JP2019114114A - Vibration analysis device for panel member of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のパネル部材についての音圧感度の演算などの振動解析を行うパネル振動解析装置に係る。 The present invention relates to a panel vibration analysis device that performs vibration analysis such as calculation of sound pressure sensitivity of a panel member of a vehicle.
自動車などの車両においては、フロアパネルのようなパネル部材は、エンジンやサスペンションから振動が入力されることにより振動し、パネル部材から騒音が放射されることに起因して、不快な車室内振動音が発生することがある。そのため、これらの振動及び騒音を低減するための対策が従来行われている。 In a vehicle such as an automobile, a panel member such as a floor panel vibrates when vibration is input from an engine or suspension, and noise is emitted from the panel member. May occur. Therefore, measures have been conventionally taken to reduce these vibrations and noises.
振動及び騒音を低減するための対策の一つとして、有限要素法による振動シミュレーションを行い、振動シミュレーションの結果からパネル部材の各評価パネルの等価放射パワーERPを求めることがよく知られている。例えば、下記の特許文献1には、振動シミュレーションの結果からパネル部材の各評価パネルの等価放射パワーを算出することにより、パネル部材に発生する振動を解析するための振動解析モデルを作成するよう構成されたパネル振動解析装置が記載されている。 As one of the measures to reduce the vibration and noise, it is well known that the simulation of vibration by the finite element method is performed and the equivalent radiation power ERP of each evaluation panel of the panel member is obtained from the result of the vibration simulation. For example, Patent Document 1 below is configured to create a vibration analysis model for analyzing the vibration generated in a panel member by calculating the equivalent radiation power of each evaluation panel of the panel member from the result of vibration simulation. A panel vibration analysis system is described.
〔発明が解決しようとする課題〕
車両のパネル部材についての音圧感度及発音寄与は、振動の周波数によって異なる。特に200〜500Hzの中周波数領域においては、パネル部材の各部位における音響伝達関数及びパネル部材の表皮材の振動が車内音の発生に与える影響が大きくなることが判った。特許文献1に記載されているような従来のパネル振動解析装置においては、音響伝達関数及び表皮材の振動が考慮されないため、特に中周波数領域における振動解析の精度よくないという問題がある。
[Problems to be solved by the invention]
The sound pressure sensitivity and the sounding contribution for the panel members of the vehicle depend on the frequency of the vibration. In particular, in the medium frequency region of 200 to 500 Hz, it has been found that the influence of the acoustic transfer function at each portion of the panel member and the vibration of the skin member of the panel member on the generation of the in-vehicle sound is significant. In the conventional panel vibration analysis device as described in Patent Document 1, there is a problem that the vibration analysis of the medium frequency region is not accurate because the acoustic transfer function and the vibration of the skin material are not taken into consideration.
本発明の課題は、本願発明者が得た上記の知見に基づき、等価放射パワーに加えて音響伝達関数及び表皮材の振動に基づいて音圧感度の演算を行うことにより、中周波数領域における車両のパネル部材の振動解析の精度を向上させることである。 The object of the present invention is to calculate the sound pressure sensitivity based on the acoustic transfer function and the vibration of the skin material in addition to the equivalent radiation power based on the above-mentioned findings obtained by the inventor of the present invention. The accuracy of the vibration analysis of the panel member is improved.
