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采用先進(jìn)的聲學(xué)數(shù)值仿真技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)汽車(chē)的高效聲音示警系統(tǒng)

2018-12-21 20:06:32·  來(lái)源：Siemens PLM Software  
　
由于全球各地道路上電動(dòng)汽車(chē)(EV)的日益增多，我們需要采用先進(jìn)的聲學(xué)數(shù)值仿真技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)汽車(chē)的高效聲音示警系統(tǒng)
由于全球各地道路上電動(dòng)汽車(chē)(EV)的日益增多，我們需要采用先進(jìn)的聲學(xué)數(shù)值仿真技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)汽車(chē)的高效聲音示警系統(tǒng)
 
當(dāng)純電以及混合動(dòng)力汽車(chē)以全電動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何引擎聲，這可能會(huì)給交通弱勢(shì)群體(VRU)帶來(lái)危險(xiǎn)。如果車(chē)輛是以低速運(yùn)行，則連胎噪都不會(huì)產(chǎn)生，這種情況下，交通弱勢(shì)群體的處境就更為危險(xiǎn)。隨著法律法規(guī)的不斷完善，政府鼓勵(lì)汽車(chē)制造商們研究電動(dòng)汽車(chē)外部示警信號(hào)，以提高其他道路使用者的安全性。要設(shè)計(jì)示警聲音系統(tǒng)（如圖1），就需要設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)穆曇魞?nèi)容，實(shí)現(xiàn)示警效果與環(huán)境干擾的平衡，所設(shè)計(jì)的聲音系統(tǒng)應(yīng)采用單揚(yáng)聲器或多揚(yáng)聲器配置，從而達(dá)到所需的聲音指向性要求。

為了確保全方位示警信號(hào)不污染環(huán)境，最好引導(dǎo)聲音傳播到需要作用之處，因此就需要對(duì)聲音系統(tǒng)進(jìn)行配置。如果將一排揚(yáng)聲器安裝在前保險(xiǎn)桿上或發(fā)動(dòng)機(jī)艙中，則采用波束成形技術(shù)有助實(shí)現(xiàn)示警聲音所需的指向性。對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠幾何形狀和揚(yáng)聲器配置建立虛擬原型,則可通過(guò)頗具吸引力的視角，對(duì)各種環(huán)境條件(存在其他車(chē)輛、建筑物、天氣條件等)快速評(píng)估不同的波束成形算法。

對(duì)于在此類(lèi)應(yīng)用中采用LMSVirtual.LabTM聲學(xué)軟件分析外部聲音傳播方面，LMS工程團(tuán)隊(duì)具有極其豐富的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)考慮諧波非耦合聲音輻射時(shí)，借助施加的法向速度邊界條件來(lái)模擬揚(yáng)聲器激勵(lì)，并通常在當(dāng)前工程實(shí)踐中采用兩種數(shù)值建模方法。

在僅需要考慮保險(xiǎn)杠的情境下，通常會(huì)將有限元方法(FEM)與自動(dòng)匹配層(AML)結(jié)合使用,以在外部FEM邊界實(shí)現(xiàn)無(wú)反射邊界條件（如圖2）。此方法有利于工程師們快速獲取揚(yáng)聲器與VRU觀察者之間必要的傳遞函數(shù)，并將該傳遞函數(shù)反過(guò)來(lái)用于波束成形算法，從而確定不同揚(yáng)聲器之間的延遲，以便對(duì)聲音進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。
 
對(duì)于附近有其他汽車(chē)的情境，邊界元方法(BEM)提供了一種極具吸引力的可替換方案，原因是與面向此類(lèi)情境的FEM方法相比，縮小了模型。BEM模型包含其他所有汽車(chē)和道路表面的幾何圖形（包括反射屬性），也可以包含其他車(chē)輛所產(chǎn)生的其他噪音源，其中包括排氣尾管噪音、內(nèi)燃機(jī)引擎噪音或其他示警信號(hào)。圖3展示的是停在距示范運(yùn)行車(chē)輛前方5米路旁的兩輛汽車(chē)的模型。
工程師可利用該仿真來(lái)預(yù)測(cè)站在所停車(chē)輛之間的行人所能聽(tīng)到的示警信號(hào)的音量大小。如圖3所示，兩輛汽車(chē)的存在會(huì)屏蔽該區(qū)域，從而增加覺(jué)察不到的風(fēng)險(xiǎn)。得益于用于聲學(xué)仿真的先進(jìn)數(shù)值方法，此項(xiàng)性能評(píng)估可以快速實(shí)施，并能夠在制作任何物理原型之前對(duì)多種設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，從而降低了總體開(kāi)發(fā)成本。各汽車(chē)制造商可對(duì)其示警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能進(jìn)行仿真，從而著重進(jìn)行幾何學(xué)-聲學(xué)和控制方面的優(yōu)化。聲學(xué)仿真可讓設(shè)計(jì)在不同環(huán)境下的性能和魯棒性得到快速的評(píng)估。仿真模型可以考慮溫度和濕度所產(chǎn)生的影響。這樣有利于評(píng)估在不同天氣條件下波束成形算法的魯棒性。
 
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