CN115803249A - 汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法 - Google Patents

汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法 Download PDF

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盐崎毅
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Abstract

本发明取得车身模型(200)(13)，在车身模型(200)上设定多个划分区域(15)，设定振动噪音降低对象板部件模型(17)，通过车身模型(200)的振动解析选定振动噪音降低对象板部件模型的振动模式和等效辐射功率的峰值频率(19)，变更一个或多个划分区域的重量取得振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率(21)，算出各划分区域的重量对取得的等效辐射功率的峰值频率的贡献度(S23)，基于各划分区域的重量的贡献度，确定使车身轻量化的部位(25)以降低来自汽车的板部件的振动噪音。

Description

汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法
技术领域
本发明涉及汽车的板部件(panel part)的振动噪音降低(reduction ofvibration and noise)解析装置及解析方法，特别涉及降低由来自汽车的起振源(vibration source and noise source)的振动引起的板部件的振动噪音，且确定能够使车身(automotive body)轻量化(weight reduction)的部位的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法。
背景技术
底板(floor panel)、前围下板(dash lower panel)及顶板(roof panel)等汽车的板部件是通过对钢板(steel sheet)、铝合金板(aluminum alloy sheet)或在它们上镀覆(plating)Zn合金(Zn alloy)等而成的板进行冲压成形(press forming)而制造的。这些板部件的振动(vibration)成为道路噪声(road noise)、轰鸣声(booming noise)的原因，使车室内噪音(internal vehicle noise)恶化。因此，车室内噪音的降低在提高汽车的静音性(silent property)、商品价值方面成为课题。
图2例示的具备构成车身骨架(body frame)的骨架部件(body frame parts)101和板部件103而成的汽车100中的板部件103的振动噪音的原因：(a)从汽车100的发动机105a或在行驶时从路面等经由轮胎105b输入的振动(b)在骨架部件101上传递，使(c)板部件103振动。
以往，作为降低(c)板部件103的振动噪音的技术，对该板部件赋予加强筋(bead)是有效的。并且，在非专利文献1中，公开了求出向作为振动噪音的降低对象的板部件赋予的加强筋的最佳位置的技术作为形貌优化(topography optimization)。然而，在重视外观性的汽车中，向顶板这样的外板部件(automobile outer panel part)直接赋予加强筋是困难的，另外，由于会与相邻的内板部件(automobile inner panel part)干涉，所以存在问题。结果，要求对处于汽车的振动传递路径(propagation path)的(b)骨架部件101实施对策。
因此，关于对汽车的振动传递路径的骨架部件实施对策来降低板部件的振动的技术，到目前为止也提出了若干方案。例如，在专利文献1中公开了如下技术：在由于发动机振动等而在车身骨架上产生共振(resonance)的情况下也抑制顶板的振动。专利文献1公开的技术中，在沿车身前后方向以规定的间隔设有多个的车顶弧拱(roof bow)上接合顶板的车身的车顶构造中，将某一个车顶弧拱和与该车顶弧拱相邻的至少一个车顶弧拱的车身宽度方向上的中央部的宽度形成得比其他车顶弧拱的宽度宽。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-186086号公报
非专利文献
非专利文献1：“构造最佳化设计软件Altair OptiStruct”，[online]，[2019年7月18日检索]，互联网<URL:https://www.terrabyte.co.jp/Hyper/OptiStruct-3.htm>
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1公开的技术存在由于将车顶弧拱的中央部形成为宽幅而重量大幅增加这样的问题，另外，如果较大地改变骨架部件的形状，则有时会与其他部件发生干涉而难以实现。因此，期望能够不较大地改变部件形状，在使车身轻量化的同时高效地降低板部件的振动噪音的技术。
本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供降低来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音且确定能够实现所述汽车的车身的轻量化的部位的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法。
用于解决课题的手段
本发明的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置，其降低由来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音，并且且确定能够进行所述汽车的车身的轻量化的部位，其中，汽车的板部件的振动噪音降低解析装置具备：车身模型取得部，其取得车身模型(automotive body model)，所述车身模型具备用网格(mesh model)将构成所述汽车的车身的骨架部件和板部件中的各自模型化而成的骨架部件模型(body frame part model)和板部件模型(panel part model)，并设定有输入来自所述起振源的振动的激振部(excitation position)；划分区域设定部，其在该车身模型上设定基于所述骨架部件模型及所述板部件模型划分的多个划分区域(divided region)；振动噪音降低对象板部件模型设定部，其根据来自操作者的指示，将所述板部件模型中的设为振动噪音的降低对象的板部件模型作为振动噪音降低对象板部件模型设定于所述车身模型；振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部，其使用所述车身模型进行振动解析(vibration analysis)，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为(vibration