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
本発明によれば、記憶手段(12)と演算手段(14)とを備えた車両のパネル部材の振動解析装置(10)であって、記憶手段は、車両の振動解析されるべきパネル部材(20)の複数の評価パネル(24i)について振動シミュレーションにより求められた等価放射パワー(ERPpanelj)と、複数の評価パネルについて実験により計測された音響伝達関数(P/Qj)と、複数の評価パネルについて実験により計測された防音材表皮振動比(γj)と、を記憶するよう構成され、演算手段は、等価放射パワー、音響伝達関数及び防音材表皮振動比に基づいてパネル部材について音圧感度(P/F)を演算するよう構成された、車両のパネル部材の振動解析装置(10)が提供される。
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
According to the present invention, there is provided a vibration analysis apparatus (10) for a panel member of a vehicle comprising the storage means (12) and the calculation means (14), the storage means comprising the panel member to be subjected to the vibration analysis of the vehicle 20) Equivalent radiation power (ERP panel j) obtained by vibration simulation for a plurality of evaluation panels (24i), acoustic transfer functions (P / Qj) measured by experiments for a plurality of evaluation panels, and a plurality of evaluation panels The soundproofing material skin vibration ratio (γj) measured by the experiment is configured to be stored, and the computing means is configured to calculate the sound pressure sensitivity (Pl) of the panel member based on the equivalent radiation power, the acoustic transfer function and the soundproofing material skin vibration ratio. A vibration analysis device (10) of a panel member of a vehicle configured to calculate (F) is provided.
上記の構成によれば、車両の振動解析されるべきパネル部材の複数の評価パネルについて振動シミュレーションにより求められた等価放射パワーと、複数の評価パネルについて実験により計測された音響伝達関数及び防音材表皮振動比と、が記憶手段に記憶される。パネル部材についての音圧感度の演算は、演算手段により、等価放射パワー、音響伝達関数及び防音材表皮振動比に基づいて行われる。 According to the above configuration, the equivalent radiation power obtained by the vibration simulation for the plurality of evaluation panels of the panel member to be subjected to the vibration analysis of the vehicle, the acoustic transfer function and the soundproofing skins measured by the experiment for the plurality of evaluation panels The vibration ratio is stored in the storage means. The calculation of the sound pressure sensitivity for the panel member is performed by the calculation means based on the equivalent radiation power, the acoustic transfer function and the sound insulation skin vibration ratio.
よって、音響伝達関数及び防音材表皮振動比が考慮されることなく等価放射パワーERPに基づいて音圧感度が演算され、発音寄与のなどの振動解析が行われる従来の振動解析装置に比して、高精度に音圧感度の演算及び振動解析を行うことができる。 Therefore, the sound pressure sensitivity is calculated based on the equivalent radiation power ERP without considering the sound transfer function and the sound insulation material skin vibration ratio, and compared with the conventional vibration analysis apparatus in which the vibration analysis such as the sound generation contribution is performed. It is possible to perform sound pressure sensitivity calculation and vibration analysis with high accuracy.
なお、「音響伝達関数」は、予め設定された測定点(耳位置)と各評価パネル近傍との間の音響伝達関数であり、体積加速度に対する測定点における音圧の比である。「防音材表皮振動比」は、金属などにて形成されたパネルとこれに接合された防音材とよりなるパネル部材の各評価パネルにおいて、パネルの振動振幅に対する防音材の振動振幅の比である。「音圧感度」は、パネル部材に入力される外力に対する音圧の比であり、具体的には後述の式(3)に従って演算される。「音圧感度」は、振動の周波数によって異なる値になる。 The "acoustic transfer function" is an acoustic transfer function between a measurement point (ear position) set in advance and the vicinity of each evaluation panel, and is a ratio of sound pressure at the measurement point to the volume acceleration. The “soundproof skin vibration ratio” is the ratio of the vibration amplitude of the soundproofing material to the vibrational amplitude of the panel in each evaluation panel of the panel member consisting of the panel formed of metal or the like and the soundproofing material joined thereto. . The “sound pressure sensitivity” is the ratio of the sound pressure to the external force input to the panel member, and is specifically calculated according to the equation (3) described later. "Sound pressure sensitivity" takes different values depending on the frequency of vibration.
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いられた符号が括弧書きで添えられている。しかし、本発明の各構成要素は、括弧書きで添えられた符号に対応する実施形態の構成要素に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 In the above description, in order to help the understanding of the present invention, the reference numerals used in the embodiments are attached in parentheses to the configuration of the invention corresponding to the embodiments to be described later. However, each component of the present invention is not limited to the component of the embodiment corresponding to the code attached in parentheses. Other objects, other features and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of the embodiments of the present invention which is described with reference to the following drawings.
