JP2001099703A - Equipment sound simulation method and equipment sound simulator - Google Patents

Equipment sound simulation method and equipment sound simulator

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JP2001099703A
JP2001099703A JP27688899A JP27688899A JP2001099703A JP 2001099703 A JP2001099703 A JP 2001099703A JP 27688899 A JP27688899 A JP 27688899A JP 27688899 A JP27688899 A JP 27688899A JP 2001099703 A JP2001099703 A JP 2001099703A
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Japan
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sound
sound pressure
engine
series waveform
surface vibration
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JP27688899A
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Japanese (ja)
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Kazuhiro Yoshizumi
和洋 吉住
Iwao Honda
巌 本田
Kazuhide Ota
和秀 太田
Susumu Katayama
晋 片山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an equipment sound simulation method capable of estimating a tone quality of an operation sound generated at an operation time of driving equipment by simulation based on surface vibration of the driving equipment, and an equipment sound simulator by the simulation method. SOLUTION: Surface vibration of an engine is calculated by taking into consideration data exerting an influence on a tone quality of the engine. A sound pressure spectrum at an optional point is calculated by a boundary element method, based on the surface vibration of the engine, and a time series waveform of the sound pressure is obtained by executing inverse Fourier transformation of the sound pressure spectrum. In this simulation method, an equipment sound is simulated by displaying the time series waveform on a CRT or by reproducing it by an imaginary sound.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械等のエン
ジン音等についてのシミュレーション方法、及び当該シ
ミュレーション方法を実行するシミュレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of simulating engine sounds of a construction machine or the like and a simulator for executing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォークリフトや建設機械等の原動機器
の低騒音化については、現在までに種々の研究・開発か
なされている。近年においては、低騒音化のみならず
「力強い」「心地よい」等音質の良さも要求されるよう
になってきている。特に、ユーザの立場からすれば、騒
音レベルが同等である場合には音質の良さが重要であ
り、エンジン評価に占める音質の割合は増加する傾向に
ある。
2. Description of the Related Art Various researches and developments have been made on noise reduction of prime movers such as forklifts and construction machines. In recent years, not only low noise but also good sound quality such as "powerful" and "comfortable" has been required. In particular, from the viewpoint of the user, when the noise levels are equal, good sound quality is important, and the ratio of sound quality in engine evaluation tends to increase.

【0003】従来のエンジン音の音質改善は、収録した
エンジン音の音質評価→設計変更→試作品作成→試作品
の音質の確認・検討、といった一連の手順で実行され
る。各過程の概略は以下のようである。
[0003] Conventional sound quality improvement of an engine sound is performed in a series of steps such as sound quality evaluation of a recorded engine sound → design change → prototype production → confirmation / examination of the sound quality of a prototype. The outline of each process is as follows.

【0004】音質評価は、大別して主観的評価と客観的
評価に分類される。主観的評価とは、人間の耳(官能)
により主観的にその音質の善し悪しを評価するものであ
り、その手法として例えばSD(Semantic D
ifferential)法がある。一方、客観的評価
とは、例えばZwickerラウドネスレベル解析等、
物理パラメータの相関解析に基いて評価するものであ
る。
[0004] Sound quality evaluation is roughly classified into subjective evaluation and objective evaluation. Subjective evaluation is the human ear (sensuality)
Is used to subjectively evaluate the quality of the sound quality. For example, SD (Semantic D)
There is an differential method. On the other hand, objective evaluation means, for example, Zwicker loudness level analysis, etc.
The evaluation is based on the correlation analysis of physical parameters.

【0005】設計変更は、上記音質評価の結果に基いて
エンジンの構造変更点を推定し、設計上の変更を行う過
程である。
[0005] The design change is a process of estimating a structural change point of the engine based on the result of the sound quality evaluation and performing a design change.

【0006】試作品作成は、上記変更された設計に基い
て試作品を作成し、この試作品により変更されたエンジ
ンの音質を確認・検討する過程である。
[0006] Prototype production is a process of preparing a prototype based on the above modified design, and confirming and examining the sound quality of the engine modified by the prototype.

【0007】通常、上記手順による改善作業は一回に留
まらず、試作品についても上記改善作業を繰り返し、試
行錯誤的に音質改善が行われる。
[0007] Usually, the improvement work by the above-mentioned procedure is not limited to one time, and the above-mentioned improvement work is repeated for a prototype, and the sound quality is improved by trial and error.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来における
一連の音質改善手法によれば、試作品の作成を繰り返し
たエンジンの確認・検討が必要となり、かなりの時間と
手間を要する作業となる。また、この様な試行錯誤的手
法では、何度も試作品の作成が必要であり、研究・開発
に要する費用も多大なものとなってしまう。
However, according to a series of conventional sound quality improvement techniques, it is necessary to confirm and study an engine that has repeatedly produced a prototype, which requires a considerable amount of time and effort. Further, such a trial-and-error method requires the production of a prototype many times, and the cost required for research and development is also large.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、実際に何度も試作品を作成することなく、シミュレ
ーションによって、変更後のエンジン音質を容易に確認
・検討可能である機器音シミュレーション方法及び当該
シミュレーション方法による機器音シミュレータを実現
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a device sound simulation in which a changed engine sound quality can be easily confirmed and examined by simulation without actually producing a prototype many times. It is an object of the present invention to realize a device sound simulator by the method and the simulation method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、原動機器
の表面振動に基いて、任意の位置における音圧スペクト
ルを境界要素法により計算する音圧スペクトル計算過程
と、前記音圧スペクトル計算結果から、前記任意の位置
における音圧の時系列波形を算出する波形算出過程と、
前記音圧の時系列波形を表示する表示過程と、を具備す
ることを特徴とする機器音シミュレーション方法であ
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sound pressure spectrum calculating step of calculating a sound pressure spectrum at an arbitrary position based on a surface vibration of a prime mover by a boundary element method; From the result, a waveform calculation step of calculating a time-series waveform of the sound pressure at the arbitrary position,
Displaying a time-series waveform of the sound pressure.

