodB時(shí)構(gòu)建的[4]。這種方法是基于適用于傳遞函數(shù)計(jì)算的等效源建模(ESM)方法得來的[5],該方法有以下兩個(gè)假設(shè):

• 聲輻射源是剛性的(網(wǎng)格法向速度0);

• Sommerfeld輻射條件

這種方法在文獻(xiàn)1中通過與剛性球體的理論解與發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比得到了驗(yàn)證。EMS方法被認(rèn)為是一種便捷準(zhǔn)確的方法。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是可以使用同一套網(wǎng)格來進(jìn)行傳遞函數(shù)仿真計(jì)算以及陣列測試數(shù)據(jù)的后處理,因而省去了繁瑣的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出操作。

2.2 后處理

2.2.1 廣義聲學(xué)全息成像

通過傳遞函數(shù)和聲陣列同步測試結(jié)果得到傳播模型后,可以得到動(dòng)力總成網(wǎng)格上的聲壓幅值和主要聲源的位置?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中有很多方法介紹通過陣列測試結(jié)果來重構(gòu)聲源。比如可以通過平面波分解法或是使用球諧函數(shù)分解赫姆霍茲方程最小二乘法等等?，F(xiàn)有研究表明,上述方法可以借助概率統(tǒng)計(jì)方法在簡單2D結(jié)構(gòu)[5]或者復(fù)雜3D箱體結(jié)構(gòu)[6]上進(jìn)行使用。而廣義聲全息技術(shù)正是結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)方法和上述的傳遞函數(shù)構(gòu)建而來的。關(guān)于噪聲和未知聲源的概率統(tǒng)計(jì)方法的更多介紹可參見文獻(xiàn)5,6.使用這種方法可以獲得滿足最小殘差和從能量角度最穩(wěn)定的聲源在網(wǎng)格上的分布結(jié)果。進(jìn)而,可以對(duì)以下表達(dá)式進(jìn)行簡化:

其中

• H是傳遞函數(shù)矩陣,描述了聲源從網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)向麥克風(fēng)的傳遞特性。傳遞函數(shù)矩陣由ESM方法得到;

• q是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上點(diǎn)源復(fù)振幅的未知量;

• p是由重新同步的CSM矩陣計(jì)算得到的復(fù)壓力向量;

• λ是使用貝葉斯方法計(jì)算的正則化參數(shù)[6];

從而,我們得到了著名的Tikhonov方程:

一旦點(diǎn)源的體積速度能夠得到,就能夠完成向3D網(wǎng)格的映射,以得到每個(gè)網(wǎng)格單元上的聲功率。

2.3 在動(dòng)力總成上的應(yīng)用

2.3.1 搭建測試平臺(tái)

我們將雷諾汽車的動(dòng)力總成安裝在CRITT M2A全消聲室中,并選擇了幾組特定運(yùn)行工況。測試系統(tǒng)由適用于不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)備及不同傳動(dòng)比傳動(dòng)系統(tǒng),來模擬車輛的最大通過噪聲。實(shí)驗(yàn)中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比下,以及空轉(zhuǎn)下的噪聲水平進(jìn)行了測試。圖1中顯示了陣列的5個(gè)測試位置(相當(dāng)于270個(gè)麥克風(fēng)),并選取其中的8個(gè)作為參考通道。

由于仿真計(jì)算中動(dòng)力總成的網(wǎng)格不包含支撐結(jié)構(gòu),因而在實(shí)際測試中支撐結(jié)構(gòu)都使用聲學(xué)材料進(jìn)行覆蓋,以避免造成聲反射。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)測試臺(tái),發(fā)動(dòng)機(jī)網(wǎng)格模型及測試陣列位置

2.3.2 測試結(jié)果

圖2為最大轉(zhuǎn)矩下,齒輪箱位于3檔,選定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下,2Khz處的聲學(xué)全息圖示例。其中紅圈區(qū)域?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)油泵。