behavior)和作为振动噪音的指标的等效辐射功率(equivalent radiated power)的频率特性(frequency characteristic)，选定对振动噪音的贡献较大的振动模式(vibration mode)和与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率(peak frequency)；划分区域重量变更峰值频率取得部，其变更所述车身模型中的一个或多个划分区域的重量(weight)，按所述车身模型中的所述划分区域的重量的组合进行振动解析，取得在进行基于所述振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部的处理而选定的振动模式下的所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率；划分区域重量贡献度算出部，其进行将所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率作为目的变量(objective variable)并将所述划分区域的重量作为解释变量(explanatory variable)的多变量解析(multivariate analysis)，算出所述划分区域的重量对所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度(degreeof contribution)；以及振动噪音降低轻量化部位确定部，其基于该算出的所述各划分区域的贡献度，确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低来自设为振动噪音的降低对象的所述板部件的振动噪音。
本发明的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法，为降低由来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音且确定能够实现所述汽车的车身的轻量化的部位而使计算机进行以下各步骤，该方法包括：车身模型取得步骤，取得车身模型，所述车身模型具备用网格将构成所述汽车的车身的骨架部件和板部件中的各自模型化而成的骨架部件模型和板部件模型，并设定有输入来自所述起振源的振动的激振部；划分区域设定步骤，在该车身模型上设定基于所述骨架部件模型及所述板部件模型划分的多个划分区域；振动噪音降低对象板部件模型设定步骤，将所述板部件模型中的设为振动噪音的降低对象的板部件模型作为振动噪音降低对象板部件模型设定于所述车身模型；振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤，使用所述车身模型进行振动解析，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为和作为振动噪音的指标的等效辐射功率的频率特性，选定对振动噪音的贡献较大的振动模式和与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率；划分区域重量变更峰值频率取得步骤，变更所述车身模型中的一个或多个划分区域的重量，按所述车身模型中的所述划分区域的重量的组合进行振动解析，取得在进行基于所述振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤的处理而选定的振动模式下的所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率；划分区域重量贡献度算出步骤，进行将所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率作为目的变量并将所述划分区域的重量作为解释变量的多变量解析，算出所述划分区域的重量对所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度；以及振动噪音降低轻量化部位确定步骤，基于该算出的所述各划分区域的贡献度，确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低来自设为振动噪音的降低对象的所述板部件的振动噪音。
也可以是，在所述划分区域重量贡献度算出步骤中，导出所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与所述各划分区域的重量的关系式，在该导出的关系式中变更并赋予至少一个以上所述各划分区域的重量从而预测所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率，并确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低由来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音。
也可以是，在所述划分区域重量贡献度算出步骤中，导出所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与所述各划分区域的重量的关系式，选择想算出板厚的一个划分区域，向所述导出的关系式赋予除去该一个划分区域的其他划分区域的重量和所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率，算出所述选择的一个划分区域的重量，基于该算出的所述一个划分区域的重量算出构成该一个划分区域的所述骨架部件模型和/或板部件模型的板厚。
也可以是，在利用所述关系式算出所述选择的一个划分区域的重量时，向所述关系式赋予修正值并算出所述一个划分区域的重量，所述修正值修正该一个划分区域的重量的变化给所述等效辐射功率的峰值频率带来的影响。
发明的效果
根据本发明，通过算出在车身模型中设定的划分区域的重量对设为振动噪音的降低对象的板部件所对应的板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度，基于该算出的贡献度在所述汽车的车身中进行轻量化，从而能够确定对来自板部件的振动噪音的降低有贡献的部位，能够兼顾来自板部件的振动噪音的降低和车身的轻量化。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置的框图。
图2是说明作为本发明的课题的从汽车的起振源传递的振动所引起的板部件的振动噪音的图。
图3是示出在本发明的实施方式1～实施方式3中设为解析对象的车身模型的一例的图。
图4是从上方观察在本发明的实施方式1～实施方式3中设为解析对象并具备骨架部件模型和板部件模型的车身模型得到的立体图。
图5是从下方观察在本发明的实施方式1～实施方式3中设为解析对象并具备骨架部件模型和板部件模型的车身模型得到的立体图。
图6是从上方观察在本发明的实施方式1～实施方式3中设定有划分区域的车身模型得到的立体图。
图7是从下方观察在本发明的实施方式中设定有划分区域的车身模型得到的立体图。
图8是示出在本发明的实施方式1～实施方式3中车身模型产生的振动的位移的一例的图。
