驾驶室声场响应面仿真模型的构建及应用
基于SnRD的整车内饰异响仿真及优化
基于SnRD的整车内饰异响仿真及优化作者：黎谦顾晓丹常光宝李书阳余义来源：《企业科技与发展》2021年第08期【关键词】异响;相对位移;SnRD;E-line;模态贡献量【中图分类号】U472 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0051-04近年来，随着各主机厂正向开发能力的提升，国产汽车的NVH性能有了很大的改善。
针对由动力总成和路面引起的NVH问题，目前有了成熟的解决方案。
对于车内的主要NVH问题，已经从发动机、道路噪声逐渐过渡为异响（如图1所示）。
异响是指一切让驾驶员或者乘客感觉不舒服的异常的声音。
从表现形式上，主要分为敲击异响、摩擦异响两大类。
异响产生的原因复杂，涉及的专业非常多。
对于异响问题，之前更多的是通过DMU检查及样车调校预防和解决。
仿真方面，关于异响的分析主要包括模态、刚度、振动灵敏度三大类。
这些分析可以在一定程度上降低异响发生的风险，但是不能在开发前期预测车辆的异响性能状况，并提供针对性的解决方案。
因此，异响开发流程中迫切需要补充一种更加直接有效的仿真方案。
1 E-line方法和SnRD无论是敲击异响还是摩擦异响，其产生都有一个必要条件——部件之间发生相对位移（如图2所示）。
E-line方法正是基于这一原理，两个有相互接触风险的部件，都可以作为异响的考察对象。
E-line方法会在两个部件之间生成一系列节点对（Evaluation point），每个节点对由一组“rbe3-cbush-rbe3”单元组成（如图3所示）。
通过输出cbush单元端点在局部坐标系下的位移获取该位置在车辆行驶过程中的相对位移。
最终，通过仿真相对位移与“设计间隙/容差”或者“材料相容性参数”的比较，预测敲击异响和摩擦异响的风险 [1]。
SnRD（Squeak and Rattle Director），是一个基于E-line方法，结合工程实践的异响仿真解决方案。
该技术方案在国外有超过10年的成功经验，使用者包括Calsonic Kansei North America，FCA，PSA，SCANIA CV AB等。
声波在声学建模与仿真中的应用研究
声波在声学建模与仿真中的应用研究声波是一种机械波，通过分子之间的振动传递能量，是人类日常生活中常见的一种波动现象。
声波的传播速度与介质的性质密切相关，不同介质对声波的传播速度有不同的影响。
声波在声学建模与仿真中的应用研究，涉及到声波传播的原理、声学模型的构建以及声波仿真技术的应用等方面。
声波传播的原理是声学建模与仿真的基础。
声波的传播速度可以通过介质的密度、弹性模量和介质的物理性质等参数来计算。
在声学建模与仿真中，研究人员可以通过对声波传播原理的深入研究，建立数学模型来描述声波在不同介质中的传播规律。
这些模型可以用于预测声波在特定环境中的传播路径、传播速度以及传播损耗等信息，为声学建模与仿真提供理论基础。
声学模型的构建是声学建模与仿真的核心内容。
声学模型是对声波传播环境的一种抽象描述，可以包含介质的物理性质、几何形状以及边界条件等信息。
通过对声学模型的构建，研究人员可以模拟不同环境中声波的传播特性，进而预测声波的传播效果。
例如，在建筑设计中，可以通过声学模型来评估室内的声音吸收效果，为室内声学设计提供指导。
在城市规划中，可以通过声学模型来评估建筑物对周围环境的声音传播影响，为城市环境的声学设计提供参考。
声波仿真技术的应用是声学建模与仿真的重要手段。