【0011】第2の発明は、第1の発明において、前記
音圧の時系列波形に基いて、前記原動機器の動作時にお
ける仮想音を再生する仮想音再生過程をさらに具備する
ことを特徴とする請求項1記載の機器音シミュレーショ
ン方法である。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the method further comprises a virtual sound reproducing step of reproducing a virtual sound when the driving apparatus is operating, based on the time-series waveform of the sound pressure. The method according to claim 1, wherein

【0012】第3の発明は、原動機器の表面振動を解析
する表面振動解析手段と、前記解析結果に基いて、任意
の位置における音圧スペクトルを境界要素法により計算
する音圧スペクトル計算手段と、前記音圧スペクトル計
算結果から、前記原動機器の任意の位置における音圧の
時系列波形を算出する波形算出手段と、前記音圧の時系
列波形を表示する表示手段と、を具備することを特徴と
する機器音シミュレータである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a surface vibration analyzing means for analyzing a surface vibration of a prime mover, and a sound pressure spectrum calculating means for calculating a sound pressure spectrum at an arbitrary position by a boundary element method based on the analysis result. Comprising, from the sound pressure spectrum calculation result, a waveform calculating means for calculating a time-series waveform of sound pressure at an arbitrary position of the prime mover, and a display means for displaying a time-series waveform of the sound pressure. This is a featured equipment sound simulator.

【0013】第4の発明は、第3の発明において、前記
音圧の時系列波形に基いて、前記原動機器の動作時にお
ける仮想音を再生する仮想音再生手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項3記載の機器音シミュレータで
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, a virtual sound reproducing means for reproducing a virtual sound during operation of the driving apparatus based on the time series waveform of the sound pressure is further provided. An apparatus sound simulator according to claim 3.

【0014】第5の発明は、第3の発明において、前記
表面振動解析手段は、原動機器を構成する部品の特性に
基いて、有限要素法と振動解析とにより前記表面振動を
解析することを特徴とする機器音シミュレータである。
In a fifth aspect based on the third aspect, the surface vibration analysis means analyzes the surface vibration by a finite element method and a vibration analysis based on characteristics of parts constituting a driving apparatus. This is a featured equipment sound simulator.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の第1実施形態〜第4実施
形態を、図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0016】以下、原動機器としてエンジンを取り上
げ、このエンジンについての音質改善のためのシミュレ
ーション方法及び当該方法によるシミュレータについて
説明する。
Hereinafter, an engine will be described as a prime mover, and a simulation method for improving the sound quality of the engine and a simulator using the method will be described.

【0017】(第1実施形態)図1は、第1実施形態に
係る機器音シミュレータ1の概略構成を説明するための
図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a device sound simulator 1 according to a first embodiment.

【0018】機器音シミュレータ1の機能構成は、大別
すると、エンジン音質に影響すると考えられるエンジン
に関するデータ(物理量)を、後述するエンジン表面の
振動解析に使用するパラメータとして記憶するエンジン
データ記憶部10と、このエンジンに関するデータに基
きエンジンの表面振動を解析し、後述する演算法に従っ
て任意の位置における音圧の時系列波形を計算する音圧
波形解析部20と、この音圧波形解析部20によって算
出された音圧波形を表示したり、当該波形に基いてエン
ジンの仮想音を生成し再生する出力部30の3つの構成
に分けることができる。
The functional configuration of the equipment sound simulator 1 is roughly classified into an engine data storage unit 10 for storing data (physical quantities) relating to an engine which is considered to affect the engine sound quality as parameters used for analyzing the vibration of the engine surface described later. A sound pressure waveform analysis unit 20 that analyzes the surface vibration of the engine based on the data on the engine and calculates a time-series waveform of the sound pressure at an arbitrary position according to a calculation method described later. The calculated sound pressure waveform can be displayed, and the output unit 30 can be divided into three configurations of the output unit 30 that generates and reproduces a virtual sound of the engine based on the waveform.

【0019】まず、エンジンデータ記憶部10の概略構
成について説明する。
First, a schematic configuration of the engine data storage unit 10 will be described.

【0020】このエンジンデータ記憶部10に記憶され
るデータは、エンジンの表面振動に影響し、その結果、
エンジン音質にも影響を及ぼす物理量である。本実施形
態に係る記憶部10は、解析対象となるエンジンの動作
時における実測データと、エンジンブロックやクランク
軸等の形状、物理的性質等の特性データとから算出され
るパラメータが記憶されている。
The data stored in the engine data storage unit 10 affects the surface vibration of the engine.
This is a physical quantity that also affects engine sound quality. The storage unit 10 according to the present embodiment stores parameters calculated from actual measurement data during operation of an engine to be analyzed and characteristic data such as the shape and physical properties of an engine block and a crankshaft. .

