案例分析|MSC软件助力雷诺汽车降低车辆通过噪声

概述

近年来，降低交通噪音、提升汽车舒适性已经成为全球性倡议。工程师不仅要满足苛刻的政府规定，还要改善乘客体验。其中一项要求就涉及到通常被称为通过噪声的测量过程。近来，通过噪声的最大允许声级一直在降低，这意味着商用车的设计出现了新的约束条件。

降低噪声排放的对策包括对噪声产生机制进行干预、控制噪声传播，从而降低各声源对噪声的贡献。添加吸音材料或者改变车辆部件的几何形状也是工程师们正在研究的解决这一问题的突破口。

雷诺公司由于拥有各式各样的车型，因此其团队必须根据未来的约束条件对通过噪声规定及设计车辆的发展变化作出预测。 雷诺公司决定增强其声学仿真能力，采用 MSC 软件公司旗下 FFT 的产品 Actran 对外部声波传播进行建模。借助 Actran，雷诺公司能够在设计阶段初期考虑车辆声学性能，从而改进设计并降低开发成本。

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我们曾经认为仿真的目标会受到计算模型空间域和频率域分析上限的限制。然而受益于Actran 的软件方法和高性能计算，我们最终得以实现设定的分析目标。

by Philippe Mordillat雷诺汽车方法开发部NVH CAE专家

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挑战
与汽车行业的许多专业人士一样，Philippe Mordillat 和 Cécile Dutrion 深知任何NVH团队所面临的挑战。雷诺汽车理论方法开发部的 NVH CAE 专家Philippe Mordillat 表示：“排放水平已经发生变化，同时改变的还有为满足规定需要采取的方法。我们要达到的噪声水平越来越严格。到 2020 年，将会初步降低噪声水平；到2024年，还要进一步降低！”

要想确保车辆能够符合这些规定，就得尽早在开发过程中采取行动。Philippe 说：“我们需要在汽车包装物中留出一些空间，以保证能在车内安装吸音材料。如果我们现在不预留出这些空间，将来就不可能符合规定。”

有鉴于此，已将仿真确定为 Philippe Mordillat 团队所要研究的解决途径。其目标是开发一种用来仿真通过噪声规定的 CAE 方法。Philippe解释道：“我们希望找到一种通用方法，能够适用于任何类型的车辆。我们需要掌握针对声源以及从这些声源到规定麦克风的传递函数的预测方法。在着手对此类仿真进行研究时，我们还需要一个基准。经过评估后，我们得出的结论是，Actran 具备了我们在仿真中想要的所有功能。”

解决方案

即使 Philippe 在数值仿真方面拥有 20 年的经验，但考虑到该项目的范围极为宏大，他预计仍会有一段艰难时期。他说：“我们曾经认为仿真的目标会受到计算模型空间域和频率域分析上限的限制。然而受益于Actran 的软件方法和高性能计算，我们最终得以实现设定的分析目标。”他补充道：“我们后来发现这个软件还有一个优点：能快速完成性能仿真，因此我们可以增加新的开发要求。”

关于 Actran 模型的细节，Philippe Mordillat 团队的 NVH 数值方法工程师 Cécile Dutrion 解释道：“我们正在考虑来自发动机、轮胎与路面接触、排气管线及进气口的噪声源。我们计算了声源与规定麦克风之间的传递函数，并依照其他计算值或者依照测量值对声源进行评估。这样我们就可以灵活地尝试不同声源与声学传递函数的组合。”

用于通过噪声数值评估的  Actran 模型

通过噪声测量现场

该项目旨在为任意型号的车辆开发一种通用方法，并且能够对各种车辆进行查验。因此计算性能方面至关重要。Cécile 说：“具备频率自适应自动网格划分功能的外部声学组件是一个非常有价值的功能。”Philippe 补充道：“借助 Actran，我们可以将考察发动机辐射噪声的运行时间缩短 5-7 倍。最初我们考虑的是计算到 2000Hz，那时我们认为 5000Hz 只能是一个梦想，但最终我们梦想成真。”

轮胎噪声辐射在5000Hz的声压云图

发动机声辐射（断面图）

结果

在研究通过噪声时，一定要确保数值仿真的准确性。测试期间记录到的绝对声级可确定车辆能否通过测试。Philippe 解释说：“在开展验证工作时，我们已经掌握了一些实物测试的测量结果。在我们启动这个项目的时候，一切还都遥不可及。我们不仅要分析结果，还要用我们当时建立的模型来弄清各种问题。如今我们对结果相当满意。我们只用了很短的时间就提高了准确度。”Philippe 总结道：“与最初的目标相比，我们达到了好得多的性能。我们对这一外部声学问题所做的研究是从零开始的，但在短短几年内就实现了项目目标，这让我也感到非常吃惊。”

关于雷诺

雷诺集团是一家总部设在法国的跨国公司，已有超过 115 年的历史。雷诺公司业务遍布 128 个国家，致力于设计、制造及销售私人车辆和商用车辆。雷诺公司在世界各地的员工超过 12 万名，汽车是他们共同的精神寄托。

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