声波仿真技术通过模拟声波的传播过程，可以预测声波在特定环境中的传播效果。
声波仿真技术可以基于声学模型进行，也可以基于数值计算方法进行。
在声学建模与仿真中，研究人员可以利用声波仿真技术来评估不同声学设计方案的效果，优化声学设计方案。
例如，在汽车工程中，可以通过声波仿真技术来评估汽车的噪声控制效果，为汽车噪声控制提供技术支持。
在音响系统设计中，可以通过声波仿真技术来评估音响系统的声场分布，优化音响系统的设计。
声波在声学建模与仿真中的应用研究不仅仅局限于建筑设计和汽车工程等领域，还涉及到医学、地震学、水声学等多个领域。
在医学领域，声波可以用于医学成像，如超声波成像技术可以通过声波的传播来获取人体内部组织的影像信息。
某车车内声场噪声仿真
第３１卷第５期四川兵工学报２０１０年５月【制造技术】某车车内声场噪声仿真·张兴超，雷刚，曹建国（重庆理工大学，重庆汽车学院，重庆柏００５０）摘要：为改善车身结构，以某轿车为分析对象，应用有限元数值分析和声学ｃＡＥ等先进技术，对车内低频传播噪声进行了分析预测。
采用Ｈｙｐｅ丌ｎｅｓｈ／Ｏｐｌｉｓｔｒｕｃｔ软件建立并分析了某轿车整车有限元模型和结构一声学耦合有限元模型；同时将实验得到的发动机对悬架的加速度激励作为边界条件，对整车的声一固耦合系统进行了频率响应分析，最终达到噪声仿真的目的；最后对车内各壁板的声学贡献进行了分析，为车身结构的改进提供参考。
关键词：有限元；车内噪声；模态试验中图分类号：ｕ４６１文献标识码：Ａ文章编号：１００６一ｃｒ７ｃｒ７（２０１０）０５—００５１—０５轿车的振动和噪声特性是表征汽车品质的莺要指标。
经验证明，汽车在生产过程中若发现有振动、噪声问题，要对其进行改进需付出极其高昂的代价。
因此，在汽车的设计阶段就应该把振动噪声的控制和优化作为重要内容和关键环节之一…。
在现代声学研究中，广泛应用计算机和数值计算方法是发展的重要趋势。
近１０年来，有限元（ＦＥＭ）、边界元（ＢＥＭ）、统计能量法等数值方法的发展，为解决复杂的振动问题提供ｒ强有力的手段。
使用一些通用、强大的分析软件来解决实际问题已成为广大工程技术人员的首选。
有限元法主要研究的是车内的低频固体传播噪声。
用该方法进行车内噪声的预测，能使整车建模简单，计算时间短，且计算结果直观，因此采用有限元方法进行仿真研究具有非常广泛的应用前景。
１白车身有限元分析及模态试验１．１自车身有限元分析在轿车车身几何模型的基础上，建立车身模态分析有限元模型是非常重要的。
其建模原则是在准确反映结构模态特性（包括整体弯曲及扭转刚度等）的前提下进行必要的简化，以获得必要的计算精度。
并尽可能降低计算鼍与计算复杂性。
为降低求解规模，在建模时以四边形单元为主，并在架构变化及过渡地区采用少数三角形单元。
《汽车噪声模拟案例》PPT课件
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Frequency [Hz]
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载荷方式2-扩散声场激励
T ransparence acoustique - Comparaison simulations ACT R AN/mesures BMW S閞ie 3
Actran/ICFD – Fourier Transform TWPF into the frequency domain
Actran/VI – Post-processing Color map, pressure plot ...