【0021】実測データとは、当該エンジンが内燃機関
としての動作した場合に、熱媒体から受ける力等を示す
計測データであり、例えば、シリンダの筒内圧、噴射ポ
ンプの噴射圧等である。第1の実施形態においては、筒
内圧101のみのを考慮する。また、特性データとは、
固有の構造・物理的性質に関わり、例えば材質、形状、
剛性や減衰など固有振動や運動方程式に影響を及ぼすも
のをいう。本実施形態では、特性データとして、エンジ
ンブロックの形状・特性(クランクケース、シリンダヘ
ッド、フロントプレート、ギアケース、噴射ポンプ、オ
イルパン等)から有限要素法(FEM:Finite
Element Method)によって求めたエンジ
ンブロック固有振動特性107と、同じくクランク軸の
形状から有限要素法により計算された第1の軸固有振動
特性111と、ケース支持や軸受けの剛性・減衰115
と、ライナーの固有振動特性103と、このライナー固
有振動特性103と前記筒内圧101とから算出される
ピストンスラップ力105と、が記憶されている。
The actually measured data is measured data indicating a force or the like received from a heat medium when the engine operates as an internal combustion engine, and includes, for example, an in-cylinder pressure of a cylinder and an injection pressure of an injection pump. In the first embodiment, only the in-cylinder pressure 101 is considered. The characteristic data is
Related to the specific structure and physical properties, such as material, shape,
It affects the natural vibration and the equation of motion, such as stiffness and damping. In this embodiment, the finite element method (FEM: Finite) is used as characteristic data from the shape and characteristics of the engine block (crankcase, cylinder head, front plate, gear case, injection pump, oil pan, etc.).
Element block natural vibration characteristics 107 obtained by the element method, the first shaft natural vibration characteristics 111 similarly calculated by the finite element method from the shape of the crankshaft, and the rigidity / damping 115 of the case support and the bearing.
And a liner natural vibration characteristic 103, and a piston slap force 105 calculated from the liner natural vibration characteristic 103 and the in-cylinder pressure 101 are stored.

【0022】次に、音圧波形解析部20の概略構成につ
いて説明する。この音圧波形解析部20は、表面振動解
析部201、音圧スペクトル計算部203、音圧時系列
波形計算部205から構成されている。
Next, the schematic configuration of the sound pressure waveform analyzer 20 will be described. The sound pressure waveform analyzer 20 includes a surface vibration analyzer 201, a sound pressure spectrum calculator 203, and a sound pressure time-series waveform calculator 205.

【0023】表面振動解析部201は、エンジンデータ
記憶部10に記憶されている上記実測データ、種々の特
性データを読み出して、エンジンブロックと各種軸間
(第1の実施形態では、クランク軸のみ)との連成振動
解析を行い、モーダル応答を算出する。
The surface vibration analysis unit 201 reads out the actual measurement data and various characteristic data stored in the engine data storage unit 10 and reads the data between the engine block and various shafts (in the first embodiment, only the crankshaft). And modal response is calculated.

【0024】エンジンの表面振動応答は、固有モードと
モーダル応答を用いて式(1)に示す様に表す。
The surface vibration response of the engine is expressed as shown in equation (1) using the natural mode and the modal response.

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】すなわち、音圧スペクトル計算部203
は、表面振動解析部201において計算されたエンジン
の表面振動に基いて境界要素法(以下、BEM:Bou
ndary Element Method)により任
意の観測点での音圧スペクトルが計算される。音圧スペ
クトル計算部2034が実行する境界要素法による演算
の概要は、以下のようである。
That is, the sound pressure spectrum calculator 203
Is a boundary element method (hereinafter referred to as BEM: Bou) based on the surface vibration of the engine calculated by the surface vibration analysis unit 201.
ndary Element Method), a sound pressure spectrum at an arbitrary observation point is calculated. The outline of the calculation by the boundary element method executed by the sound pressure spectrum calculation unit 2034 is as follows.

【0027】図2(a)は、解析対象となるエンジンの
表面を、三次元ユークリッド空間上の閉曲面Sで示した
ものである。点mは閉曲面上の座標点である。
FIG. 2A shows a surface of an engine to be analyzed by a closed surface S in a three-dimensional Euclidean space. Point m is a coordinate point on the closed surface.

【0028】一般に、図2(a)に示した三次元音場の
平曲面S内にある任意の点lにおける音圧は、以下に示
す境界積分方程式(2)で求められるのは、よく知られ
ていることである。
In general, it is well known that the sound pressure at an arbitrary point 1 in the flat curved surface S of the three-dimensional sound field shown in FIG. 2A can be obtained by the following boundary integral equation (2). It is being done.

【0029】[0029]

【数2】 (Equation 2)

【0030】ただし、積分は、閉曲面Sに渡って行う。However, the integration is performed over the closed surface S.