以下に添付の図を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
図1において、本発明の実施形態にかかる車両のパネル部材の振動解析装置10は、記憶装置12、演算装置14、表示装置16及び入力装置18を有している。記憶装置12及び演算装置14は、必要に応じて相互に情報の授受を行い、入力装置18は記憶装置12及び演算装置14に対し必要なデータ及び指令を入力するためにオペレータによって操作される。なお、図1には示されていないが、振動解析装置10は、記憶装置12としてのハードディスク及びRAM、演算装置14としてのCPU、表示装置16としてのモニタ、入力装置18としてのキーボード及びマウスなどを有するパーソナルコンピュータであってよい。
In FIG. 1, a
図2は、振動解析装置10により振動解析されるべき車両のパネル部材の例として、フロアパネル部材20の一部(フロントフロアパネル)を示している。フロアパネル部材20は、車幅方向中央部において車両前後方向に延在する畝部20Aと、車幅方向両側部において上方へ延在する側辺部20Bとを有している。フロアパネル部材20は、車両前後方向及び車幅方向に延在する区画線22により、i=1からi=n(正の整数)までの実質的に矩形の複数の評価パネル24iに区画されており、○印26は音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiを測定する位置を示している。なお、図には示されていないが、振動解析されるべき車両の他のパネル部材も同様に複数の評価パネルに区画される。他のパネル部材として、例えばルーフパネル、ウインドシールド(フロントガラス)、リヤパネル、サイドドアなどがある。
FIG. 2 shows a part (front floor panel) of the
例えば、有限要素法により外力Fがパネル部材に入力されたときの振動シミュレーションが実行され、記憶装置12は、振動シミュレーションにより求められた振動解析されるべきパネル部材についての等価放射パワーERPpaneliを記憶している。有限要素法による振動シミュレーションは、そのプログラムがハードディスクに記憶され、CPUによってプログラムが実行されることにより行われてもよく、またパネル振動解析装置10とは別の装置により行われてもよい。
For example, a simulation of vibration when an external force F is input to the panel member is executed by the finite element method, and the
なお、図には示されていないが、各評価パネル24iはj=1からj=m(正の整数)までの複数の要素に区画されている。等価放射パワーERPpaneliは、周知のように、空気のインピーダンスをρcとし、各要素の速度成分をVj(j=1〜m)とし、各要素の面積をDj(j=1〜m)として、下記の式(1)に従って演算されてよい。
また、記憶装置12は、評価パネル24iについて実験により計測された音響伝達関数P/Qiを記憶している。なお、音響伝達関数P/Qiは、予め設定された測定点(耳位置)と各評価パネル近傍との間の音響伝達関数であり、体積加速度Qiに対する測定点における音圧Pの比である。
Further, the
更に、記憶装置12は、振動解析されるべきパネル部材の各評価パネル24iについて実験により計測された防音材表皮振動比γi(i=1〜n)を記憶している。図3に示されているように、フロアパネル部材20のようなパネル部材28は、金属製のパネル30と、合成樹脂などにて形成されパネル30に接合された防音材32とよりなっている。パネル30の表面に取り付けられた加速度計34及びこれに整合する位置にて防音材32の表面に取り付けられた加速度計36により、それぞれパネル30及び防音材32の振動(振幅)Apaneli及びAtrimiが各評価パネル24iについて計測される。そして、防音材表皮振動比γiは、各評価パネルについての振動増幅比Atrimi/Apaneliとして演算される。
Furthermore, the
なお、各評価パネル24iについて、測定位置26及びその近傍の複数の位置において振動Apaneli及びAtrimiが計測され、各振動増幅比Atrimi/Apaneliの平均値として防音材表皮振動比γiが演算されてもよい。
For each
更に、記憶装置12は、後述の図4に示されたフローチャートに対応する制御プログラムを記憶している。演算装置14は、制御プログラムを実行することにより、等価放射パワーERPpaneli、音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiに基づいて、振動解析されるべき各パネル部材について音圧感度P/Fの演算及び発音寄与の解析を行う。表示装置16は、制御プログラムに基づく必要な情報の表示を行うと共に、必要に応じてオペレータに指令及びデータ入力を促すメッセージを表示する。
Furthermore, the
次に、図4に示されたフローチャートを参照して実施形態における音圧感度P/Fの演算及び発音寄与の解析の制御ルーチンについて説明する。図4に示されたフローチャートによる制御は、表示装置16に表示された制御プログラムのスタートボタンがクリックされたときに実行される。なお、下記の説明においては、図4に示されたフローチャートによる制御を単に「制御」と指称する。
Next, the control routine of the calculation of the sound pressure sensitivity P / F and the analysis of the sound production contribution in the embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The control according to the flowchart shown in FIG. 4 is executed when the start button of the control program displayed on the