Actran VibroAcoustics Acoustic computation Use of the TWPF excitation into
windshield
PVB Glass
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Copyright Free Field Technologies
载荷方式1-点力载荷
Acceleration [m/s2]
Windshield – Modal analysis, free-free BC
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simulation experimental
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Copyright Free Field Technologies
目录
PROBLEM 1: 风噪声模拟 PROBLEM 2: 结构振动噪声辐射 PROBLEM 3: 内饰部件声学性能分析 PROBLEM 4: 空调噪声分析 PROBLEM 5: 进排气系统声学分析 PROBLEM 6: 整车声学分析 PROBLEM 7: 密封条隔声分析 PROBLEM 8: 柴油喷射管路噪声 PROBLEM 9: 轮胎噪声
汽车声学特性的建模与优化
汽车声学特性的建模与优化Chapter 1 汽车声学特性的概述汽车声学特性是指与汽车噪音、声音传播和声波响应等相关的特征。
对汽车声学特性的研究对于提高汽车的舒适性和减少噪音污染具有重要意义。
本章将概述汽车声学特性的基本知识和研究现状。
1.1 汽车噪声产生机理汽车噪声产生主要源于发动机、排气系统、传动装置、轮胎和风阻等。
发动机噪声是汽车噪声的主要来源，主要包括机械噪声、排气噪声和进气噪声。
排气系统的共振和排气管的设计也会对汽车噪声产生影响。
传动装置的噪声主要包括齿轮啮合噪声和轴承噪声。
轮胎与路面的接触噪声和风阻噪声也是汽车噪声的重要组成部分。
1.2 汽车声音传播特性汽车声音传播特性受到车辆本身结构、空气传播、车内空间以及外部环境等因素的影响。
车辆的内部空间结构会对声音的传播和反射产生影响，车内的隔音材料和装饰物也会影响声音的传播效果。
空气传播是声音在汽车内外传播的主要方式，其传播特性受空气温度、湿度和气压等因素的影响。
外部环境噪声也会对车内声音的传播产生干扰。
1.3 汽车声波响应特性汽车声波响应是指汽车对外界声音的响应特性。
这取决于汽车的结构和材料，以及外界声音信号的频率和强度。
汽车不同部位将具有不同的响应特性，例如车体、车门、座椅和车窗等。
了解汽车声波响应特性可以帮助优化汽车的声学设计，提高用户的乘车体验。
Chapter 2 汽车声学建模方法为了研究汽车的声学特性和优化汽车的声学设计，需建立相应的数学模型。
本章将介绍一些常用的汽车声学建模方法。
2.1 有限元法有限元法是一种广泛应用于工程声学建模的方法。
它将连续介质分割为许多有限的互相连接的结构单元，通过求解结构单元的振动方程以及结构单元之间的边界条件，可以得到结构的模态振动和频率响应。
2.2 边界元法边界元法是另一种用于声学建模的方法。
它通过对声场边界上的声压和声辐射速度进行建模，利用边界元法的求解算法得到声场的分布和辐射特性。
边界元法适用于固体结构的边界问题，尤其适用于计算低频声场。
轻卡驾驶室振动及声学环境分析
１ 引言
图１ 驾驶室结构一声腔耦合模型
随 着汽 车工 业的 发展 ，人们 对汽车 的关 注点 从 质量 题 逐 渐转移 到舒适 性 问题 上， 并且 对汽 车乘 坐舒适 性提 出 了更高 的要求 。 由 ＿ｆ在 货物运输 ｒｐ的重 要作 用，轻卡 彼人们 普遍使用 。本文以某轻 驾驶室为研究对 象， 分 别 建 立 结 构 、声 腔 和 声 固耦 合有 限元 模 型 ， 研究 声场 分 布，通过 声学 板块 贡献量 分析 ， 提供 改善轻 Ｒ驾驶室 声学 环境 方案 ，最 终达 到提供轻卡驾驶 员舒适驾驶环境 的 目的。