【0031】(2)式より、境界面上におけるpm及び
pm/nが求まれば、kおよびrlmは既知であるので
任意の点lにおける音圧が算出できる。
If pm and pm / n on the boundary surface are obtained from equation (2), k and rlm are known, so that the sound pressure at an arbitrary point 1 can be calculated.

【0032】ここで、一般に、音圧スペクトルの勾配と
応答加速ベクトルとの間には、以下の(3)の関係が成
立する。
Here, generally, the following relationship (3) is established between the gradient of the sound pressure spectrum and the response acceleration vector.

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】モーダル応答計算部202により、応答加
速ベクトルは固有振動モードとモーダル応答で表現され
ているから、式(2)におけるpm/nは既知とするこ
とができる。
Since the response acceleration vector is represented by the natural vibration mode and the modal response by the modal response calculation unit 202, pm / n in equation (2) can be known.

【0035】式(2)においては、結局、中括弧内第1
項のpmのみが未知数となる。本発明では、図2(b)
に示すように、境界面(エンジン表面すなわち閉曲面
S)をk個の境界要素に離散化し、未知数pmを境界要
素法により計算する。境界要素法では、l点を境界上の
微小要素m上に設定することでk個の方程式を記述でき
る。未知数pmもk個であるので、k個の連立方程式を
解くことにより、pmの値も算出することが可能とな
る。
In the equation (2), after all, the first
Only the term pm is unknown. In the present invention, FIG.
As shown in (1), the boundary surface (engine surface, that is, the closed surface S) is discretized into k boundary elements, and the unknown pm is calculated by the boundary element method. In the boundary element method, k equations can be described by setting 1 point on a small element m on the boundary. Since the unknown number pm is also k, the value of pm can be calculated by solving the k simultaneous equations.

【0036】従って、(2)式および(3)式を用いる
ことにより、任意の点lの音圧算出が可能となる。ただ
し、算出された音圧は、ある周波数に着目した場合の値
であり、着目する周波数を変化させることにより、任意
の周波数について算出可能である。
Therefore, by using the equations (2) and (3), it is possible to calculate the sound pressure at an arbitrary point l. However, the calculated sound pressure is a value when focusing on a certain frequency, and can be calculated for any frequency by changing the focused frequency.

【0037】音圧時系列波形計算部205は、前記音圧
スペクトル計算部203において計算された音圧スペク
トルを逆フーリエ解析して、音圧の経時的波形を計算す
る。すなわち、音圧スペクトルは時間についてのフーリ
エ積分となっているので、これを逆変換すれば、時系列
波形を得ることができる。
The sound pressure time series waveform calculation section 205 performs an inverse Fourier analysis on the sound pressure spectrum calculated by the sound pressure spectrum calculation section 203 to calculate a temporal waveform of the sound pressure. That is, since the sound pressure spectrum is a Fourier integral with respect to time, a time-series waveform can be obtained by inversely transforming the Fourier integral.

【0038】次に、出力部30の構成について説明す
る。
Next, the configuration of the output unit 30 will be described.

【0039】出力部30は、音圧波形解析部20が行っ
た計算結果を出力する出力手段であり、CRT、スピー
カ等によって構成されいる。上記計算による音圧の時系
列波形を見る場合には、CRTにその波形を写し出す。
また、当該波形を有する仮想音を、スピーカにより出力
することもできる。この場合、CRTに解析対象である
エンジンの写真等を写し出し、当該エンジンの周りの所
望の位置をマウス等の入力装置で指定することで、当該
位置において観測されるエンジン音が再生される構成で
あってもよい。
The output unit 30 is an output unit that outputs the result of the calculation performed by the sound pressure waveform analysis unit 20, and includes a CRT, a speaker, and the like. When viewing the time series waveform of the sound pressure by the above calculation, the waveform is displayed on a CRT.
Further, the virtual sound having the waveform can be output by a speaker. In this case, a photograph or the like of the engine to be analyzed is displayed on the CRT, and a desired position around the engine is designated by an input device such as a mouse, so that the engine sound observed at the position is reproduced. There may be.

【0040】上記のように構成したシミュレータによる
シミュレーション結果の例を、以下に示す。なお、モー
ダル応答条件は、計算刻みを1.0×10−6sec、
出力刻みを1degとした。また、音圧スペクトル計算
部203において実行される境界要素法の計算条件を、
周波数刻み18.3Hzとした。
An example of a simulation result by the simulator configured as described above is shown below. Note that the modal response condition is calculated in steps of 1.0 × 10 −6 sec.
The output increment was 1 deg. The calculation conditions of the boundary element method executed in the sound pressure spectrum calculation unit 203 are as follows:
The frequency step was 18.3 Hz.

【0041】以上のモデルについて、計算を実行し得た
音圧の時系列波形と音圧スペクトルの波形とを図3と図
4とに示す。なお、図4に示す波形は、エンジン全面1
m点(図4(a))、エンジン左側1m点(図4
(b))、エンジン右側1m点(図4(c))と設定し
たものである。
The time series waveform of the sound pressure and the waveform of the sound pressure spectrum obtained by executing the calculation for the above model are shown in FIGS. 3 and 4. FIG. The waveform shown in FIG.
m point (FIG. 4A), 1 m point on the left side of the engine (FIG.
(B)), set at 1 m point on the right side of the engine (FIG. 4 (c)).