图9是示出在本发明的实施方式1～实施方式3中车身模型的中地板模型(middlefloor model)的等效辐射功率的频率特性的一例的图。
图10是示出本发明的实施方式1的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法的处理的流程的流程图。
具体实施方式
在说明本发明的实施方式的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法之前，说明在本发明中设为解析对象的汽车。
<设为对象的汽车>
如图2所示，在本发明中设为解析对象的汽车100具有骨架部件101及板部件103、向汽车100的车身赋予振动(周期性的载荷)的起振源105。
骨架部件101是构成汽车的车身骨架的部件，例示上边梁(roof rail)、A柱(A-pillar)、B柱(B-pillar)、C柱(C-pillar)、侧梁(side sill)等。板部件103是作为薄板构造(sheet structure)的部件的外板(outer panel)、内板(inner panel)，例示顶板(roofpanel)、底板(例如中地板(middle floor)、后地板(rear floor))等。起振源105例示发动机105a、轮胎105b等，在汽车的行驶时，来自路面(road surface)的振动经由轮胎105b输入到前悬架(front suspension)安装部(mounting part)106、后悬架(rear suspension)安装部107等激振部。
以下说明的本发明的实施方式1～实施方式3关于将汽车100的中地板103a设为作为振动噪音的降低对象的板部件的例子。不过，本发明也可以将其他板部件(车顶或后地板)设为振动噪音的降低对象。
[实施方式1]
<汽车的板部件的振动噪音降低解析装置>
以下说明本发明的实施方式1的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置(以下，仅称为“振动噪音降低解析装置”。)的结构。
本实施方式的振动噪音降低解析装置1是降低由来自汽车100(图2)中的起振源105的振动引起的来自板部件103的振动噪音，且确定能够实现汽车100的车身的轻量化的部位的装置。如图1例示地，振动噪音降低解析装置1由PC(个人计算机)等构成，具有显示装置(display device)3、输入装置(input device)5、存储装置(memory storage)7、作业用数据存储器(working data memory)9及运算处理部(arithmetic processing unit)11。
并且，显示装置3、输入装置5、存储装置7及作业用数据存储器9与运算处理部11连接，根据来自运算处理部11的指令执行各自的功能。以下，将把中地板103a设为振动噪音的降低对象的情况作为一例，说明振动噪音降低解析装置1的各结构，所述中地板103a是汽车100的板部件103之一。
《显示装置》
显示装置3在解析结果的显示等中使用，由液晶监视器(LCD monitor)等构成。
《输入装置》
输入装置5用于车身模型文件30的显示指示、操作者的条件输入等，由键盘、鼠标等构成。
《存储装置》
存储装置7用于车身模型文件30等各种文件的存储等，由硬盘等构成。
车身模型200(参照图3)具备用网格(平面要素(two-dimensional element)和/或立体要素(three-dimensional element))将构成车身骨架构造(vehicle body skeletonfor automobile)的多个骨架部件模型化而成的多个骨架部件模型、用网格(平面要素)将板部件模型化而成的板部件模型，并设定有供来自汽车的起振源的振动输入的激振部。而且，车身模型文件30保存有车身模型200的各种信息，作为各种信息，保存有与骨架部件模型及板部件模型的要素(element)及节点(node)相关的信息、与材料特性(materialproperty)相关的信息等。
《作业用数据存储器》
作业用数据存储器9用于在运算处理部11中使用的数据的暂时保存(存储)、运算，由RAM(Random Access Memory)等构成。
《运算处理部》
如图1所示，运算处理部11具备车身模型取得部13、划分区域设定部15、振动噪音降低对象板部件模型设定部17、振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19、划分区域重量变更峰值频率取得部21、划分区域重量贡献度算出部23及振动噪音降低轻量化部位确定部25，由PC等CPU(中央运算处理装置(central processing unit))构成。这些各部通过CPU执行规定的程序而发挥作用。以下说明运算处理部11中的上述各部的功能。
(车身模型取得部)
车身模型取得部13取得车身模型200，所述车身模型200具备用网格(平面要素和/或立体要素)将汽车100的骨架部件101和板部件103(图2)各自模型化而成的骨架部件模型和板部件模型，并且设定有激振部。
在图3～图5中示出具备骨架部件模型和板部件模型的车身模型200的一例。
作为骨架部件模型的例子，具备上边梁模型201、A柱模型203、B柱模型205、C柱模型207、中地板梁(middle floor member)模型209、后地板纵梁(rear floor side member)模型211及后地板横梁(rear floor cross member)模型213，它们用平面要素和/或立体要素模型化。
作为板部件模型的例子，除了在本实施方式中设为振动噪音的降低对象的中地板所对应的中地板模型221之外，还具备车顶模型223、后地板模型225，他们用平面要素模型化。作为激振部的例子，具备供来自汽车的轮胎的振动输入的后悬架安装部107所对应的激振部231。
能够通过从存储于存储装置7的车身模型文件30读入要素信息、材料特性信息从而取得车身模型200。需要说明的是，车身模型200中的激振部231可以将预先设定于车身模型200的信息保存于车身模型文件30，也可以在从车身模型文件30读入车身模型200后根据操作者的指示设定于车身模型200。
(划分区域设定部)
划分区域设定部15在车身模型200中设定基于骨架部件模型及板部件模型划分的多个划分区域。
在图6及图7中示出在车身模型200上设定有12个划分区域D1～D12的例子。D1.车顶是利用车顶模型223划分的划分区域。D2.上边梁是利用上边梁模型201划分的划分区域。D3.后围侧板(rear quarter side)是利用轮罩(wheel house)模型247和内侧围板(quarterinner)模型245划分的划分区域。D4.后围上板(rear quarter upper)是利用后围上盖板(upper back panel)模型241划分的划分区域。D5.行李舱(trunk room)开口部(opening)是利用后围下盖板(lower back panel)模型243划分的划分区域。D6.B柱是利用B柱模型205划分的划分区域。
