JP7488952B2 - 車両の通過騒音を低減する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、車両の通過騒音(PBN:Pass-By Noise)を低減するための、コンピュータで実現されるシミュレーション及び設計方法に関するものである。
ホモロゲーション(車両型式認証)要件は、許容可能な車両の通過騒音(PBN)に関しては非常に厳格である。
本発明の好適な特徴は従属請求項の対象である。
・転動するタイヤのFEMシミュレーションを実行する。実際のタイヤの全部の構造及びパターンの特徴を有するタイヤに対して、陽的FEMシミュレーションを実行することが好ましい。シミュレーション環境内で、タイヤを基準面(道路またはドラム)に対して載荷して、所望の速度で回転させる。基準面は、完全に平滑にすることも、実際のアスファルトのより現実的な幾何学的特徴(例えば、微小または粗大な粗さ)を含むこともできる。このシミュレーションは、時間領域でラグランジュ法を用いて実行することが好ましい。好適例では、ノードを有するメッシュによってタイヤを表現して、サンプリングの瞬時毎に、時間と共に位置が変化するノード毎に、タイヤ振動を計算する。このようにして、サンプリングの瞬時毎に振動マップが得られる。後続する音響シミュレーション・ステップと区別するために、転動するタイヤのFEMシミュレーションを以後「構造」シミュレーションとして定義し、使用するメッシュを「構造メッシュ」として定義する。タイヤの構造メッシュは、タイヤの全構成部品及び全特徴(即ち、タイヤの内部からタイヤの外表面-接地するトレッドまで)を含む3D(three-dimensional:3次元)または2D(two-dimensional:2次元)要素で構成されるメッシュである。
・マッピング・プロセスを実行して、前のステップの構造シミュレーション結果から始まる後続ステップの走行中の音響シミュレーションを実行することを可能にする。実際には、大部分の効率的な音響ソルバー(問題解決プログラム)は、静止メッシュ(移動しないノード)を有する周波数領域内で機能することを考慮すれば、(タイヤの転動に起因してノードが時間と共に移動する)前のステップの構造シミュレーションから来るデータを直接使用することはほとんど不可能である。
マッピング・プロセスはカスタマイズされたアルゴリズムに基づき、このアルゴリズムは、タイヤの転動シミュレーションの出力、即ち振動マップまたは転動メッシュ(即ち構造メッシュ)を非転動メッシュ(以後タイヤの音響メッシュと称する)に変換する。このステップは、振動を、ラグランジュ領域(転動メッシュ)からオイラー領域(非転動メッシュ)に変換することが好ましく、後者を音響シミュレーション用に用いる。タイヤの音響メッシュは2D要素のみで構成されるメッシュであり、タイヤの構造メッシュの外層(または表皮)をコピー/再現する(但し必ずしも一致しない)。具体的実現では、タイヤの音響メッシュを、関心事の周波数範囲に応じた分解能(即ち、メッシュサイズ)のレベルに簡略化する(例えば、より粗くして、比較的小さい細部を除去する)。
・音響シミュレーションを実行する。前のステップのマッピング・プロセスから得られる振動場を、タイヤの外側の音響的挙動のFEMシミュレーションの境界条件として用いる。
図1を参照すれば、本発明の好適な実施形態によるシミュレーション方法が次のものを入力として受ける:
・車体モデル、例えば既存の車体のスキャン(走査)及びメッシュ化のプロセスによって得られる;
・タイヤモデル、例えばFEMモデル;
・吸音材モデル、特に発泡材料、例えば、既知の技術の材料特性化及び材料モデル化によって得られ、これもチャート(図表)の形に表現され、これらのチャートは、例えば、周波数に対してマッピングされた吸音率に基づき;上記方法が、できれば付加領域にも応じた最も適切なものを選択することを可能にするために、複数の吸音材モデルを入力することもできる。
・音響メッシュのターゲット・ノード毎に、入力された構造メッシュの複数の最寄りのノードを選択する。
・構造メッシュのノードと音響メッシュのノードとの間の補間を実行して、振動結果を音響メッシュに変換する。具体的には、上記ターゲット・ノードについて振動変数の加重平均値を計算し、この計算は、上記選択した最寄りの入力されたノードの上記振動変数の値から開始する。
・最寄りの入力されたノードの数は1~8の好適な範囲であり、次式の距離の逆数で重み付けした補間を用いる。
A=正規化係数
vj=音響メッシュのノードjにおける振動
vi=構造メッシュのノードiにおける振動
di,j=構造メッシュのノードiと音響メッシュのノードjとの間の距離。
・ノイズ経路を、例えば音響放射の伝達、増幅及び反射により車体に展開するものとして与え、閾値を上回り、周波数にもマッピングされるノイズレベルにより関心のある領域を特に参照する;
・特に周波数に特有の吸音度に関して異なる機械的及び物理的特性を有する吸音材の付加のシミュレーションを行う;
・吸音材の最適な位置、寸法、及び/または特性を、選択した周波数または周波数範囲における高い吸音性、及び例えば小さい付加重量の基準に基づいて選択する。
・特に、所定の周波数または周波数範囲における吸音度に関する、かつ好適には吸音材部品の隙間ゲージを含む、吸音材の位置決め及び機械的/物理的特性。
・上述したような車両モデル、メッシュに基づき、選択性分析用にWA成分とUB成分とに分解することを含む;