まず、ステップ10においては、オペレータによって入力装置18が操作されることにより、音圧感度P/Fの演算及び発音寄与の解析が行われるべき車両のパネル部材が、例えばフロアパネル、ルーフパネル、フロントガラス、リヤパネル、サイドドアに設定される。設定されたパネル部材は記憶装置12に記憶される。
First, in
ステップ20においては、記憶装置12が振動シミュレーションにより求められた等価放射パワーERPpaneliをステップ10において設定された全てのパネル部材について記憶しているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには制御はステップ40へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ30へ進む。
In
ステップ30においては、未入力の等価放射パワーERPpaneliの入力を催促する旨のメッセージが表示装置16に表示され、更に所定の時間の待機が行われ、その後制御はステップ20へ戻る。
In
ステップ40においては、記憶装置12が実験により計測された音響伝達関数P/Qiをステップ10において設定された全てのパネル部材について記憶しているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには制御はステップ60へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ50へ進む。
In
ステップ50においては、未入力の音響伝達関数P/Qiの入力を催促する旨のメッセージが表示装置16に表示され、更に所定の時間の待機が行われ、その後制御はステップ40へ戻る。
In
ステップ60においては、記憶装置12が実験により計測された防音材表皮振動比γiをステップ10において設定された全てのパネル部材について記憶しているか否かの判別が行われる。肯定判別が行われたときには制御はステップ80へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ70へ進む。
In
ステップ70においては、防音材表皮振動比γiの入力を催促する旨のメッセージが表示装置16に表示され、更に所定の時間の待機が行われ、その後制御はステップ60へ戻る。
In
ステップ80においては、等価放射パワーERPpaneliに基づいて、下記の式(2)に従って各評価パネル24iの平均振動Apanelaiが演算される。
ステップ90においては、各評価パネル24iの平均振動Apanelai、音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiに基づいて、下記の式(3)に従って例えば100〜600[Hz]の種々の周波数について音圧感度P/F[dB]が演算される。なお、音圧感度P/Fは、ステップ10において設定された全てのパネル部材について演算される。
ステップ100においては、ステップ10において設定された全てのパネル部材についての音圧感度P/Fの和として車内音[dB]が演算され、車内音に対する各パネル部材の音圧感度P/Fの関係(影響度合)として発音寄与が解析される。
In
ステップ110においては、ステップ90において演算された音圧感度P/F及びステップ100において求められた車内音と周波数[Hz]との関係が表示装置16に表示される。なお、表示される項目及び表示の態様などをオペレータが入力装置18の操作によって選択することができるようになっていてよい。
In
例えば、図5の実線は、実施形態に従って演算された車内音[dB]と周波数[Hz]の関係の一例を示している。図5の破線は、実測値であり、実施形態に従って演算された音圧感度の基づく車内音は、200〜500Hzの中周波数帯域においても実測値との対応がよいことが解る。従って、本発明の振動解析装置10によれば、周波数と車内音との関係を精度よく推定することができる。
For example, the solid line in FIG. 5 shows an example of the relationship between in-vehicle sound [dB] and frequency [Hz] calculated according to the embodiment. The broken line in FIG. 5 is an actual measurement value, and it is understood that the in-vehicle sound based on the sound pressure sensitivity calculated according to the embodiment has a good correspondence with the actual measurement value even in the middle frequency band of 200 to 500 Hz. Therefore, according to the
なお、図5には、前述の特許文献1に記載された振動解析装置のように音響伝達関数及び防音材表皮振動比が考慮されることなく等価放射パワーERPに基づいて振動が解析される従来の振動解析装置により求められる周波数と車内音との関係は図示されていない。しかし、本発明の振動解析装置10によれば、等価放射パワーに加えて音響伝達関数及び防音材表皮振動比を使用して音圧感度P/Fが演算されるので、公知の振動解析装置に比して、音圧感度P/Fを高精度に演算し、振動解析の精度を高くすることができる。