圖2 2kHz處,發(fā)動(dòng)機(jī)不同表明的聲強(qiáng)分布

為了驗(yàn)證使用陣列測試結(jié)果計(jì)算得到的聲功率結(jié)果的準(zhǔn)確性,我們使用聲強(qiáng)探頭對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在低怠速,一定扭矩下的噪聲水平進(jìn)行了測試。使用聲強(qiáng)探頭進(jìn)行測試時(shí),遵從了ISO9614-2標(biāo)準(zhǔn),對(duì)每個(gè)面進(jìn)行掃描測試。圖2顯示了測試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,兩組結(jié)果的偏差在2dB的偏差范圍內(nèi)。

這種3D聲學(xué)全息成像技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):

• 結(jié)果分析更加簡單,結(jié)果可以直接反應(yīng)在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上,而不需要與2D面全息圖進(jìn)行對(duì)比;

• 可以直接在網(wǎng)格上選擇子區(qū)域,并計(jì)算子區(qū)域的輻射聲功率。

圖3 聲強(qiáng)探頭測試結(jié)果(藍(lán)線)與計(jì)算結(jié)果(橘黃色線)的對(duì)比

通過以下步驟,就可以將動(dòng)力總成噪聲聲場的結(jié)果導(dǎo)入到仿真軟件中用于計(jì)算動(dòng)力總成裝配到汽車上之后的噪聲輻射特性,并用于優(yōu)化聲學(xué)包。

3. 車輛聲學(xué)模型

在此,我們建立了邊界元模型,用于計(jì)算噪聲源從動(dòng)力總成向測試通過噪聲的傳感器的傳播。模型中通過面單元來表示聲源,吸收和反射表面。模型的求解是基于文獻(xiàn)11中的能量邊界元法。計(jì)算的目的是為了獲取動(dòng)力總成對(duì)通過噪聲的貢獻(xiàn)量,進(jìn)而提出優(yōu)化聲學(xué)包的方案[11]。

3.1 車體網(wǎng)格

在此,我們建立了車體和環(huán)境的邊界元網(wǎng)格。由于求解方法是基于功率平衡原理,因而不考慮聲波之間的干擾,也就不受波長標(biāo)準(zhǔn)的限制。在此只需要關(guān)注聲源的分布以及材料屬性即可。

動(dòng)力總成的網(wǎng)格與仿真計(jì)算聲源特性時(shí)使用的網(wǎng)格相同。此處,我們建立一個(gè)立方體遠(yuǎn)場邊界,邊界網(wǎng)格的大小為1平方米,以便于計(jì)算聲源的指向性和聲功率。7.5m處設(shè)置有接收點(diǎn),以對(duì)比仿真結(jié)果與實(shí)際位置處麥克風(fēng)測量得到的聲壓值。

地面同樣進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,以考慮地面對(duì)聲波反射的影響。車體以外的地面并沒有進(jìn)行網(wǎng)格處理,這部分區(qū)域?qū)邮拯c(diǎn)處聲壓的影響通過對(duì)接收點(diǎn)處的聲壓值進(jìn)行修正來考慮在內(nèi)。

此外,我們只對(duì)影響到聲源向測點(diǎn)麥克風(fēng)傳播的部件進(jìn)行了網(wǎng)格處理。

圖4 車體、地面、遠(yuǎn)場網(wǎng)格模型

3.2 材料設(shè)置

網(wǎng)格設(shè)置完成后,對(duì)不同的網(wǎng)格區(qū)塊設(shè)置對(duì)應(yīng)的材料屬性。聲學(xué)包的位置如圖5所示,圖6中顯示車體、輪胎和地面。

圖5 右圖:標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)包模型;左圖:吸聲系數(shù)和傳遞系數(shù)

圖 6 車體及地面的吸聲系數(shù)和傳遞系數(shù)

3.3 聲源設(shè)置

首先,將每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的功率譜導(dǎo)出;然后,將其作為聲源導(dǎo)入到Sonor軟件中。

此外,我們選擇噪聲最大的工況(全負(fù)荷,第三級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速為1900rpm)來計(jì)算動(dòng)力總成對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量,并優(yōu)化聲學(xué)包。