【0042】最後に、上述した機器音シミュレータ1を
利用した好音質エンジン設計法について説明する。
Finally, a description will be given of a method for designing a sound-quality engine using the above-described device sound simulator 1.

【0043】まず、目標とする好ましいエンジン音(以
下、ターゲット音)を決定する。これは、例えば、収録
したエンジン音を電気的に変更することで得ることがで
きる。
First, a desired desirable engine sound (hereinafter, target sound) is determined. This can be obtained, for example, by electrically changing the recorded engine sound.

【0044】次に、エンジン構造等の変更(例えば、形
状の異なる別の噴射ポンプやクランク軸等への変更等)
を行い、機器音シミュレータ1により、構造変更後のエ
ンジン音をシミュレーションする。
Next, a change in the engine structure or the like (for example, a change to another injection pump or crankshaft having a different shape, etc.)
The engine sound after the structural change is simulated by the equipment sound simulator 1.

【0045】次に、このシミュレーションによる推定エ
ンジン音とターゲット音とを比較・評価する。この評価
は、聴覚による主観的評価、又は物理パラメータの相関
解析による客観的評価が考えられる。そして、当該評価
により音質が不十分であれば、更なるエンジン構造等の
変更を行い、十分な音質となるまでこれを繰り返す。
Next, the engine sound estimated by the simulation and the target sound are compared and evaluated. This evaluation may be a subjective evaluation by hearing or an objective evaluation by correlation analysis of physical parameters. If the sound quality is insufficient according to the evaluation, the engine structure and the like are further changed, and this is repeated until the sound quality is sufficient.

【0046】最後に、上記シミュレーションにおいて十
分な音質であった構造等を有するエンジンを、実際に試
作し、最終評価を行うことで、好ましい音質のエンジン
設計を行うことができる。
Finally, an engine having a structure or the like having a sufficient sound quality in the above simulation is actually produced on a trial basis, and the final evaluation is performed, whereby an engine with preferable sound quality can be designed.

【0047】以上述べた構成によれば、エンジンの表面
振動が分かれば、任意の位置での音圧の時系列波形を知
ることができるので、試作品を作成しなくても所望の位
置での音質をシミュレートすることができる。これは、
特に、部品の変更等をした場合に起こる音質変化を知る
のに有効である。その結果、研究・開発の作業性の向
上、コストダウンを実現することができる。
According to the configuration described above, if the surface vibration of the engine is known, the time-series waveform of the sound pressure at an arbitrary position can be known, so that the desired position can be obtained at a desired position without making a prototype. Sound quality can be simulated. this is,
In particular, it is effective for knowing a change in sound quality that occurs when a part is changed. As a result, it is possible to improve the workability of research and development and reduce costs.

【0048】(第2実施形態)第2の実施形態では、エ
ンジン表面振動解析において考慮するデータとして、噴
射ポンプの噴射圧と歯車系のデータをさらに加えたシミ
ュレーションの例を示す。
(Second Embodiment) In the second embodiment, an example of a simulation in which the injection pressure of the injection pump and the data of the gear system are further added as data to be considered in the engine surface vibration analysis will be described.

【0049】すなわち、第2の実施形態においては、実
測データとして、筒内圧101と噴射ポンプの噴射圧1
17とが、また、特性データとして、エンジンブロック
の形状(クランクケース、シリンダヘッド、フロントプ
レート、ギアケース、噴射ポンプ、オイルパン等)から
有限要素法によって求めたエンジンブロック固有振動特
性107と、ライナーの固有振動特性103と、このラ
イナー固有振動特性103と前記筒内圧101とから算
出されるピストンスラップ力105と、噴射ポンプカム
の形状119と、この噴射ポンプカム119の形状と前
記噴射圧117とから算出される噴射圧側力121と、
有限要素法によりクランク軸、噴射ポンプカム軸、中間
軸の形状から計算された第2の軸固有振動特性123
と、ケース支持、軸受け、歯車等の剛性・減衰125
と、前記クランク軸、噴射ポンプカム軸、中間軸の歯車
形状127と、がエンジンデータ記憶部10に記憶され
ている。
That is, in the second embodiment, the in-cylinder pressure 101 and the injection pressure 1
17 also includes, as characteristic data, an engine block natural vibration characteristic 107 obtained by a finite element method from the shape of the engine block (crankcase, cylinder head, front plate, gear case, injection pump, oil pan, etc.); , The piston slap force 105 calculated from the liner natural vibration characteristic 103 and the in-cylinder pressure 101, the shape 119 of the injection pump cam, and the shape of the injection pump cam 119 and the injection pressure 117. Injection pressure side force 121
Second shaft natural vibration characteristic 123 calculated from the shapes of the crankshaft, the injection pump camshaft, and the intermediate shaft by the finite element method
And rigidity / damping 125 of case support, bearings, gears, etc.
And the gear shape 127 of the crankshaft, the injection pump camshaft, and the intermediate shaft are stored in the engine data storage unit 10.