D7.后地板是利用后地板模型225划分的划分区域。D8.中地板是利用中地板模型221划分的划分区域。D9.A柱是利用A柱模型203划分的划分区域。D10.中地板梁是利用中地板梁模型209划分的划分区域。D11.后地板纵梁是利用后地板纵梁模型211划分的划分区域。D12.后地板横梁是利用后地板横梁模型213划分的划分区域。
D1.车顶、D7.后地板、D8.中地板均为仅用板部件模型划分的划分区域。D2.上边梁、D6.B柱、D9.A柱、D10.中地板梁、D11.后地板纵梁、D12.后地板横梁均为仅用骨架部件模型划分的划分区域。D3.后围侧板、D4.后围上板、D5.行李舱开口部均为包括板部件模型和骨架部件模型的划分区域。
利用划分区域设定部15在车身模型200中设定的划分区域可以如上所述设为考虑了制造车身的工序的ASSY单位(assembly unit)、骨架部件模型单位、板部件模型单位。或者，也可以使用敏感性解析(sensitivity analysis)等CAE(computer aidedengineering)解析方法(analysis method)在车身模型200中设定划分区域。
(振动噪音降低对象设定部)
振动噪音降低对象板部件模型设定部17根据来自操作者的指示，将板部件模型中的设为振动噪音的降低对象的板部件模型作为振动噪音降低对象板部件模型，设定于车身模型200。在本实施方式中，将汽车100的中地板103a(图2)设为振动噪音的降低对象，将车身模型200中的板部件模型中的中地板模型221(图5)设定为振动噪音降低对象板部件模型。
(振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部)
振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19使用车身模型200进行振动解析，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为和作为振动噪音的指标的等效辐射功率的频率特性。然后，振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19选定对振动噪音的贡献较大的振动模式和与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率。
作为振动解析，例如，可以应用频率响应解析(frequency response analysis)、振动模式解析或振动能量(vibration energy)解析。
通过振动解析求出的振动噪音降低对象板部件模型的振动行为中，按固有频率(natural frequency)存在振动模式，由振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19选定的振动模式设为对振动噪音的贡献较大的振动模式即可。
另外，等效辐射功率是表示从振动的板面辐射的声学特性(acousticcharacteristic)的指标，与辐射声响的板面的面积和该板面的振动速度(vibrationspeed)的平方之积成比例。因此，振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19使用以下的式(1)算出振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率。
[数学式1]
ERP＝η＊(1/2)C＊RHO＊∑(Ai＊vi 2)···(1)
在式(1)中，η是辐射损失系数(radiation loss coefficient)，C是音速(acoustic wave velocity)，RHO是振动噪音降低对象板部件模型的材料密度，Ai是振动噪音降低对象板部件模型中的网格i的面积，vi是网格i的振动速度。然后，振动速度vi赋予通过振动解析对各网格i求出的值。
在图8中示出在车身模型200上产生的振动的位移，在图9中示出中地板模型221的等效辐射功率的频率特性的结果的一例。在本实施方式中，如图8所示，选定了中地板模型221的中央部较大地振动(位移较大)的一次振动模式(the primary vibration mode)。然后，根据图9选定了与该选定的振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率(＝39.6Hz)。
(划分区域重量变更峰值频率取得部)
划分区域重量变更峰值频率取得部21变更车身模型200中的一个或多个划分区域的重量，按划分区域的重量的组合进行振动解析。然后，划分区域重量变更峰值频率取得部21取得在进行基于振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19的处理而选定的振动模式下的振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率。在表1中示出变更车身模型200中的一个或多个划分区域的重量而成的组合(水准)的一例。
[表1]
(表1)
Figure BDA0004012801600000121
水准1是对于划分区域D1～划分区域D12中的任一个都不变更重量的组合。水准2～水准11是使任一个划分区域的重量变化而成的组合。水准12～水准22是使多个划分区域的重量同时变化而成的组合。另外，在表1中的各划分区域一栏中记载的数值是以原来的车身模型200中的各划分区域的重量为基准的重量比。例如，水准2是将划分区域D1.车顶的重量设为原来的车身模型200中的D1.车顶的重量的0.75倍。
划分区域的重量的组合的水准数是在车身模型200上设定的划分区域的总数以上即可，可以对于在车身模型上设定的划分区域用总组合设定，也可以使用实验设计法(experimental design)高效地设定。
(划分区域重量贡献度算出部)
划分区域重量贡献度算出部23进行将振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率作为目的变量并将划分区域的重量作为解释变量的多变量解析。然后，划分区域重量贡献度算出部23算出划分区域的重量对于振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度。
在多变量解析中使用的回归模型(regression model)(关系式)用作为目的变量的峰值频率(Y)和作为解释变量的划分区域Di的重量(Mi)表示即可，例如，能够列举以下的式(2)。需要说明的是，如式(3)中示出地，式(2)中的Mi是以变更重量前的划分区域Di的重量ρa为基准的划分区域Di的重量的倍率。另外，Mi也可以设为以变更重量前的划分区域Di的密度(density)ρa为基准的划分区域Di的密度ρb的倍率。
[数学式2]
Figure BDA0004012801600000131
然后，划分区域重量贡献度算出部23将通过多变量解析求出的关系式(式(2))中的偏回归系数(partial regression coefficient)Ai的值作为各划分区域Di对峰值频率的贡献度算出。
需要说明的是，多变量解析中的回归模型是目的变量(Y)用解释变量(Mi)的线性和(linear combination)表记的形式即可，例如可以使用以下的式(4)或式(5)。
[数学式3]
Figure BDA0004012801600000141