動(dòng)力總成的噪聲譜以1/3倍頻的形式加載到仿真計(jì)算模型中。

3.4 求解計(jì)算

求解計(jì)算的理論背景參見文獻(xiàn)7,此處我們對(duì)其做簡要介紹。

3.4.1 模型假設(shè)

• 聲波被認(rèn)為是不相干的,實(shí)際聲波之間的干擾被忽略。這一假設(shè)對(duì)高頻,寬頻帶,傳播環(huán)境復(fù)雜的聲源是合適的。

• 用輻射功率來描述噪聲源。聲功率均勻分布在聲源表面,并在各個(gè)方向上自由傳播;

• 每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的入射場是擴(kuò)散的

• 邊界對(duì)聲波的吸收、反射和傳遞是擴(kuò)散的(隨機(jī)發(fā)生),并通過下式中的能量系數(shù)來描述:

如果節(jié)點(diǎn)i接收到其它節(jié)點(diǎn)向其傳遞的功率Wincident(i),該節(jié)點(diǎn)將會(huì)吸收一定的能量,吸收系數(shù)為αi:

節(jié)點(diǎn)對(duì)聲波的反射用下式來表示,ri為反射系數(shù):

功率從k面向i面的傳遞播關(guān)系用下式來表示,其中τik為Diffues場中傳遞系數(shù):

由能量守恒可知,αi,ri,τik滿足以下關(guān)系:

3.4.2 視角因數(shù)計(jì)算

不同邊界單元上的能量交換取決于單元之間的“視角因數(shù)(view factors)”。這個(gè)系數(shù)只和幾何形狀有關(guān)(單元面積,起點(diǎn),兩個(gè)單元之間的障礙物)。當(dāng)兩個(gè)單元之間沒有障礙物時(shí),視角因數(shù)可以通過解析解求得。

當(dāng)兩個(gè)單元之間存在障礙物時(shí),就需要借助Hemicube方法來對(duì)視角因數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3.4.3 求解邊界元問題

為了得到待求解的系統(tǒng)方程,需要對(duì)每個(gè)邊界元單列列出能量平衡方程。對(duì)于聲學(xué)問題,單元i輻射的聲功率等于反射、傳遞和源功率的總和:

反射和傳遞功率與入射功率的關(guān)系如式4和式5所示:

第i個(gè)元素的入射功率Wincident(i)等于其他各元素的輻射功率乘以視角因數(shù)的和;

由式4,5,7可得:

這樣就可得到包含n個(gè)未知量(各個(gè)單元上的輻射功率)的n個(gè) 方程(在n個(gè)邊界元單元上)。

并可以通過稀疏矩陣SuperLU方法求解上述方程組。

3.5 結(jié)果分析

3.5.1 輻射強(qiáng)度云圖

首先,我們可以得到各個(gè)網(wǎng)格單元輻射的功率。

在這個(gè)結(jié)果的基礎(chǔ)上,我們也可以得到各單元輻射強(qiáng)度的云圖。從接收點(diǎn)處來看輻射云圖,就可以很直觀的看到聲壓的主要傳播路徑。從圖7可以看出,大部分輻射聲源在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙的右側(cè)區(qū)域,通過動(dòng)力總成下聲學(xué)包旁邊的孔傳出,并經(jīng)由地面反射傳遞到右側(cè)接收器。

圖7 輻射強(qiáng)度 右視圖和下視圖

3.5.2 入射強(qiáng)度圖

使用式8可以計(jì)算得到入射功率,并繪制出入射強(qiáng)度云圖。這一結(jié)果能夠指導(dǎo)我們?cè)谧罴训奈恢娩伔盼暡牧稀?