In addition, in FIG. 5, the vibration is analyzed based on the equivalent radiation power ERP without considering the acoustic transfer function and the sound insulation material skin vibration ratio like the vibration analysis device described in the above-mentioned patent document 1 The relationship between the frequency required by the vibration analysis device of and the vehicle interior sound is not shown. However, according to the
また、図6は、種々のパネル部材について音圧感度P/Fと周波数[Hz]との関係の例を車内音と共に示している。図示の例の場合、260Hzの車内音に対する発音寄与はルーフパネルが最も高く、360Hzの車内音に対する発音寄与はウインドシールド、即ちフロントガラスが最も高いことが解る。図6から、実施形態に従って種々のパネル部材について音圧感度P/Fと周波数[Hz]との関係を求めることにより、車内音のレベルが高い周波数について、発音寄与の高いパネル部材を高精度に特定することができる。 Further, FIG. 6 shows an example of the relationship between the sound pressure sensitivity P / F and the frequency [Hz] for various panel members together with the in-vehicle sound. In the case of the illustrated example, it is understood that the sounding contribution to the in-vehicle sound at 260 Hz is the highest for the roof panel, and the sounding contribution to the in-vehicle sound at 360 Hz is the highest for the windshield, ie, the windshield. By obtaining the relationship between the sound pressure sensitivity P / F and the frequency [Hz] for various panel members according to the embodiment from FIG. It can be identified.
更に、図7は、ルーフパネル32の各評価パネル24iについて発音レベルを示す平面図であり、図8は、フロントガラス34の各評価パネル24iについて発音レベルを示す背面図である。図7及び図8において、各評価パネル24iが塗りつぶされているが、塗りつぶしの密度が高いほど発音レベルが高い。図7及び図8から、パネル部材の部位によって発音の大小が異なることが解る。よって、実施形態に従って種々のパネル部材の各評価パネルについて発音レベルを求めることにより、発音を低減すべき部位を高精度に特定することができる。
Furthermore, FIG. 7 is a plan view showing the sound generation level of each
図9は、上述の実施形態による振動解析装置10を使用して車両のパネル部材の振動解析が行われる場合の手順及び信号処理を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure and signal processing when vibration analysis of a panel member of a vehicle is performed using the
ステップ210においては、振動解析されるべき車両の全てのパネル部材について、有限要素法により外力Fがパネル部材に入力されたときの振動シミュレーションが実行されることにより、等価放射パワーERPpaneliが演算される。
In
ステップ220においては、全てのパネル部材についての等価放射パワーERPpaneliが、オペレータによって振動解析装置10へ入力され、記憶装置12に保存される。なお、振動シミュレーション及び等価放射パワーERPpaneliの演算が振動解析装置10により実行される場合には、オペレータによる入力は不要である。
In
ステップ230においては、振動解析装置10により、全てのパネル部材について、等価放射パワーERPpaneliに基づいて上記式(2)に従って各評価パネルの平均振動Apanelaiが演算される。
In
ステップ240においては、全てのパネル部材の各評価パネルについて、音響伝達関数P/Qiが実験により計測され、ステップ250においては、音響伝達関数P/Qiがオペレータによって振動解析装置10へ入力され、記憶装置12に保存される。
In
同様に、ステップ260においては、全てのパネル部材の各評価パネルについて、防音材表皮振動比γiが実験により計測され、ステップ270においては、防音材表皮振動比γiがオペレータによって振動解析装置10へ入力され、記憶装置12に保存される。
Similarly, in step 260, the sound insulation skin vibration ratio γi is measured by experiment for each evaluation panel of all panel members, and in
なお、ステップ210〜230、ステップ240及び250、及びステップ260及び270の実行順序は、上記の順序に限定されず、下記のステップ280が開始されるまでに、平均振動Apanelai、音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiが記憶装置12に記憶されていればよい。
