【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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試動(dòng)力總成3D聲場的有效方法,并通過實(shí)際測(cè)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(cè)試方法

2.1.1 patch 測(cè)試

使用麥克風(fēng)陣列測(cè)量雷諾汽車動(dòng)力系統(tǒng)周圍的3D聲輻射,并且測(cè)試得到的聲壓可以直接映射在聲學(xué)模型上,因而測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試,且聲源確實(shí)在測(cè)試面上,自由場假設(shè)下的測(cè)試結(jié)果是基本滿足要求的。

第二種方法是測(cè)量傳遞函數(shù),但這需要覆蓋6hkz的頻帶,且需要測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試。圖1中顯示了陣列的5個(gè)測(cè)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(cè)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(cè)試臺(tái),發(fā)動(dòng)機(jī)網(wǎng)格模型及測(cè)試陣列位置

2.3.2 測(cè)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(cè)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(cè)試。使用聲強(qiáng)探頭進(jìn)行測(cè)試時(shí),遵從了ISO9614-2標(biāo)準(zhǔn),對(duì)每個(gè)面進(jìn)行掃描測(cè)試。圖2顯示了測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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。灰色曲線表示使用發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試平臺(tái)上測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試值與計(jì)算值的對(duì)比

圖13 聲學(xué)包插入損失測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試環(huán)境的限制,測(cè)點(diǎn)與車軸的距離為2m,而不是7m。測(cè)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(cè)試時(shí),輪胎在轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試臺(tái)上正常滾動(dòng)的,因而需要從測(cè)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(cè)試的不確定性。

測(cè)試完成后,我們將四個(gè)麥克風(fēng)測(cè)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(cè)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(cè)試條件下,測(cè)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(cè)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(cè)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。 

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