圖 8 入射強(qiáng)度云圖

3.5.3 傳播和反射強(qiáng)度云圖

通過式4和5可以計(jì)算得到各個(gè)單元的透射和反射功率強(qiáng)度,從而可以畫出透射和輻射功率強(qiáng)度云圖。圖9顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)艙下的傳播和輻射功率強(qiáng)度云圖。

可以看出,圖7中的輻射功率主要是由于聲波反射引起的,而不是由于透射。這一結(jié)果表明:聲學(xué)包的透射系數(shù)是足夠高的,從而通過聲學(xué)包底部的吸聲系數(shù)來降低聲學(xué)包與地面之間的混響能夠起到更好的隔聲效果。

圖 9 發(fā)動(dòng)機(jī)底板上的反射(上)和傳遞強(qiáng)度(下)

3.5.4 功率平衡

為了量化聲學(xué)包的入射、反射和傳遞功率,吸聲材料位置處的入射功率或是可能向艙內(nèi)傳遞噪聲的面板上的入射功率,我們對(duì)功率平衡做了進(jìn)一步計(jì)算。

3.5.5 聲壓云圖和頻譜

通過公式10,我們可以得到接收點(diǎn)上的壓力云圖以及頻譜圖,如下圖10和11所示:

其中,p2 (j)是第j個(gè)點(diǎn)上的壓力平方值,W(i)是第i個(gè)單元面的輻射功率,VFij是第i個(gè)面與第j個(gè)點(diǎn)的立體角。

圖10 動(dòng)力總成對(duì)7.5m位置接收點(diǎn)上噪聲的貢獻(xiàn)。右側(cè)接收點(diǎn)上聲壓值相對(duì)較高

圖 11 最大通過噪聲工況下,7.5接收點(diǎn)處的聲壓值

通過在特定的工況中開啟響應(yīng)的源項(xiàng),就能夠獲得發(fā)動(dòng)機(jī)不同表面對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量。這一結(jié)果為使用聲學(xué)包降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲,確定發(fā)動(dòng)機(jī)的主要振動(dòng)源以及在發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的傳播路徑上安裝聲學(xué)包提供了有效的指導(dǎo)。

3.6 驗(yàn)證

通過測試結(jié)果來對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

3.6.1 全局輻射聲功率

圖12 顯示了在低怠速工況下車輛的噪聲聲功率?；疑€表示使用發(fā)動(dòng)機(jī)測試平臺(tái)上測試得到的動(dòng)力總成的聲場數(shù)據(jù),上述汽車模型,以及標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)包模型得到的聲功率結(jié)果。橙色曲線代表根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn),在混響室中通過測試聲壓級(jí)得到的聲功率結(jié)果。仿真計(jì)算結(jié)果相比實(shí)測結(jié)果低1.4dB,但考慮到以下因素,這是一個(gè)相當(dāng)好的計(jì)算結(jié)果:

• 聲源表征方法的不確定性;

• 車輛聲功率測量的不確定性;

• 發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及在真實(shí)車輛上的裝配差異;

• 進(jìn)氣和排氣噪聲的影響;

• 計(jì)算模型的不確定性;

圖 12怠速條件下聲功率測試值與計(jì)算值的對(duì)比

圖13 聲學(xué)包插入損失測試值與計(jì)算值對(duì)比

圖13顯示了兩組不同聲學(xué)包的插入損失差異,其中灰線是計(jì)算結(jié)果,橙色線是混響室中測試結(jié)果。兩條曲線有較好的一致性(偏差在0.3dB)。因而,該模型可以認(rèn)為在計(jì)算聲學(xué)包插入損失時(shí)是準(zhǔn)確的。

3.6.2 聲壓水平

為了比較在通過噪聲測試條件下接收點(diǎn)的聲壓值,我們將車輛安裝在半消聲室中的傳動(dòng)臺(tái)上。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和齒輪傳動(dòng)比滿足PBN(Pass-by Noise)測試總對(duì)加速度的要求,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲位于最大水平。由于測試環(huán)境的限制,測點(diǎn)與車軸的距離為2m,而不是7m。測試過程中,前輪安裝有滾動(dòng)輪胎,且已經(jīng)將輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲降低至最小值。由于正常測試時(shí),輪胎在轉(zhuǎn)動(dòng)測試臺(tái)上正常滾動(dòng)的,因而需要從測試結(jié)果中剔除由于輪胎滾動(dòng)產(chǎn)生的噪聲,才能得到動(dòng)力總成貢獻(xiàn)的聲壓級(jí)。因?yàn)檩喬ギa(chǎn)生的噪聲與動(dòng)力總成產(chǎn)生的噪聲水平在一個(gè)量級(jí),使得這一操作又增加了測試的不確定性。

