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采用先進的聲學數值仿真技術來開發(fā)用于電動汽車的高效聲音示警系統(tǒng)

2018-12-21 20:06:32·  來源：Siemens PLM Software  
　
由于全球各地道路上電動汽車(EV)的日益增多，我們需要采用先進的聲學數值仿真技術來開發(fā)用于電動汽車的高效聲音示警系統(tǒng)
由于全球各地道路上電動汽車(EV)的日益增多，我們需要采用先進的聲學數值仿真技術來開發(fā)用于電動汽車的高效聲音示警系統(tǒng)
 
當純電以及混合動力汽車以全電動模式運行時不會產生任何引擎聲，這可能會給交通弱勢群體(VRU)帶來危險。如果車輛是以低速運行，則連胎噪都不會產生，這種情況下，交通弱勢群體的處境就更為危險。隨著法律法規(guī)的不斷完善，政府鼓勵汽車制造商們研究電動汽車外部示警信號，以提高其他道路使用者的安全性。要設計示警聲音系統(tǒng)（如圖1），就需要設計恰當的聲音內容，實現示警效果與環(huán)境干擾的平衡，所設計的聲音系統(tǒng)應采用單揚聲器或多揚聲器配置，從而達到所需的聲音指向性要求。

為了確保全方位示警信號不污染環(huán)境，最好引導聲音傳播到需要作用之處，因此就需要對聲音系統(tǒng)進行配置。如果將一排揚聲器安裝在前保險桿上或發(fā)動機艙中，則采用波束成形技術有助實現示警聲音所需的指向性。對汽車保險杠幾何形狀和揚聲器配置建立虛擬原型,則可通過頗具吸引力的視角，對各種環(huán)境條件(存在其他車輛、建筑物、天氣條件等)快速評估不同的波束成形算法。

對于在此類應用中采用LMSVirtual.LabTM聲學軟件分析外部聲音傳播方面，LMS工程團隊具有極其豐富的經驗。當考慮諧波非耦合聲音輻射時，借助施加的法向速度邊界條件來模擬揚聲器激勵，并通常在當前工程實踐中采用兩種數值建模方法。

在僅需要考慮保險杠的情境下，通常會將有限元方法(FEM)與自動匹配層(AML)結合使用,以在外部FEM邊界實現無反射邊界條件（如圖2）。此方法有利于工程師們快速獲取揚聲器與VRU觀察者之間必要的傳遞函數，并將該傳遞函數反過來用于波束成形算法，從而確定不同揚聲器之間的延遲，以便對聲音進行恰當的引導。
 
對于附近有其他汽車的情境，邊界元方法(BEM)提供了一種極具吸引力的可替換方案，原因是與面向此類情境的FEM方法相比，縮小了模型。BEM模型包含其他所有汽車和道路表面的幾何圖形（包括反射屬性），也可以包含其他車輛所產生的其他噪音源，其中包括排氣尾管噪音、內燃機引擎噪音或其他示警信號。圖3展示的是停在距示范運行車輛前方5米路旁的兩輛汽車的模型。
工程師可利用該仿真來預測站在所停車輛之間的行人所能聽到的示警信號的音量大小。如圖3所示，兩輛汽車的存在會屏蔽該區(qū)域，從而增加覺察不到的風險。得益于用于聲學仿真的先進數值方法，此項性能評估可以快速實施，并能夠在制作任何物理原型之前對多種設計進行評估，從而降低了總體開發(fā)成本。各汽車制造商可對其示警系統(tǒng)設計的性能進行仿真，從而著重進行幾何學-聲學和控制方面的優(yōu)化。聲學仿真可讓設計在不同環(huán)境下的性能和魯棒性得到快速的評估。仿真模型可以考慮溫度和濕度所產生的影響。這樣有利于評估在不同天氣條件下波束成形算法的魯棒性。
 
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