CN105578376A - 一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法和系统，其方法包括：通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型；将扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型；对扬声器装配模型进行有限元分析，根据有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。本发明的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法和系统，基于CATIA软件进行频率分析，避免扬声器安装支架与扬声器发生共振，能够避免单凭经验设计金属扬声器安装支架而导致扬声器安装支架疲劳损坏的问题，避免了整车音质不良的风险，能够提高生产效率，减少生产成本。

Description

一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法及系统

技术领域

本发明涉及有限元分析技术领域，尤其涉及一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法及系统。

背景技术

现代社会，汽车已经成为人们生活中必不可少的工具，私人汽车和公交汽车方便了人们的出行，汽车正在取代自行车成为人们生活中重要的交通工具。近年来，随着全球空气污染的日渐增强，各国越来越重视环境的保护和空气污染的预防及治理，汽车尾气的排放被认为是空气污染的主要来源之一。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车行驶时需发出行人警示音，扬声器通过金属支架与整车固定。传统方法通过经验设计金属支架的形状和安装固定点，这种设计无法在设计阶段避免支架与扬声器产生共振声，且在生产过程的纯音检听阶段没有模拟整车安装环境，如果实际支架的固有频率与扬声器F0接近，又未被检测出来，在整车与扬声器长期工作中，支架有较高疲劳破坏的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法及系统，能够有效地解决上述的问题。

一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法，包括：通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型；将所述扬声器模型、所述扬声器安装支架模型和所述车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型；对所述扬声器装配模型进行有限元分析，根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：通过CATIA软件绘制出所述扬声器安装支架、所述扬声器和所述车辆安装基座的三维模型；设置所述扬声器安装支架分别与所述扬声器、所述车辆安装基座的安装点的位置和数量；基于所述安装点的位置和数量将所述扬声器、所述扬声器安装支架和所述车辆安装基座的三维模型配合安装，生成所述扬声器装配模型。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述对所述扬声器装配模型进行有限元分析、根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整包括：通过CATIA软件对所述扬声器装配模型进行处理，自动生成扬声器有限元模型；其中，通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架、车辆安装基座赋予材料属性，所述材料属性包括：金属、塑料材料属性。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述对所述扬声器装配模型进行有限元分析、根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整包括：通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架划分网格，并基于频率计算模型计算所述扬声器安装支架的固有频率；将所述固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，判断差值是否超出预设的阈值，如果是，则确定扬声器安装支架满足要求，如果否，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述扬声器和/或所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：基于频率计算模型计算扬声器安装支架的10阶固有频率；将第一阶固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，如果差值未超出预设的阈值，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述扬声器和/或所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，其中的结构调整包括：形状、厚度、材料调整。

一种消除扬声器安装支架共振的模态分析系统，包括：零件建模模块，用于通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型；组装建模模块，用于将所述扬声器模型、所述扬声器安装支架模型和所述车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型；有限元分析模块，用于对所述扬声器装配模型进行有限元分析；调整模块，用于根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述零件建模模块，用于通过CATIA软件绘制出所述扬声器安装支架、所述扬声器和所述车辆安装基座的三维模型；设置所述扬声器安装支架分别与所述扬声器、所述车辆安装基座的安装点的位置和数量；所述组装建模模块，用于基于所述安装点的位置和数量将所述扬声器、所述扬声器安装支架和所述车辆安装基座的三维模型配合安装，生成所述扬声器装配模型。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述有限元分析模块，用于通过CATIA软件对所述扬声器装配模型进行处理，自动生成扬声器有限元模型；其中，通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架、车辆安装基座赋予材料属性，所述材料属性包括：金属、塑料材料属性。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述有限元分析模块，用于通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架划分网格，并基于频率计算模型计算所述扬声器安装支架的固有频率；所述调整模块，用于将所述固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，判断差值是否超出预设的阈值，如果是，则确定扬声器安装支架满足要求，如果否，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述扬声器和/或所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述有限元分析模块，用于基于频率计算模型计算扬声器安装支架的10阶固有频率；

所述调整模块，用于将第一阶固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，如果差值未超出预设的阈值，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述扬声器和/或所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，结构调整包括：形状、厚度、材料调整。

本发明的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法和系统，基于CATIA软件进行频率分析，避免扬声器安装支架与扬声器发生共振，可解决扬声器安装支架与扬声器共振的问题，能够避免单凭经验设计金属扬声器安装支架而导致扬声器安装支架疲劳损坏的问题，避免了整车音质不良的风险，能够提高生产效率，减少生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法的一个流程示意图；

图2A和2B为通过本发明的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法对扬声器安装支架进行设计的示意图，其中，图2A为初始的设计图，图2B为调整后的设计图；

图3为根据本发明的消除扬声器安装支架共振的模态分析系统的一个模块示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