【0050】表面振動解析部201は、これらのデータ
をもとに、エンジンブロック、各種軸(第2の実施形態
では、クランク軸、中間軸、噴射ポンプカム軸)及び歯
車系との間の連成振動を計算する。そして、同様の手順
により解析を行うことで、音圧スペクトル、音圧の時系
列波形、及び動作時の仮想音を得ることができる。
Based on these data, the surface vibration analysis unit 201 couples the engine block, various shafts (crank shaft, intermediate shaft, injection pump cam shaft in the second embodiment) and the gear system. Calculate the vibration. By performing analysis in the same procedure, a sound pressure spectrum, a time-series waveform of sound pressure, and a virtual sound during operation can be obtained.

【0051】なお、第2の実施形態においては、、特性
データとして歯車形状127を考慮しているから、歯車
のバックラッシを考慮したシミュレーションも可能であ
る。図6、図7は、上記データに加えて、さらに歯車の
バックラッシ(例えば、±40μm)を考慮した音圧ス
ペクトル、音圧の時系列波形を示している。
In the second embodiment, since the gear shape 127 is taken into account as the characteristic data, a simulation in which the backlash of the gear is taken into account is also possible. FIGS. 6 and 7 show a sound pressure spectrum and a time series waveform of sound pressure in consideration of the backlash (for example, ± 40 μm) of the gear in addition to the above data.

【0052】発明者らの聴覚実験では、歯車のバックラ
ッシを考慮したシミュレーションは、考慮しない場合と
比較して、より現実に近い音を再現することを確認でき
た。
In the auditory experiment conducted by the inventors, it was confirmed that the simulation in which the backlash of the gears was taken into consideration reproduced sound more realistic than the case where the backlash was not taken into consideration.

【0053】(第3実施形態)第3の実施形態では、エ
ンジン表面振動解析において考慮するデータとして、動
弁系と歯車系に関するデータを加えた場合のシミュレー
ションの例を説明する。
(Third Embodiment) In a third embodiment, an example of a simulation in which data concerning a valve train and a gear train are added as data to be considered in the engine surface vibration analysis will be described.

【0054】エンジンデータ記憶部10に記憶されたデ
ータが、図8に示す内容である場合を説明する。
The case where the data stored in the engine data storage unit 10 has the contents shown in FIG. 8 will be described.

【0055】すなわち、第3の実施形態においては、実
測データとして、筒内圧101が、また、特性データと
して、エンジンブロックの形状・特性(クランクケー
ス、シリンダヘッド、フロントプレート、ギアケース、
噴射ポンプ、オイルパン等)から有限要素法によって求
めたエンジンブロック固有振動特性107と、ライナー
の固有振動特性103と、このライナー固有振動特性1
03と前記筒内圧101とから算出されるピストンスラ
ップ力105と、動弁系駆動カムの形状129と、この
動弁系駆動カムの形状129から算出される動弁系に関
する力131と、有限要素法によりクランク軸、動弁系
駆動カム軸、中間軸の形状から計算された第3の軸固有
振動特性123と、ケース支持、軸受け、歯車等の剛性
・減衰125と、前記クランク軸、動弁系駆動カム軸、
中間軸の歯車形状127と、がエンジンデータ記憶部1
0に記憶されている。
That is, in the third embodiment, the in-cylinder pressure 101 is measured as measured data, and the shape and characteristics of the engine block (crankcase, cylinder head, front plate, gear case,
(Injection pump, oil pan, etc.) by the finite element method, the engine block natural vibration characteristic 107, the liner natural vibration characteristic 103, and the liner natural vibration characteristic 1
03, the piston slap force 105 calculated from the in-cylinder pressure 101, the valve operating drive cam shape 129, the force 131 related to the valve operating system calculated from the valve operating drive shape 129, and a finite element. The third shaft natural vibration characteristic 123 calculated from the shapes of the crankshaft, the valve train driving camshaft, and the intermediate shaft by the method, rigidity / damping 125 of case support, bearings, gears, etc., the crankshaft, the valve train System drive cam shaft,
The gear shape 127 of the intermediate shaft is the engine data storage unit 1
0 is stored.

【0056】表面振動解析部201は、これらのデータ
をもとに、エンジンブロック、各種軸(第3の実施形態
では、クランク軸、中間軸、動弁系駆動カム軸)及び歯
車系との間の連成振動を計算する。そして、同様の手順
により解析を行うことで、音圧スペクトル、音圧の時系
列波形、及び動作時の仮想音を得ることができる。
Based on these data, the surface vibration analysis unit 201 determines the relationship between the engine block, various shafts (in the third embodiment, a crankshaft, an intermediate shaft, a valve system driving camshaft) and a gear system. Is calculated. By performing analysis in the same procedure, a sound pressure spectrum, a time-series waveform of sound pressure, and a virtual sound during operation can be obtained.

【0057】(第4の実施形態)第4の実施形態では、
エンジン表面振動解析において考慮するデータとして、
噴射圧、及び動弁系と歯車系に関するデータを加えた場
合のシミュレーションの例を説明する。
(Fourth Embodiment) In the fourth embodiment,
As data to be considered in engine surface vibration analysis,
An example of a simulation when the injection pressure and data on the valve train and the gear train are added will be described.