測試完成后,我們將四個(gè)麥克風(fēng)測試得到的聲壓的平均值與圖14得到的理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比。

盡管計(jì)算值在低頻段段偏高,而在2000-3150Hz偏低,但總的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測試值得偏差只有0.9dB。從而確定,該理論計(jì)算方法在仿真計(jì)算動(dòng)力總成對(duì)噪聲貢獻(xiàn)量時(shí)是準(zhǔn)確的。

圖14 PNB測試條件下,測試得到的動(dòng)力總成聲壓級(jí)與仿真值得對(duì)比

3.7 優(yōu)化聲學(xué)包

借助仿真計(jì)算結(jié)果以及在使用聲場云圖對(duì)傳遞路徑的分析,我們提出來四種優(yōu)化后的聲學(xué)包設(shè)計(jì)方案。其中聲學(xué)效果最好的設(shè)計(jì)方案如圖15所示。這一方案在距離動(dòng)力總成在7.5m處的側(cè)點(diǎn)上有7dBA的插入損失。目前,我們的合作伙伴正在對(duì)這一方案進(jìn)行詳細(xì)的研究,以便使其更加具有實(shí)用價(jià)值。此外,我們還進(jìn)行了新材料方面的研究。

圖15 優(yōu)化后的聲學(xué)包示意圖

圖 16 優(yōu)化后的聲學(xué)包插入損失仿真值

4. 結(jié)論

在歐盟法規(guī)即將提高車輛噪聲標(biāo)準(zhǔn)的限制下,Vibratec和MicrodB提出了一種在3D邊界元網(wǎng)格法基礎(chǔ)上計(jì)算動(dòng)力總成噪聲水平的方法。在此基礎(chǔ)上,將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到車體聲學(xué)模型中,從而可以用于預(yù)測車輛的通過噪聲并優(yōu)化聲學(xué)包設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明,文章提出的方法與測試結(jié)果有較好的一致性,并適用于工業(yè)應(yīng)用。雷諾汽車已經(jīng)采用了本文研究提出的具有7dB插入損失的新的聲學(xué)包設(shè)計(jì),樣車于2016年底下線。 

參考文獻(xiàn)

1. Minck, Olivier & Al. Array based acoustic power measurement, Renault Pass-By Noise. In: Proceeding of NVHG Congresse, Japan; 2016. p. 887-909.

2. Yoon. S.H, Nelson. P.A. A method for the efficient construction of acoustic pressure cross-spectral matrices [J] Journal of sound and vibration, 2000, 233(5): 897-920.

3. Le Magueresse. T, Minck. O. Source localization inside cabin using calculated Green’s function. [J]. Automotive NVH Confort, SIA 2012.

4. Le Magueresse T. “Approche multidimensionnelle du problème d’identification acoustique inverse ?, PhD Thesis, 2016.

5. Pavic. G. A technique for the computation of sound radiation by vibrating bodies using multipole substitute sources. [J]. Acta Acustica united with Acustica, 2006, 92(1):112-126.

6. Antoni. J. A Bayesian approach to sound source reconstruction: optimal basis, regularization, and focusing. JASA, 2012.

7. M. Thivant, P. Bouvet, A. Cloix and N. Blairon, Boundary Element Energy Method for the acoustic design of vehicles shileds, Proceedings of ISNVH, Graz (2008)

8. A. Le Bot, A vibroacoustic model for high frequency analysis. In Journal of sound and vibration, vol.211, no.4, , p. 537-554 (1998)

10. B. Betgen, M. Thivant, P. Bouvet, A. Cloix and A. Bocquillet, Boundary Element Energy Method for the acoustic prediction of vehicle external and interior noise – Validation on a mock-up and industrial application In Proceedings of DAGA (2011)

11. B. Betgen, M. Thivant, P. Bouvet, A. Cloix and T. Lambert, Boundary Element Energy Method for the acoustic prediction of automotive external noise In Proceedings of DAGA (2013)