另外，在利用划分区域重量贡献度算出部23算出回归模型(式(2)、式(4)、式(5)等)中的偏回归系数Ai时，可以算出决定系数(coefficient of determination)或自由度调整完毕决定系数(adjusted R-square)。决定系数或自由度调整完毕决定系数是表示将解释变量代入回归模型并推定的目的变量的拟合的良好度(程度)的指标。在本实施方式中，如果自由度调整完毕决定系数为0.90以上，则在利用划分区域的重量Mi推定的峰值频率Y的推定中，回归模型的拟合充分地良好。
(振动噪音降低轻量化部位确定部)
振动噪音降低轻量化部位确定部25基于利用划分区域重量贡献度算出部23求出的各划分区域的贡献度，确定汽车的车身中的待轻量化的部位以降低设为振动噪音的降低对象的板部件的振动噪音。即，振动噪音降低轻量化部位确定部25将通过多变量解析求出的关系式(例如式(2))的偏回归系数Ai的值较大的划分区域Di所对应的汽车中的部位确定为待轻量化的部位以降低设为振动噪音的降低对象的板部件的振动噪音。
对于按这种方式确定的进行轻量化的部位，例如将包含于该部位的骨架部件和/或板部件的板厚减薄即可。然后，通过按这种方式进行轻量化，从而来自将振动噪音设为降低对象的板部件的振动噪音的峰值频率变高，能够防止与来自起振源的振动的共振，另外，能够离开人容易感觉到的音域(frequency band)，能够降低来自所述板部件的振动噪音。
<汽车的板部件的振动噪音降低解析方法>
以下说明本发明的实施方式1的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法(以下，仅称为“振动噪音降低解析方法”。)的结构。
本发明的实施方式的振动噪音降低解析方法降低如图2所示具备骨架部件和板部件的汽车中的由来自起振源的振动引起的板部件的振动噪音，且确定能够进行所述汽车的车身的轻量化的部位。如图10所示，振动噪音降低解析方法包括车身模型取得步骤S1、划分区域设定步骤S3、振动噪音降低对象板部件模型设定步骤S5、振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤S7、划分区域重量变更峰值频率取得步骤S9、划分区域重量贡献度算出步骤S11及振动噪音降低轻量化部位确定步骤S13。以下，基于图10说明上述各步骤。需要说明的是，在以下的说明中，上述各步骤均使用由计算机构成的本发明的实施方式1的振动噪音降低解析装置1(图1)执行。
《车身模型取得步骤》
如图3～图5中作为一例示出地，车身模型取得步骤S1是取得车身模型200的步骤，所述车身模型200具备用网格(平面要素和/或立体要素)将汽车100(图2)的骨架部件101和板部件103(图2)中的各自模型化而成的骨架部件模型和板部件模型，并且设定有供来自起振源的振动输入的激振部。在本实施方式中，车身模型取得步骤S1由振动噪音降低解析装置1的车身模型取得部13进行。
《划分区域设定步骤》
划分区域设定步骤S3是在车身模型200中设定基于骨架部件模型及板部件模型划分的多个划分区域的步骤。在本实施方式中，划分区域设定步骤S3由振动噪音降低解析装置1的划分区域设定部15进行。
在划分区域设定步骤S3中设定的车身模型200的划分区域可以设为考虑了制造车身的工序的ASSY单位、骨架部件模型或板部件模型单位。或者，也可以使用敏感性解析等CAE解析方法在车身模型200中设定划分区域。
《振动噪音降低对象板部件模型设定步骤》
振动噪音降低对象板部件模型设定步骤S5是将车身模型200中的板部件模型中的设为振动噪音的降低对象的板部件模型设定为振动噪音降低对象板部件模型的步骤。在本实施方式中，振动噪音降低对象板部件模型设定步骤S5由振动噪音降低解析装置1的振动噪音降低对象板部件模型设定部17进行。
《振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤》
振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤S7是使用车身模型200进行振动解析，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为和作为振动噪音的指标的等效辐射功率的频率特性，并选定对振动噪音的贡献较大的振动模式和与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率的步骤。在本实施方式中，振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤S7由振动噪音降低解析装置1的振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部19进行。
作为振动解析，例如能够通过应用频率响应解析、振动模式解析、振动能量解析，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为。通过振动解析求出的振动噪音降低对象板部件模型的振动行为中，按固有频率存在振动模式，在振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤S7中，选定对振动噪音的贡献较大的振动模式。例如，可以选定振动噪音降低对象板部件模型的中央部较大地振动的一次振动模式。
另外，基于通过振动解析求出的振动噪音降低对象板部件模型的振动行为的结果，根据上述式(1)算出等效辐射功率。
《划分区域重量变更峰值频率取得步骤》
划分区域重量变更峰值频率取得步骤S9是变更车身模型200中的一个或多个划分区域的重量，按划分区域的重量的组合进行振动解析，取得在进行基于振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定步骤S7的处理而选定的振动模式下的振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的步骤。在本实施方式1中，划分区域重量变更峰值频率取得步骤S9由振动噪音降低解析装置1的划分区域重量变更峰值频率取得部21进行。
变更车身模型200中的一个或多个划分区域的重量是指对一个划分区域变更重量或对多个划分区域同时变更重量。
并且，车身模型中的划分区域的重量的组合的水准数是在车身模型200上设定的划分区域的总数以上即可，可以对于划分区域用总组合设定，也可以使用实验设计法高效地设定。
《划分区域重量贡献度算出步骤》
划分区域重量贡献度算出步骤S11是进行将振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率作为目的变量并将划分区域的重量作为解释变量的多变量解析，算出划分区域的重量对振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度的步骤。在本实施方式1中，划分区域重量贡献度算出步骤S11由振动噪音降低解析装置1的划分区域重量贡献度算出部23进行。
通过多变量解析导出的关系式(回归模型)用作为目的变量的峰值频率(Y)和作为解释变量的划分区域Di的重量(Mi)表示即可，例如，能够列举上述式(2)、式(4)或式(5)。