图1为根据本发明的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法的一个流程示意图，如图1所示：

步骤101，通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型。

步骤102，将扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型。

步骤103，对扬声器装配模型进行有限元分析，根据有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。

CATIA软件是法国达索公司的产品，可以帮助制造厂商设计产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。CATIA软件提供3D设计和模拟解决方案，并通过二次开发可以设置厂家需要的功能，例如，设计、有限元分析等。

在一个实施例中，通过CATIA软件绘制出扬声器安装支架、扬声器和车辆安装基座的三维模型。设置扬声器安装支架分别与扬声器、车辆安装基座的安装点的位置和数量。基于安装点的位置和数量将扬声器、扬声器安装支架和车辆安装基座的三维模型配合安装，生成扬声器装配模型。

通过CATIA软件对扬声器装配模型进行处理，自动生成扬声器有限元模型。通过CATIA软件对扬声器有限元模型中的扬声器安装支架、车辆安装基座赋予材料属性，材料属性包括：金属、塑料材料属性等。

通过CATIA软件对扬声器装配模型进行有限元分析，以及进行模态分析。模态分析方法能够在设计初期避免出现设计方面的缺陷，模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型，在设计初期能够预测扬声器支架固有频率，分析支架是否与扬声器会产生共振声。

有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟，有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元，用较简单的问题代替复杂问题后再求解，将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如不能发生共振）。

上述实施例中的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法，可以通过CATIA软件设计出金属扬声器安装支架的形状、与整车配合安装点、与扬声器配合安装点等，进入CATIA软件的频率分析模块，赋予金属支架材料，CATIA软件自动对金属支架模型进行网格刨分，手动更改网格尺寸保证模拟精度，并对扬声器安装支架进行整车安装环境模拟，添加边界条件，例如，整车安装固定点做夹紧固定，对扬声器固定点限制横向运动，从而进行有限元分析，获取扬声器安装支架的固有频率。

通过CATIA软件对扬声器有限元模型中的扬声器安装支架划分网格，并基于频率计算模型计算扬声器安装支架的固有频率。将固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，判断差值是否超出预设的阈值，如果是，则确定扬声器安装支架满足要求，即不容易产生共振现象，如果否，则对扬声器安装支架的结构以及扬声器安装支架与扬声器和/或车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，避免共振的发生。

扬声器的F0固有频率也称共振频率。扬声器阻抗曲线上，低频段出现一个阻抗最大值，此阻抗对应的频率称之为扬声器的共（谐）振频率，记为FO，即在阻抗曲线上扬声器阻抗模值随频率上升的第一个主峰对应的频率。

通过CATIA软件对扬声器有限元模型进行模态分析，得出扬声器安装支架固有频率。模态分析方法为现有的多种方法，可以获取扬声器安装支架的各阶的固有频率。基于频率计算模型计算扬声器安装支架的10阶固有频率。

将第一阶固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，如果差值未超出预设的阈值，则对扬声器安装支架的结构以及扬声器安装支架与扬声器和/或车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，结构调整包括：扬声器安装支架的形状、厚度、材料等调整。

通过CATIA软件进行全局计算分析出前10阶固有频率、振型及应力集中点，分析出支架的固有频率，通过调整形状、厚度、固定点以及材料使得一阶固有频率不得接近于扬声器F0，从而解决扬声器发声时与支架共振导致纯音不良问题，同时可避免支架疲劳损坏并提供了一种纯音检测方法。

扬声器安装支架在初始设计的形状、结构、安装点如图2A所示，设置了整车固定点21和扬声器固定点22，扬声器安装支架在初始设计时的固有频率如下表所示：

表1－扬声器安装支架在初始设计时的固有频率

通过CATIA软件对扬声器有限元模型进行模态分析，对扬声器安装支架的结构以及扬声器安装支架与扬声器和/或车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，可以避免设计金属支架与扬声器共振。

扬声器安装支架在初始设计时的一阶固有频率为134.873Hz，与扬声器F0：150±15%Hz（整车要求）相近，容易产生共振。为避免此问题增加一个整车固定点23，如图2B所示，扬声器安装支架调整后的固有频率如下表2所示，扬声器安装支架在调整后的一阶固有频率为239.904Hz，避开了扬声器F0，不容易发生共振。

表2－扬声器安装支架调整后的固有频率表

上述实施例中的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法，基于CATIA软件进行频率分析，避免金属支架与扬声器共振，通过固定支架与整车安装点检听而非固定扬声器检听。

本发明提供一种消除扬声器安装支架共振的模态分析系统，如图3所示，零件建模模块31通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型。组装建模模块32将扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型。

有限元分析模块33对扬声器装配模型进行有限元分析；调整模块34根据有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。

在一个实施例中，零件建模模块31通过CATIA软件绘制出扬声器安装支架、扬声器和车辆安装基座的三维模型，设置扬声器安装支架分别与扬声器、车辆安装基座的安装点的位置和数量。组装建模模块32基于安装点的位置和数量将扬声器、扬声器安装支架和车辆安装基座的三维模型配合安装，生成扬声器装配模型。