・上記に定義した吸音材モデル;
・4つのタイヤについてのタイヤモデル、各々が上記に定義した通りである;
・車両全体にわたる音響シミュレーション・プロファイル、8Hzの分解能を有することが好ましい;
・測定点、例えば、好適には二次元配列または三次元配列により配置されたマイクロホンのシミュレーションを行う。
本発明による方法の適用の例示的結果を示すために、図9を参照することができ、図9に方法の適用をシミュレーションの出力として報告する。具体的には、プロット図中に:
a.X軸上に、乗用車のPBN低減量を;
b.Y軸上に、アンダーボディ及びホイールアーチの音響パッケージ、即ち吸音材製の特徴的部品の付加重量を示す。
a.アンダーボディの音響パックを付加していない車両、従って、PBN削減は存在せず、車両の重量増加も存在しない(左下の0,0の点)。
b.車両内及びホイールアーチ・アンダーボディ領域内の利用可能な空間全体を覆うアンダーボディ及びホイールアーチの音響パックを有する車両。この構成は、既存の工業用の解決策を模擬し、この構成のシミュレーションを行うことは、アンダーボディの音響パックなしに対して2.2dB低減することを可能にし、その重量(車両にとっての付加重量)を100%(吸音材の種類に応じて、およそ5~10kg)として参照する。
c.最後に、本発明の背後にあるプロセスを適用した結果を報告し、ここでは、表示された車両のアンダーボディからわかるように、吸音材は一部の特定位置にしか配置されず、特定の寸法と形状、及び吸音の特徴を有する。最適な位置決めが、アンダーボディ全体の音響パックと同様な(2.2dBに対して2dBの)PBN低減を、但しずっと少量の吸音材で得ることを可能にすることは明らかであり、この場合、アンダーボディ全体の音響パックに対して30%の吸音材だけで十分である。吸音材部品の位置決め及び寸法決めは、図1及び3に関連して説明した方法を適用して得られる。
a.X軸:PBN低減の測定値、
b.Y軸:アンダーボディ及びホイールアーチの音響パックに由来する付加重量の値。
a.車両そのまま、特徴的な吸音材なし、従って、この場合は、0のPBN低減及び車両の付加重量としての0によって表される。
b.アンダーボディ及びホイールアーチのパッケージが許容する空間全体に配置された吸音材によって完全に覆われた車両。この場合は、既存の工業用の解決策を再現する。この構成は、1.5dBまで低減することを可能にし、付加重量の基準100%であることを、測定値は物語り、ここでも、この基準は吸音材の種類に基づく5kgから10kgまでの範囲の付加重量である。
c.以上に開示した方法により設計したアンダーボディ及びホイールアーチの音響パック、適切な形状及び寸法を有する正しい量の吸音材を配置する。この最適化された解決策は、1.2dBまで低減することを可能にし、従って、丁度半分の吸音材を用いることによって、基準の解決策の1.5dBに非常に近い。従って、半分の重量で、かつ、できればより低いコストを有する。
d.図10には、他の構成を報告し、この構成では、全体を覆うのに対して50%の吸音材を用いても、0.75dBのPBN低減しか得られない。このことは、アンダーボディ及びホイールアーチの音響パックが最適化されていなければ、PBNの低減が吸音材の量に単に比例したままに保たれることの証明である。
Claims (4)
- コンピュータで実現される車両の通過騒音(PBN)のシミュレーション方法であって、
(i) タイヤ音響モデル、車体の一部分のモデル、及び1つ以上の吸音材モデルを、計算モジュールへの入力として用意するステップであって、前記タイヤ音響モデルは、モデル化されたパターンの特徴を含み、該モデル化されたパターンの特徴は、横方向の溝、サイプ、シャンファーのうちの1つ以上を含むステップと、
(ii) 前記計算モジュールによって、前記タイヤ音響モデル及び前記車体の一部分のモデルに基づいて、前記タイヤ音響モデルの振動データを境界条件とする音響シミュレーションを実行し、前記音響シミュレーションの結果に基づいて、前記車体の一部分における1つ以上のノイズ経路を、所定周波数範囲内の周波数毎に識別するステップと、
(iii) 前記計算モジュールによって、前記車体の一部分のモデルにおける異なる多様な位置に、異なる多様な材料特性の前記吸音材モデルを付加して、音響シミュレーションを実行し、前記音響シミュレーションの結果に基づいて、通過騒音を最小化するために前記車体の一部分に配置される吸音材の位置及び材料特性を選択するステップとを含み、
前記ステップ(iii)が、約500~2000Hzの範囲内の1つ以上の周波数の通過騒音を最小化することを含み、
前記ステップ(iii)において、前記吸音材の前記選択した位置が、前記車両のホイールアーチ及び/またはアンダーボディ内の1つ以上の特定位置である方法。 - 前記1つ以上の吸音材モデルが、発泡材料のモデル、ポリウレタン(PU)のモデル、エチレン-プロピレン・ジエンモノマー(EPDM)のモデル、または他のあらゆる吸音材トポロジのモデルを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(iii)が、異なる吸音材の組合せを選択することをもたらす、請求項1または2に記載の方法。
- 請求項1~3のいずれかに記載のシミュレーション方法を含む車両設計方法。
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