然后，划分区域重量贡献度算出部23取得通过多变量解析求出的式(2)、式(4)或式(5)中的偏回归系数Ai作为各划分区域Di对峰值频率的贡献度。
另外，在划分区域重量贡献度算出步骤S11中算出回归模型(式(2)、式(4)、式(5)等)中的偏回归系数Ai时，如果自由度调整完毕决定系数为0.90以上，则在基于划分区域的重量的等效辐射功率的峰值频率的推定中，回归模型的拟合充分地良好。
《振动噪音降低轻量化部位确定步骤》
振动噪音降低轻量化部位确定步骤S13是基于利用划分区域重量贡献度算出步骤S11算出的各划分区域的贡献度，确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低来自设为振动噪音的降低对象的所述板部件的振动噪音的步骤。在本实施方式1中，振动噪音降低轻量化部位确定步骤S13由振动噪音降低解析装置1的振动噪音降低轻量化部位确定部25进行。
具体而言，振动噪音降低轻量化部位确定部25将通过划分区域重量贡献度算出步骤S11中的多变量解析求出的关系式(式(2)等)的偏回归系数Ai的值较大的划分区域Di所对应的汽车中的部位确定为车身中的待轻量化的部位以降低振动噪音。
然后，作为确定出的部位的轻量化，例如将构成该部位的骨架部件和/或板部件的板厚减薄并减轻重量即可。然后，通过实施这种对策，从而能够提高来自将振动噪音设为降低对象的板部件的振动噪音的峰值频率，防止与来自起振源的振动的共振，另外，通过离开人容易感觉到的音域，从而能够降低振动噪音。
[实施方式2]
本发明的实施方式2的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法在上述本发明的实施方式1的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法的划分区域重量贡献度算出步骤S11中导出所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与所述各划分区域的重量的关系式，在该导出的关系式中相对于关系式导出时变更并赋予至少一个以上所述各划分区域的重量并预测所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率，确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音。
由此，通过变更预先在车身模型中设定的一个或多个划分区域的重量，预先进行一次求出振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的频率特性的振动解析而求出关系式，从而能够通过减小汽车的包括骨架部件或板部件的部位的重量，容易地得到能够何种程度提高等效辐射功率的峰值频率的指标，所述等效辐射功率的峰值频率成为来自设为振动噪音的降低对象的板部件的振动噪音的指标。
需要说明的是，振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与在车身模型中设定的划分区域的重量的关系式可以是在上述实施方式1中示出的式(2)、式(4)、式(5)中的任一个，不特别限定。
[实施方式3]
本发明的实施方式3的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法在上述实施方式1的划分区域重量贡献度算出步骤S11中导出所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与所述各划分区域的重量的关系式，对于想使用该导出的关系式算出板厚的一个划分区域，赋予其他划分区域的重量和所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率，算出所述一个划分区域的重量，基于该算出的所述一个划分区域的重量，算出构成该一个划分区域的所述骨架部件模型和/或板部件模型的板厚。
这样，通过使用等效辐射功率的峰值频率与划分区域的重量的关系式，不仅容易选定作为振动噪音的降低对策进行轻量化的一个或多个部位，而且能够推定作为振动噪音的降低对策减小汽车的车身中的一个或多个部位的重量而带来的等效辐射功率的峰值频率的提高效果，能够容易地进行达成了来自板部件的振动噪音的降低和汽车的轻量化双方的车身设计(car-body design)。
需要说明的是，与上述实施方式2同样地，等效辐射功率的峰值频率与在车身模型中设定的划分区域的重量的关系式可以是振动噪音降低对象板部件模型的上述实施方式1中示出的式(2)、式(4)、式(5)中的任一个，不特别限定。
不过，向关系式赋予的等效辐射功率的峰值频率与使用变更各划分区域的重量前的车身模型求出的等效辐射功率的峰值频率相比过高的情况下，伴随着划分区域的重量变更的刚性(rigidity)的变化(例如将板厚过度减薄而部件的刚性下降等)给振动噪音降低对象板部件模型的振动行为造成过大的影响，式(2)等关系式中的等效辐射功率的峰值频率(Y)与划分区域的重量(Mi)的相关(correlation)(预测值的精度)有时会下降。
因此，作为本实施方式3的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法的其他方案，优选向式(6)赋予等效辐射功率的峰值频率和除去已算出板厚的一个划分区域的其他划分区域的重量，来算出一个划分区域的重量，所述式(6)为向作为等效辐射功率的峰值频率与划分区域的重量的关系式的式(2)赋予修正值(correction value)αi而成，所述修正值修正变更重量的划分区域Di的轻量化对等效辐射功率的峰值频率的影响。在该情况下，可以求出预先变更多个划分区域的板厚并根据关系式算出的预测值与通过振动解析得到的计算值的残差平方和(residual sum of squares)成为最小的修正值αi并设定。
[数学式4]
Y＝A0+∑Ai×log2(1/αiMi)…(6)
优选的是，利用上述方法等，按为了求出重量而选择的每一个划分区域求出修正值αi。在式(6)中，关于其他划分区域的重量，可以不修正而赋予αi＝1，关于赋予较大地变更的重量的其他划分区域，可以适当赋予修正值αi。
这样，根据本实施方式3的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法的其他方案，能够考虑减小了实施振动噪音的降低对策的部位的重量所导致的刚性的变化，高精度地推算该部位的板厚，达成板部件的振动噪音的降低和车身的轻量化双方。
实施例
由于进行了用于验证本发明的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法的效果的数值实验，所以以下对此进行说明。
在数值实验中，如图3～图5所示，将车身模型200设为解析对象，所述车身模型200具备用网格(平面要素和/或立体要素)将汽车100的骨架部件101和板部件103(图2)各自模型化而成的板部件模型和骨架部件模型，并且将与汽车100的后悬架安装部107(图2)对应的部位设定为激振部231。然后，将汽车100的中地板103a设为振动噪音的降低对象，将车身模型200中的中地板模型221设为振动噪音降低对象板部件模型。需要说明的是，在车身模型200中的骨架部件模型及板部件模型中均设定有表2所示的物性值。