【0058】すなわち、第4の実施形態においては、実
測データとして、筒内圧101と噴射ポンプの噴射圧1
17とが、また、特性データとして、エンジンブロック
の形状・特性(クランクケース、シリンダヘッド、フロ
ントプレート、ギアケース、噴射ポンプ、オイルパン
等)から有限要素法によって求めたエンジンブロック固
有振動特性107と、ライナーの固有振動特性103
と、このライナー固有振動特性103と前記筒内圧10
1とから算出されるピストンスラップ力105と、噴射
ポンプカムの形状119と、この噴射ポンプカム119
の形状と前記噴射圧117とから算出される噴射圧側力
121と、動弁系駆動カムの形状129と、この動弁系
駆動カムの形状129から算出される動弁系に関する力
131と、有限要素法によりクランク軸、噴射ポンプカ
ム軸、動弁系駆動カム軸、中間軸の形状から計算された
第4の軸固有振動特性133と、ケース支持、軸受け、
歯車等の剛性・減衰125と、前記クランク軸、噴射ポ
ンプカム軸、動弁系駆動カム軸、中間軸の歯車形状13
5と、がエンジンデータ記憶部10に記憶されている。
That is, in the fourth embodiment, the in-cylinder pressure 101 and the injection pressure 1
17 and an engine block natural vibration characteristic 107 obtained by the finite element method from the shape and characteristics of the engine block (crankcase, cylinder head, front plate, gear case, injection pump, oil pan, etc.) as characteristic data. , Liner natural vibration characteristics 103
And the liner natural vibration characteristic 103 and the in-cylinder pressure 10
1, the piston slap force 105, the shape of the injection pump cam 119, and the injection pump cam 119
, The injection pressure side force 121 calculated from the injection pressure 117, the valve operating drive cam shape 129, the force 131 related to the valve operating system calculated from the valve operating drive shape 129, and finite The fourth shaft natural vibration characteristic 133 calculated from the shapes of the crankshaft, the injection pump camshaft, the valve system driving camshaft, and the intermediate shaft by the element method, the case support, the bearing,
Rigidity / damping 125 of gears, etc., and gear shapes 13 of the crankshaft, injection pump camshaft, valve train drive camshaft, and intermediate shaft
5 are stored in the engine data storage unit 10.

【0059】表面振動解析部201は、これらのデータ
をもとに、エンジンブロック、各種軸(第4の実施形態
では、クランク軸、中間軸、噴射ポンプカム軸、動弁系
駆動カム軸)及び歯車系との間の連成振動を計算する。
そして、同様の手順により解析を行うことで、音圧スペ
クトル、音圧の時系列波形、及び動作時の仮想音を得る
ことができる。
Based on these data, the surface vibration analysis unit 201 generates an engine block, various shafts (in the fourth embodiment, a crankshaft, an intermediate shaft, an injection pump camshaft, a camshaft for driving a valve train) and a gear. Calculate the coupled oscillations with the system.
By performing analysis in the same procedure, a sound pressure spectrum, a time-series waveform of sound pressure, and a virtual sound during operation can be obtained.

【0060】以上、本発明を第1〜4実施形態に基いて
説明したが、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、第1〜4実施形態においては、エンジンの表面
振動解析において有限要素法を利用したが、その他の方
法による表面振動解析であってもよい。すなわち、本発
明は、エンジンの表面振動さえわかっていれば、境界要
素法に基く音圧波形解析によって任意の位置の音圧スペ
クトル及び音圧の時系列波形を求めることができるもの
である。
Although the present invention has been described based on the first to fourth embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
For example, in the first to fourth embodiments, the finite element method is used in the surface vibration analysis of the engine, but the surface vibration analysis may be performed by another method. That is, according to the present invention, as long as the surface vibration of the engine is known, the sound pressure spectrum and the time series waveform of the sound pressure at an arbitrary position can be obtained by the sound pressure waveform analysis based on the boundary element method.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上、本発明によれば、原動機器の音圧
スペクトル、音圧の時系列波形を表面振動に基いて境界
要素法により計算することで、原動機器の動作時の機器
音のシミュレーションすることができる。その結果、研
究・開発の作業性の向上、コストダウンを実現できる。
As described above, according to the present invention, the sound pressure spectrum of the prime mover and the time-series waveform of the sound pressure are calculated by the boundary element method based on the surface vibration, so that the sound of the prime mover during the operation of the prime mover can be obtained. Can be simulated. As a result, workability in research and development can be improved and costs can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態に係る機器音シミュレータ1の概
略構成を説明するための図。
FIG. 1 is a view for explaining a schematic configuration of a device sound simulator 1 according to a first embodiment.

【図2】境界要素法の概要を説明するための図。FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of a boundary element method.

【図3】第1の実施形態に係るシミュレーションによる
音圧の時系列波形を示す図。
FIG. 3 is a view showing a time-series waveform of a sound pressure by a simulation according to the first embodiment.

【図4】第1の実施形態に係るシミュレーションによる
音圧スペクトルを示す図。
FIG. 4 is a view showing a sound pressure spectrum by a simulation according to the first embodiment;

【図5】第2実施形態に係る機器音シミュレータ1のエ
ンジンデータ記憶部10を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an engine data storage unit 10 of the device sound simulator 1 according to the second embodiment.

【図6】歯車系のバックラッシを考慮した第2の実施形
態に係るシミュレーションによる音圧の時系列波形を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a time-series waveform of a sound pressure by a simulation according to a second embodiment in which a backlash of a gear system is considered.