有限元分析模块33通过CATIA软件对扬声器装配模型进行处理，自动生成扬声器有限元模型。其中，通过CATIA软件对扬声器有限元模型中的扬声器安装支架、车辆安装基座赋予材料属性，材料属性包括：金属、塑料材料属性。

有限元分析模块33通过CATIA软件对扬声器有限元模型中的扬声器安装支架划分网格，并基于频率计算模型计算扬声器安装支架的固有频率。调整模块34将固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，判断差值是否超出预设的阈值，如果是，则确定扬声器安装支架满足要求，如果否，则对扬声器安装支架的结构以及扬声器安装支架与扬声器和/或车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整。

在一个实施例中，有限元分析模块33基于频率计算模型计算扬声器安装支架的10阶固有频率。调整模块34将第一阶固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，如果差值未超出预设的阈值，则对扬声器安装支架的结构以及扬声器安装支架与扬声器和/或车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，结构调整包括：形状、厚度、材料调整。

上述实施例提供的消除扬声器安装支架共振的模态分析方法和系统，基于CATIA软件进行频率分析，避免扬声器安装支架与扬声器共振，能够避免单凭经验设计金属支架而导致支架疲劳损坏的问题，避免了整车音质不良的风险，能够提高生产效率，减少生产成本。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种消除扬声器安装支架共振的模态分析方法，其特征在于，包括：

通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型；

将所述扬声器模型、所述扬声器安装支架模型和所述车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型；

对所述扬声器装配模型进行有限元分析，根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：

通过CATIA软件绘制出所述扬声器安装支架、所述扬声器和所述车辆安装基座的三维模型；

设置所述扬声器安装支架分别与所述扬声器、所述车辆安装基座的安装点的位置和数量；

基于所述安装点的位置和数量将所述扬声器、所述扬声器安装支架和所述车辆安装基座的三维模型配合安装，生成所述扬声器装配模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述扬声器装配模型进行有限元分析、根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整包括：

通过CATIA软件对所述扬声器装配模型进行处理，自动生成扬声器有限元模型；

其中，通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架、车辆安装基座赋予材料属性，所述材料属性包括：金属、塑料材料属性。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述扬声器装配模型进行有限元分析、根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整包括：

通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架划分网格，并基于频率计算模型计算所述扬声器安装支架的固有频率；

将所述固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，判断差值是否超出预设的阈值，如果是，则确定扬声器安装支架满足要求，如果否，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述扬声器和/或所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包括：

基于频率计算模型计算扬声器安装支架的10阶固有频率；将第一阶固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，如果差值未超出预设的阈值，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，其中的结构调整包括：形状、厚度、材料调整。

6.一种消除扬声器安装支架共振的模态分析系统，其特征在于，包括：

零件建模模块，用于通过CATIA软件生成扬声器模型、扬声器安装支架模型和车辆安装基座模型；

组装建模模块，用于将所述扬声器模型、所述扬声器安装支架模型和所述车辆安装基座模型组合安装为扬声器装配模型；

有限元分析模块，用于对所述扬声器装配模型进行有限元分析；

调整模块，用于根据所述有限元分析的结果对扬声器安装支架的结构以及其固定点进行调整，减少在扬声器发声时扬声器安装支架与扬声器产生的共振。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述零件建模模块，用于通过CATIA软件绘制出所述扬声器安装支架、所述扬声器和所述车辆安装基座的三维模型；设置所述扬声器安装支架分别与所述扬声器、所述车辆安装基座的安装点的位置和数量；

所述组装建模模块，用于基于所述安装点的位置和数量将所述扬声器、所述扬声器安装支架和所述车辆安装基座的三维模型配合安装，生成所述扬声器装配模型。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述有限元分析模块，用于通过CATIA软件对所述扬声器装配模型进行处理，自动生成扬声器有限元模型；其中，通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架、车辆安装基座赋予材料属性，所述材料属性包括：金属、塑料材料属性。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述有限元分析模块，用于通过CATIA软件对所述扬声器有限元模型中的扬声器安装支架划分网格，并基于频率计算模型计算所述扬声器安装支架的固有频率；

所述调整模块，用于将所述固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，判断差值是否超出预设的阈值，如果是，则确定扬声器安装支架满足要求，如果否，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述扬声器和/或所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：

所述有限元分析模块，用于基于频率计算模型计算扬声器安装支架的10阶固有频率；

所述调整模块，用于将第一阶固有频率和扬声器的F0固有频率进行对比，如果差值未超出预设的阈值，则对所述扬声器安装支架的结构以及所述扬声器安装支架与所述车辆安装基座的安装点的位置和数量进行调整，结构调整包括：形状、厚度、材料调整。