[表2]
(表2)
材料 杨氏模量(GPa) 密度(g/cm<sup>3</sup>)
钢 210 7.89
并且，如图6及图7所示，对车身模型200设定有划分区域D1～D12。关于构成各划分区域D1～D12的骨架部件模型及板部件模型，如在实施方式1中叙述地。然后，作为用于进行来自汽车100的中地板103a的振动噪音的降低和车身的轻量化的解析，进行A.振动噪音降低轻量化部位的确定、B.车身模型中的中地板模型的等效辐射功率的峰值频率的预测以及C.振动噪音降低轻量化部位的板厚的算出。以下，按顺序说明A～C。
[A.振动噪音降低轻量化部位的确定]
确定了作为对车身模型200的中地板模型221的振动噪音的降低有贡献的划分区域的、使汽车中的车身轻量化的部位。首先，使用车身模型200进行频率响应解析，求出中地板模型的振动行为和等效辐射功率的频率特性。然后，根据振动解析的结果，如在上述实施方式1中示出地，选定中地板模型的中央部较大地振动的振动模式，取得与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率。
接着，变更一个或多个划分区域D1～D12的重量，进行频率响应解析，按划分区域的重量的组合求出等效辐射功率的峰值频率。在此，划分区域D1～D12的重量的组合的水准数设为52。在上述表1中示出划分区域的重量的组合的一部分。
然后，将基于振动解析的结果求出的等效辐射功率的峰值频率(Y)作为目的变量，将划分区域Di的重量(Mi)作为解释变量，进行多变量解析，求出等效辐射功率的峰值频率Y与划分区域的重量Mi的关系式。在此，进行多重回归解析作为多变量解析，在回归模型中使用式(2)。在式(7)中示出通过多变量解析求出的关系式。另外，在表3中一并示出式(7)中的偏回归系数Ai、通过多变量解析求出的标准偏回归系数(standard partial regressioncoefficient)。
[数学式5]
Figure BDA0004012801600000221
[表3]
(表3)
Figure BDA0004012801600000222
根据式(7)及表3可知：偏回归系数Ai的值较大的划分区域D8(中地板，A8＝1.81)和划分区域D10(中地板梁，A10＝3.57)的重量对于中地板模型221的等效辐射功率的峰值频率的贡献度较大。
与此相对，可知：偏回归系数的值较小的划分区域例如D1(车顶，A1＝-0.07)、D11(后地板纵梁，A11＝0.001)的重量对于中地板模型221的等效辐射功率的峰值频率的贡献度较小。
根据以上的结果，能够将与划分区域D8.中地板及划分区域D10.中地板梁中的各自对应的车身中的部位确定为作为振动噪音的降低对策进行轻量化的部位。
[B.等效辐射功率的峰值频率的预测]
接着，进行等效辐射功率的峰值频率的预测。作为等效辐射功率的峰值频率与划分区域的重量的关系式，使用上述式(7)。然后，变更车身模型200(参照图4及图5)中的作为对中地板模型221的等效辐射功率的峰值频率的贡献较高的划分区域的D10.中地板梁和作为贡献较低的划分区域的D11.后地板纵梁中的每一个的重量，求出等效辐射功率的峰值频率(预测值)。另一方面，作为比较对象，对变更了划分区域D10.中地板梁或划分区域D11.后地板纵梁的重量而成的车身模型200进行频率响应解析，求出中地板模型221的等效辐射功率的频率响应，求出成为中地板模型221的中央部较大地变形的振动模式(一次模式(theprimary vibration mode))的峰值频率(计算值)。在表4中示出划分区域D10.中地板梁及划分区域D11.后地板纵梁的重量和利用式(7)预测峰值频率得到的结果(预测值)。另外，在表4中也一并示出使用原来的车身模型200求出中地板模型221的等效辐射功率的峰值频率得到的结果(计算值)。
[表4]
(表4)
Figure BDA0004012801600000231
在表4中，No.1是使用原来的车身模型200进行频率响应解析的情况，No.2是将划分区域D11.后地板梁的重量设为0.5倍的情况，No.3是将划分区域D10.中地板梁的重量设为0.5倍的情况。
如表4所示，利用式(7)求出的等效辐射功率的峰值频率的预测值的结果与通过振动解析对车身模型200求出的等效辐射功率的峰值频率的计算值大致相等。
在变更贡献度较低的划分区域D1后地板纵梁的重量(0.5倍)的情况下(No.2)，等效辐射功率的峰值频率的预测值及计算值均与变更后地板纵梁的重量前的车身模型200的通过振动解析求出的等效辐射功率的峰值频率大致同等。
另一方面，在变更贡献度较高的划分区域D10.中地板梁的重量的情况下，等效辐射功率的峰值频率的预测值及计算值的结果均比原来的车身模型的峰值频率高3.2Hz及3.5Hz。
由此也示出：即使变更对中地板模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度较低的D11.后地板纵梁的重量，振动噪音的峰值频率也大致不变，与此相对，通过将贡献度较高的D10.中地板梁的重量设为0.5倍，能够将峰值频率提高3Hz以上，能够达成车身的轻量化和振动噪音的降低双方。
[振动噪音降低轻量化部位的板厚的算出]
接着，研究板厚对振动噪音降低轻量化部位的峰值频率的影响。在此，使用上述式(7)作为等效辐射功率的峰值频率与划分区域的重量的关系式，预测了变更划分区域D10.中地板梁模型的板厚时的中地板模型221(参照图4及图5)的等效辐射功率的峰值频率。并且，对于赋予了考虑刚性变化的修正值α的情况，也预测了峰值频率，所述刚性变化由对划分区域D10.中地板梁模型进行轻量化导致。在表5中示出峰值频率的预测值和计算值。
[表5]
(表5)
Figure BDA0004012801600000241
在表5中，No.1是设为原来的车身模型200中的D10.中地板梁的重量的情况，No.4及No.5分别是将构成划分区域D10.中地板梁的部件的板厚从1.2mm减薄至0.9mm及0.8mm而轻量化的情况。
根据表5，通过变更划分区域D10.中地板梁的板厚，从而峰值频率的预测值和计算值均比原来的车身高，越减薄板厚，即越减少重量，峰值频率变得越高。另外，关于预测值，通过赋予由上述式(6)的轻量化导致的刚性变化的修正值αi，从而接近计算值，成为良好的结果。
上述结果是变更振动噪音降低对象板部件模型的对振动噪音的贡献度较大的划分区域的板厚而求出峰值频率，但即使在赋予峰值频率并求出划分区域的板厚的情况下，也能够以满足规定的峰值频率的方式求出板厚，能够达成振动噪音的降低和轻量化。并且，通过赋予与由划分区域的重量变更导致的刚性变化相关的修正值，从而能够更高精度地推算划分区域的板厚。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供降低来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音且确定能够实现所述汽车的车身的轻量化的部位的汽车的板部件的振动噪音降低解析装置及解析方法。
附图标记的说明
1 振动噪音降低解析装置
3 显示装置
5 输入装置