【図7】歯車系のバックラッシを考慮した第2の実施形
態に係るシミュレーションによる音圧スペクトルを示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a sound pressure spectrum by a simulation according to a second embodiment in which a backlash of a gear system is taken into consideration.

【図8】第3実施形態に係る機器音シミュレータ1のエ
ンジンデータ記憶部10を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an engine data storage unit 10 of a device sound simulator 1 according to a third embodiment.

【図9】第4実施形態に係る機器音シミュレータ1のエ
ンジンデータ記憶部10を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an engine data storage unit 10 of a device sound simulator 1 according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…機器音シミュレータ 10…エンジンデータ記憶部 20…音圧波形解析部 30…出力部 101…筒内圧 103…固有振動 103…ライナーの固有振動特性 105…ピストンスラップ力 107…エンジンブロック固有振動特性 111…第1の軸固有振動特性 115…剛性・減衰 117…噴射圧 119…噴射ポンプカムの形状 121…噴射圧側力 123…第2の軸固有振動特性 123…第3の軸固有振動特性 125…剛性・減衰 127…歯車形状 129…動弁系駆動カムの形状 131…動弁系に関する力 133…第4の軸固有振動特性 135…歯車形状 201…表面振動解析部 203…音圧スペクトル計算部 205…音圧時系列波形計算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Equipment sound simulator 10 ... Engine data storage part 20 ... Sound pressure waveform analysis part 30 ... Output part 101 ... In-cylinder pressure 103 ... Natural vibration 103 ... Natural vibration characteristic of a liner 105 ... Piston slap force 107 ... Engine block natural vibration characteristic 111 ... first shaft natural vibration characteristic 115 ... rigidity and damping 117 ... injection pressure 119 ... injection pump cam shape 121 ... injection pressure side force 123 ... second shaft natural vibration characteristic 123 ... third shaft natural vibration characteristic 125 ... rigidity Attenuation 127: Gear shape 129: Shape of valve operating system driving cam 131: Force related to valve operating system 133: Fourth shaft natural vibration characteristic 135: Gear shape 201: Surface vibration analysis unit 203: Sound pressure spectrum calculation unit 205: Sound Pressure time series waveform calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 和秀 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 片山 晋 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工 業株式会社相模原製作所内 Fターム(参考) 2G064 AA15 AB15 DD23 DD29  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhide Ota 5-717-1 Fukabori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Sansei Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Susumu Katayama 3000 Tana, Tana, Sagamihara-shi, Kanagawa F-term in Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Sagamihara Works (reference) 2G064 AA15 AB15 DD23 DD29

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原動機器の表面振動に基いて、任意の位
置における音圧スペクトルを境界要素法により計算する
音圧スペクトル計算過程と、 前記音圧スペクトル計算結果から、前記任意の位置にお
ける音圧の時系列波形を算出する波形算出過程と、 前記音圧の時系列波形を表示する表示過程と、 を具備することを特徴とする機器音シミュレーション方
法。
1. A sound pressure spectrum calculating step of calculating a sound pressure spectrum at an arbitrary position by a boundary element method based on a surface vibration of a prime mover, and a sound pressure spectrum at the arbitrary position from the sound pressure spectrum calculation result. A device sound simulation method, comprising: a waveform calculation step of calculating a time-series waveform of the above; and a display step of displaying a time-series waveform of the sound pressure.
【請求項2】 前記音圧の時系列波形に基いて、前記原
動機器の動作時における仮想音を再生する仮想音再生過
程をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の機
器音シミュレーション方法。
2. The apparatus sound simulation method according to claim 1, further comprising a virtual sound reproduction step of reproducing a virtual sound during operation of the prime mover based on the time-series waveform of the sound pressure. .
【請求項3】 原動機器の表面振動を解析する表面振動
解析手段と、 前記解析結果に基いて、任意の位置における音圧スペク
トルを境界要素法により計算する音圧スペクトル計算手
段と、 前記音圧スペクトル計算結果から、前記原動機器の任意
の位置における音圧の時系列波形を算出する波形算出手
段と、 前記音圧の時系列波形を表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする機器音シミュレータ。
3. A surface vibration analysis means for analyzing a surface vibration of a prime mover; a sound pressure spectrum calculation means for calculating a sound pressure spectrum at an arbitrary position by a boundary element method based on a result of the analysis; A device comprising: a waveform calculation unit configured to calculate a time-series waveform of sound pressure at an arbitrary position of the driving device from a spectrum calculation result; and a display unit configured to display a time-series waveform of the sound pressure. Sound simulator.
【請求項4】 前記音圧の時系列波形に基いて、前記原
動機器の動作時における仮想音を再生する仮想音再生手
段をさらに具備することを特徴とする請求項3記載の機
器音シミュレータ。
4. The device sound simulator according to claim 3, further comprising virtual sound reproducing means for reproducing a virtual sound when the driving device operates based on the time-series waveform of the sound pressure.
【請求項5】 前記表面振動解析手段は、原動機器を構
成する部品の特性に基いて、有限要素法と振動解析とに
より前記表面振動を解析することを特徴とする請求項3
記載の機器音シミュレータ。
5. The surface vibration analysis means analyzes the surface vibration by a finite element method and a vibration analysis based on characteristics of components constituting a driving apparatus.
The described equipment sound simulator.
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