Note that the execution order of
ステップ280においては、全てのパネル部材について、各評価パネル24iの平均振動Apanelai、音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiに基づいて、上記式(3)に従って音圧感度P/F[dB]が演算される。
In
ステップ290においては、全てのパネル部材についての音圧感度P/Fの和として車内音が演算されると共に、全てのパネル部材についての音圧感度P/F及び車内音と周波数[Hz]との関係が求められる。また、車内音に対する各パネル部材の音圧感度P/Fの関係として発音寄与が解析される。
In
ステップ300においては、全てのパネル部材についての音圧感度P/F及び車内音と周波数[Hz]との関係、車内音に対する各パネル部材の発音寄与などが表示される。
In
以上の説明から、実施形態の振動解析装置10を使用すれば、図9に示された車両のパネル部材の振動解析の方法を効率的に実施し、解析結果を効率的に表示することができることが解る。
From the above description, by using the
以上においては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。 Although the invention has been described in detail with reference to particular embodiments, the invention is not limited to the embodiments described above, and various other embodiments are possible within the scope of the invention. Will be apparent to those skilled in the art.
例えば、上述の実施形態においては、ステップ10において、オペレータによって入力装置18が操作されることにより、音圧感度P/Fの演算及び発音寄与の解析が行われるべき車両のパネル部材が設定される。しかし、音圧感度P/Fの演算及び発音寄与の解析が行われるべき車両のパネル部材が決まっている場合には、ステップ10は省略されてよい。
For example, in the above embodiment, in
また、上述の実施形態においては、ステップ20、40及び60において、記憶装置12がそれぞれ等価放射パワーERPpaneli、音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiを記憶しているか否かの判別が行われる。しかし、オペレータが等価放射パワーERPpaneli、音響伝達関数P/Qi及び防音材表皮振動比γiを入力した後に音圧感度P/Fの演算及び発音寄与の解析を行う場合には、ステップ20〜70が省略されてよい。
In the above-described embodiment, in
更に、上述の実施形態においては、ステップ90において、音圧感度P/Fは、上記式(3)に従って(Apanelai/F)×Siの絶対値、P/Qiの絶対値及びγiの絶対値の積の二乗和平方根として演算される。しかし、三つの絶対値の少なくとも一つに重み係数が乗算されてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, in
10…振動解析装置、12…記憶装置、14…演算装置、16…表示装置、18…入力装置、20…フロアパネル部材、22…区画線、24i…評価パネル、28…パネル部材、32…防音材
DESCRIPTION OF
Claims (1)
In the vibration analysis apparatus for a panel member of a vehicle comprising a storage means and a calculation means, the storage means is equivalent radiation power obtained by vibration simulation for a plurality of evaluation panels of the panel member to be subjected to a vibration analysis of the vehicle; The acoustic transfer function measured by experiment for the plurality of evaluation panels and the sound insulation material skin vibration ratio measured by experiment for the plurality of evaluation panels are configured to be stored, and the calculation unit is configured to calculate the equivalent radiation power An apparatus for analyzing vibration of a panel member of a vehicle configured to calculate sound pressure sensitivity for the panel member based on the acoustic transfer function and the sound insulation skin frequency.
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