应 曲线和 加速 度响应 曲线 。其 中 ８个 响应 点 各方 向的加 速 度幅值 响应 曲线 如 图 ２所 示 ， 依 次 为 ｘ方 向加 速度幅 值响 应曲线 、 Ｙ方 向加速度幅 值响应曲线 和 Ｚ方 向加速 度幅值 响 应 曲线 。
２ 驾驶室 ＮＶＨ仿真模型的建立与验证
声腔 在模态 分析 中 会产生相 互 作用 ，对 驾驶 室 内声压 分布 产生影 响 ，所 以在 对驾驶 室声 场的 预测过 程 中采用 驾驶室 声 固耦合有 限 元 模 型 。
３ 驾驶室 ＮＶＨ特性分析
为 了研究 轻卡 驾驶 室 ＮＶＨ 特性 ，以 驾 驶室 与驾驶 室悬 置连接 处的 激励 信号作 为激 励 ，利 用有 限元的 方法 对驾驶 室振 动和 声学 状态 进行 分析。 分别对 驾驶 员右 耳旁和 副驾 驶左 耳旁 的声压 级分 布情 况进 行仿真 ，分析 车 身 结 构 板 件 声 学 贡 献 量 。
阶数 固有频 率试 固有频率计 相对误差 验 值 ／Ｈｚ 算值 ／Ｈｚ
１
２１ ８
轿车车室内噪声的仿真分析
轿车车室内噪声的仿真分析作者：马天飞林逸张建伟一、前言车室内的噪声预测是汽车NVH特性研究的主要内容。
噪声的仿真分析方法有多种，有限元法是应用最广泛的一种。
汽车车室构成封闭空腔，形成一个声学系统。
将车室空腔容积离散化为有限元，则声波方程可以写成以下的矩阵形式：式中：和就是车室空腔的声学质量矩阵和声学刚度矩阵；为各单元表面传给流体的广义力向量；为各节点的声压向量。
而车身结构的有限元方程式可以写为：(2)式中：、分别为车身结构的质量矩阵和刚度矩阵；为结构位移向量；为施加于结构上的外力向量。
如果把车身结构视为弹性体，那么车身壁板的振动会通过对临近空气的压迫改变车室的声压，而车室空腔声压的变化又会激励车身壁板的振动，使车室成为结构—流体（空气）相互作用的耦合系统，这个耦合系统的有限元方程式可以写为：(3)式中：是由声学广义力向量得到的车室结构—声学耦合矩阵；为空气密度；是声波在媒质中传播的速度。
二、利用MSC.Patran建立车室声固耦合模型在建立声固耦合模型时，建议先根据简单车身结构模型建立车室空腔模型，然后细化车身结构模型，最后把它们耦合起来。
如果建模时先建详细车身结构模型，将增大建模的工作量。
本文将介绍在已经建立车身结构模型的基础上，直接利用它建立车室空腔的声学模型。
某轿车车身结构模型，它的单元尺寸为0.05米，整个模型共有27858个节点，33200个壳单元，其中三角形单元10235个，四边形单元22965个。
MSC.Nastran中的声学有限元模型是利用MSC.Patran提供的HEXA等三维实体单元建立的。
在建模之前要确定出单元的尺寸。
声学单元的理想尺寸大约是每个波长六个单元，实际上通常采用的声学单元的长度一般为0.1~0.2米。
根据空气中的声速和噪声的分析频率可以计算出声波的波长以及声学单元的理想长度，本文中所建立的模型取声学单元的长度为0.12米。
另外，MSC.Nastran要求流体的单元尺寸要大于结构单元的尺寸，以保证流体模型界面上的节点都能够与结构单元的节点相耦合。
汽车碰撞模拟仿真在车辆噪音振动评估中的应用
汽车碰撞模拟仿真在车辆噪音振动评估中的应用随着交通工具的普及和城市化进程的快速发展，汽车成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
然而，随之而来的问题是汽车噪音和振动的增加，给人们的生活和健康带来了一定程度上的困扰。
为了解决这个问题，汽车碰撞模拟仿真技术应运而生。
本文将探讨汽车碰撞模拟仿真在车辆噪音振动评估中的应用，并深入探讨其优势和挑战。
1. 汽车碰撞模拟仿真技术的原理与方法汽车碰撞模拟仿真技术是基于计算机辅助工程（CAE）和有限元分析（FEA）的理论，通过建立数学模型对汽车在碰撞过程中的动力学、结构变形、噪音和振动等进行模拟与分析。