7 存储装置
9 作业用数据存储器
11 运算处理部
13 车身模型取得部
15 划分区域设定部
17 振动噪音降低对象板部件模型设定部
19 振动模式〃等效辐射功率峰值频率选定部
21 划分区域重量变更峰值频率取得部
23 划分区域重量贡献度算出部
25 振动噪音降低轻量化部位确定部
30 车身模型文件
100 汽车
101 骨架部件
103 板部件
103a 中地板
105 起振源
105a 发动机
105b 轮胎
106 前悬架安装部
107 后悬架安装部
200 车身模型
201 上边梁模型
203 A柱模型
205 B柱模型
207 C柱模型
209 中地板梁模型
211 后地板纵梁模型
213 后地板横梁模型
221 中地板模型
223 车顶模型
225 后地板模型
231 激振部
241 后围上盖板模型
243 后围下盖板模型
245 内侧围板模型
247 轮罩模型

Claims (5)

1.汽车的板部件的振动噪音降低解析装置，其降低由来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音，并且确定能够实现所述汽车的车身的轻量化的部位，其中，所述汽车的板部件的振动噪音降低解析装置具备：
车身模型取得部，其取得车身模型，所述车身模型具备用网格将构成所述汽车的车身的骨架部件和板部件中的各自模型化而成的骨架部件模型和板部件模型，并设定有输入来自所述起振源的振动的激振部；
划分区域设定部，其在该车身模型上设定基于所述骨架部件模型及所述板部件模型划分的多个划分区域；
振动噪音降低对象板部件模型设定部，其根据来自操作者的指示，将所述板部件模型中的设为振动噪音的降低对象的板部件模型作为振动噪音降低对象板部件模型设定于所述车身模型；
振动模式·等效辐射功率峰值频率选定部，其使用所述车身模型进行振动解析，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为和作为振动噪音的指标的等效辐射功率的频率特性，选定对振动噪音的贡献较大的振动模式和与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率；
划分区域重量变更峰值频率取得部，其变更所述车身模型中的一个或多个划分区域的重量，按所述车身模型中的所述划分区域的重量的组合进行振动解析，取得在进行基于所述振动模式·等效辐射功率峰值频率选定部的处理而选定的振动模式下的所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率；
划分区域重量贡献度算出部，其进行将所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率作为目的变量并将所述划分区域的重量作为解释变量的多变量解析，算出所述划分区域的重量对所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度；以及
振动噪音降低轻量化部位确定部，基于该算出的所述各划分区域的贡献度，确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低来自设为振动噪音的降低对象的所述板部件的振动噪音。
2.汽车的板部件的振动噪音降低解析方法，其中，为降低由来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音且确定能够实现所述汽车的车身的轻量化的部位而使计算机进行以下各步骤，该方法包括：
车身模型取得步骤，取得车身模型，所述车身模型具备用网格将构成所述汽车的车身的骨架部件和板部件中的各自模型化而成的骨架部件模型和板部件模型，并设定有输入来自所述起振源的振动的激振部；
划分区域设定步骤，在该车身模型上设定基于所述骨架部件模型及所述板部件模型划分的多个划分区域；
振动噪音降低对象板部件模型设定步骤，将所述板部件模型中的设为振动噪音的降低对象的板部件模型作为振动噪音降低对象板部件模型设定于所述车身模型；
振动模式·等效辐射功率峰值频率选定步骤，使用所述车身模型进行振动解析，求出振动噪音降低对象板部件模型的振动行为和作为振动噪音的指标的等效辐射功率的频率特性，选定对振动噪音的贡献较大的振动模式和与该振动模式对应的等效辐射功率的峰值频率；
划分区域重量变更峰值频率取得步骤，变更所述车身模型中的一个或多个划分区域的重量，按所述车身模型中的所述划分区域的重量的组合进行振动解析，取得在进行基于所述振动模式·等效辐射功率峰值频率选定步骤的处理而选定的振动模式下的所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率；
划分区域重量贡献度算出步骤，进行将所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率作为目的变量并将所述划分区域的重量作为解释变量的多变量解析，算出所述划分区域的重量对所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率的贡献度；以及
振动噪音降低轻量化部位确定步骤，基于该算出的所述各划分区域的贡献度，确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低来自设为振动噪音的降低对象的所述板部件的振动噪音。
3.根据权利要求2所述的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法，其中，在所述划分区域重量贡献度算出步骤中，导出所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与所述各划分区域的重量的关系式，在该导出的关系式中变更并赋予至少一个以上所述各划分区域的重量从而预测所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率，并确定所述汽车的车身中的待轻量化的部位以降低由来自汽车中的起振源的振动引起的板部件的振动噪音。
4.根据权利要求2所述的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法，其中，在所述划分区域重量贡献度算出步骤中，导出所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率与所述各划分区域的重量的关系式，选择想算出板厚的一个划分区域，向所述导出的关系式赋予除去该一个划分区域的其他划分区域的重量和所述振动噪音降低对象板部件模型的等效辐射功率的峰值频率，算出所述选择的一个划分区域的重量，基于该算出的所述一个划分区域的重量算出构成该一个划分区域的所述骨架部件模型和/或板部件模型的板厚。
5.根据权利要求4所述的汽车的板部件的振动噪音降低解析方法，其中，
在利用所述关系式算出所述选择的一个划分区域的重量时，向所述关系式赋予修正值并算出所述一个划分区域的重量，所述修正值修正该一个划分区域的重量的变化给所述等效辐射功率的峰值频率带来的影响。
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