基本的步骤包括几何建模、材料建模、加载边界条件和模拟求解。
通过计算得出汽车在碰撞过程中的各种参数，为车辆的设计、改进和优化提供了科学依据。
2. 汽车碰撞模拟仿真技术在车辆噪音振动评估中的应用（1）噪音源定位与分析：通过汽车碰撞模拟仿真，可以得到碰撞过程中各个部位的振动特性和频谱信息，然后通过信号处理技术对振动信号进行分析，定位和判断噪音源的位置。
这对于设计师来说是非常有价值的，可以针对性地进行改进和优化，减少噪音的产生和传播。
（2）噪音振动响应预测：利用汽车碰撞模拟仿真，可以得到汽车碰撞过程中各个部位的振动响应特性和频谱信息，结合噪音源的定位，可以预测汽车在碰撞过程中产生的噪音和振动响应，帮助设计师更好地评估和改进车辆的设计。
（3）噪音隔音材料优化：通过对汽车碰撞模拟仿真结果的分析和评估，可以检测出汽车在碰撞过程中产生的噪音和振动传递途径，进而确定需要加强隔音的区域。
结合材料模型，可以预测不同隔音材料的效果，并进行优化设计，从而降低车内噪音和振动的水平。
3. 汽车碰撞模拟仿真技术的优势与挑战（1）优势：a) 成本效益：与实验室测试相比，汽车碰撞模拟仿真技术具有较低的成本。
传统的实验测试需要大量的时间和资源，而汽车碰撞模拟仿真技术可以在较短时间内完成，并且可以重复使用，节省了成本。
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法 在 结构 设计 和优 化领 域 的应 用 目益 广泛 ， 其 在 但 整车声场 设计方 面 的应 用 尚未见诸 于文献 。本文 以
ｆ ｇ＋ － Ｏ ∑ ￣
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（ ４ ）
某重 型商 用车 驾驶 室 为研 究 对象 ， 以驾驶 员 耳侧 的 声压级 为响应变 量 ， 以吸声材 料的 厚度 为设计变量 ， 构建 驾驶 室 声场 的 响应面 仿 真模 型 ， 并将 得 到 的响 应面模 型应用于 驾驶 室 内不 同位 置上吸 声材料 的厚
摘 要 ： 声 材 料 广 泛 应 用 于 车 辆 噪声 控 制 中 。 将 响 应 面 法 引 入 整 车 声 场 建 模 中 ， 究 对 象 为敷 设有 大 量 吸 声 材 吸 研 料 的某 商 用 车 驾 驶 室 。 首先 通 过 面 板 声 学 贡 献 度 分 析 选 定 需 要 的 设 计 变 量 ， 行 试 验 设 计 ， 进 建立 考 虑 吸 声 特 性 的驾 驶 室仿 真 模 型 ， 以 进行 数 值 试 验 得 到 响 应 变 量 ， 而 构 建 驾 驶 室 声 场 的 响 应 面 模 型 。应 用得 到 的 响应 面 模 型 对 驾 驶 室 用 进 各位 置 吸 声 材 料 的 厚度 进 行 优 化 。 结果 表 明 ， 化 后 的 方 案 在 减 少 吸声 材 料 厚 度 的 同 时也 有 效 提 高 降 噪 效 果 。 优 关 键 词 ： 学 ； 声材 料 ： 声控 制 ： 应 面 ： 模 声 吸 噪 响 建
根据 结构特 点 ， 步选择 线性 多项式 、 因子 交 初 双 ： 项式 、 次 多项 式等 三种 类 型 的响应 面模 型 来 巨多 二
拟 合驾驶 员耳侧 声压级 ， 分别如式 （ ） （ ） （ ） ４ 、５ 、 ６ ”
１ ０ Biblioteka 综上所 述 ， 考虑吸 声特性 的整 车声场 仿真 中 ， 在 大多采用 统计能 量方法 ， 只适合 于高 频 ， 不能得 到 且 显式 的关 系方 程 。 目前 ， 似 模 型方法 中的 响应 面 近
使 用 简 单 的 遍 历 方 法 ，， 设 计 空 间 内 寻 优 。 在
的 结构特 性 。在对 车 内声 场 进行 设 计及 优 化 时 ， 必
须要 充分考 虑吸声材 料和 结构 的影响 。 在考 虑 吸 声特 性 的情 况 下 ， 建立 考 虑 吸 声特 性
的整 车声场 仿 真 模型 ， 于 该模 型 进行 声 场 设计 与 基
度优化 。
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Ａｂ ｔａ ｔ：Ｓ ｕ ｄ ａ ｓ ｒ ｉ ｇ ｍａｅ ｉｌ ａ ｅ ｂ ｅ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｓ ｏ ｔｏ ． ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｓ ｓｒ ｃ ｏ ｎ ｂ ｏ ｂ ｎ ｔ ｒ ｓｈ ｖ ｅ ｎ ｗｉ ｅｙ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ｎ ｉｅ ｃ ｎ ｒ １ Ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ， ｈ ｅ ｐ ｎ ｅ ａ
声 激 励 的情 况 。Ｊ ｎ ｈ ａ ｎ 使 用 Ｂ ｉ ｇｕ ｇ ａ Ｄｅ Ｐ神 经 网 络 方法 建 立 了多层板 结构 参数和 车 内声压 级 的非线 性 映 射 函数 ， 于 进行 灵 敏度 分 析 。该映 射 函数 虽 然 用
通 信作者 ： 小珉 ， 土 ， 土生导师 ， 事 车辆动力学及控 连 博 博 从
２ １年 ６ ０１ 月
噪
声
与
振
动
控
制
第３ 期
文章 编号 ：０ ６１ ５ （０ ０ ．０ ００ １０ —３ ５２ １）３０ ６ —４ １
驾驶室声场 响应面仿真模 型的构建及应用
王彬星， 郑 四发 ， 周 林 ， 连小珉
（清华 大学 汽车安 全与 节能 国家重 点 实验 室 ，北 京 １０ ８ ０ ０４）
ｑ 夺通研究。
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也可 以用 于进行 优化 ， 但形 式复 杂 ， 计算 成本也 比
驾驶 室声场 响应面 仿真模型 的构建及 应用
较高。
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用 ， 改变 了整车 的声场 特性 的 同时 ， 改变 了车辆 在 也
在 高 频 。 以对 整车 吸 声材 料 的优 化 为例 ， 一般 的 途 径是： 建立带 吸 声材料 的整 车统计 能量 模型 ， 设定 设 计 空 问（ 即吸声 材 料各 种 不 同 的组合 ） 然 后在 设 计 ， 空 间 内或通 过 随机抽 样方 法ｕ 或通 过基 因算 法 或 ， ，
汽 车 噪声 是 影 响汽 车乘 坐 舒适 性 的 重要 因 素 。 包 含 多孔 弹 性介 质 的 多层 吸 声材料 和 结 构 ， 广泛 被
越 广泛 的应用 。 目前考 虑吸 声特性 的整 车声场 的仿 真 主 要 是基 于统 计 能 量 方法 ， 析 的频 率 范 围局 限 分
应用 于车辆 噪声控 制 中 。大量 吸 声材料 在车上 的应
优 化 的系 统仿 真 方法 ， 由于 具有 周 期短 、 费用 低 、 系 统 性强等 优 点 ， 且仿 真精度 日益 提高 ， 因此 得到越 来
收 稿 日期 ： ０ ００ ．３ 修 改 日期 ： ００ １一１ ２ １—９０ ； ２ １—０ ｌ 基 金 项 目： 国家 “ ６ ” 划 项 目（０ ６ ８３ 计 ２ ０ＡＡ１０ ０ ） １ １５ 作 者 简 介 ： 彬 星 （９ １ ） 男 ， 北 人 ， 士 生 ， 事 汽 车 王 １７ 一 ， 河 博 从
中图分类号： Ｂ ３＋２ Ｔ ３ １ Ｔ ５ ３ ．； Ｐ ９ ． ９
文献标识码： Ａ
Ｄ 编码 ： ０３６ ／ｉ ｎ１０ —３ ５２ １． ．１ ＯＩ １ ． ９ ．ｓ ． ６１ ５—０ １ ３０ ４ ９ ｊｓ ０ ０
Ｍ ｏ ｅｉ ｇｏ Ａｃ ｕ ｔｃＣｈ ｒ ｃｅｉｔｃ ｆａＣａ ｔ ｓ ｏ ｓ ｕ ｆｃ ｄ ｌ ｆ ｏ ｓｉ ａａ ｔｒｓｉｓｏ ｂｗｉ Ｒｅｐ ｎ ｅＳ ｒａ ｅ ｎ ｈ