中華汽車透過Actran進行噪音之聲源估算和響應驗證

 

中華汽車以Actran進行模擬分析，建立小貨車通過噪音的推估模擬流程，不僅大幅減少分析時間從100小時到2小時，也提高分析研究的頻率到5000Hz。

 

背景和挑戰

2 0 1 8 年，台灣的環境保護署公佈第六期的機動車輛噪音管制標準，包含機動車輛加速噪音、原地噪音之噪音管制標準值。這期的新法規降低了小貨車的噪音標準值。從法規標準第一期到第六期的數值變化能看出法規的趨勢，主管單位對於小貨車加速噪音的要求越來越嚴格。這點讓中華汽車的小貨車在設計上要有更高的噪音指標。車輛NVH團隊因此面臨更高要求的挑戰，同時可能花費增加、工作變得繁重，利潤也會受到影響。

 

未來，小貨車的加速噪音法規會要求越來越高，從2021年的71db來看，2025年可降到69db。

NVH團隊如何對應新的法規要求

合 併 測 試 和 模 擬 來 處 理 通 過 噪 音 的 問 題

1. 結合遠/近場聲學量測方法，進行3D聲源定位

2. 利用數值模擬，進行通過噪音外聲場分析

以數值模擬進行通過噪音外聲場分析
2018年，中華汽車使用邊界元素法(BoundaryElement Method,BEM)模擬通過噪音。2019年第24屆的SAE研討會發表成果。該篇研究的噪音貢獻區間是在100到4000Hz。當時採用的分析方法，因為計算效率的問題，無法計算到更高頻率的區間。甚至在頻率100~2000Hz，計算時間已超過100小時，而且從實測看來誤差高達9dB。為改善以上限制，中華汽車提出三項模擬分析的需求：減少計算時間、增加計算頻寬、提升計算結果精準度。而解決方法分別是:改採用1)有限元素法；2)高效能計算(High Performance Computing,HPC)；3)自適應網格。Actran軟體完全符合上述的需求。中華汽車因此在2020年開始使用Actran進行通過噪音模擬。短時間使用後，就已經有顯著的結果。

 

首先， 整體模擬的求解時間大幅降低。頻率100~2000Hz範圍，只需要2小時就能計算出來，相較原先的1 0 0 小時更有效率。而頻率2000~5000Hz的範圍，計算時間約7小時。

聲源推估用的是間接聲源推估法。以模擬計算各音源至近聲場位置的噪音傳遞函數(Noise Transfer Function, NFT)，將該NFT乘上音源，就是該位置的響應噪音(由近聲場麥克風量測得到)。由以上公式，可以推算出音源的聲音量值曲線。而這個推估出來的音源量值曲線，再和財團法人車輛研究測試中心(ARTC)實際量測音源量值的結果相驗證。

在這裡依據音源的數量，傳遞函數是一個9×9的方形矩陣，直接計算求解非常複雜。所以將問題簡化，假設各音源互不干擾，耦合項為零，將問題簡化為9個一元方程式，可直接求得各音源的量值。

上述的音源模擬相較實際量測，只有約0.2dB的差異，精準度大幅增加。

Actran後處理手法應用於對策解析

Actran VI (Actran的前後處理軟體)有適合的功能，能幫助使用者找出噪音貢獻最高的音源位置，以擬定抑制噪音的對策。以下是此案例處理模擬結果的步驟:

1. 找到左、右兩側通過噪音最高的時間點，優先處理兩者中噪音較高的。

2. 找出上述噪音最高時刻點的位置

3. 找出上述位置(1.93公尺的)的響應頻率，並找出量值最高的頻率(1540Hz)

4. 將各音源的貢獻度列出來，找出對1540Hz的噪音貢獻度最高的音源

5. 再從這個貢獻度最高的音源位置，進行遮/隔音。使用隔音材料來降低噪音。

2020年，中華汽車提出整合模擬過程中各步驟用到功能為單一軟體工具的想法，包含音源分析、計算傳遞函數，響應疊加和貢獻量分析。由 Hexagon 的業務同仁反應需求給 Actran 的開發團隊。2021年， Actran 發表了針對通過噪音模擬設計的後處理工具 Actran Workflow Manager-Pass by Noise 模組，將所需的功能整合在一個介面上，方便使用。

 

 

結論

 

第六期機動車輛管制標準的實施，對小貨車的通過噪音 ，特別是加速噪音的標準值 ，要求更嚴格了 。 這也表示中華汽車在小貨車的設計上 ，對抑 Actran軟體的功能符合中華汽車在噪音模擬上多樣化的需求 。 此外 ，因應中華汽車期待整合通過噪音模擬各功能整合的需求 ，Hexagon 在一年內快速提供 Pass by Noise Workflow Manager 軟體工具， 整合 Pass by Noise 模擬分析需要的功能在一個介面，方便使用者進行後處理模擬分析 。現今 ，這套工具軟體在 Hexagon 位於台灣與中國的技術人員的共同合作下 ，已經成功推廣到車輛產業。

(以上圖片來源:Hexagon Case Study-小貨車通過噪音之聲源估算和響應驗證)

 

＊補充第六期機動車輛管制標準：

針對台灣車輛噪音管制所設立的法規，以降低車輛對環境的噪音影響。 該標準依據歐盟最新的噪音管制規範制定，適用於台灣自2017年以後出廠的新型車輛。 這一規範涵蓋了多種車型，從一般小客車到重型車輛，並對各類車型的加速噪音和原地噪音設置不同的標準。 根據標準要求，新車型在進行加速噪音和原地噪音檢測時需符合不同的上限值。 比如，小型車加速噪音標準一般需控制在73到80分貝範圍內，而重型車則可能允許稍高的噪音上限。為了達到國際規範的趨勢，該標準要求使用更安靜的技術和材料，特別是在排氣系統中加入吸音材料以減少噪音，並強調車輛的長期耐久性測試。 未來，這些噪音管制要求也將隨著科技進步逐步提高，以確保台灣的車輛噪音控制標準能夠和國際接軌。

*補充：

NVH (Noise, Vibration, and Harshness) 是指車輛在行駛過程中產生的噪音、振動以及不舒適感，常用來衡量車輛的品質和舒適性。

• Noise (噪音)：車內和車外的噪音，包括引擎、排氣系統、車輪、風切聲等。這些噪音會影響車內的安靜程度和乘坐體驗。
• Vibration (振動)：由於引擎運轉、車身結構、懸吊系統等因素引起的振動。這些振動若過度，會導致不舒適的駕乘感受，並可能影響車輛壽命。
• Harshness (粗糙感)：主要指駕駛過程中的行駛平穩度和舒適性。粗糙感通常源於地面不平、車輛結構等，影響乘坐的安穩感受。

NVH 控制技術的目標在於降低噪音、減少振動及提升舒適度，從而提升駕駛者和乘客的體驗，並增強車輛的競爭力。

 

 

中華汽車：

中華汽車工業股份有限公司（China Motor Corporation），中文簡稱中華汽車，英文簡稱CMC，是臺灣的一家商用及乘用汽車製造商，由裕隆汽車創辦人嚴慶齡於1969年成立。中華汽車初期採技術轉移的方式負責生產三菱汽車之商用車，而後三菱汽車與三菱商事才以轉投資的方式投資25%的中華汽車股份。中華汽車持續開發國內外市場，自行研發新型車款，且設立汽車開發研究中心。

 

Actran 用 在 各 種 形 式 的 聲 學 模 型

Actran 是解決聲學、振動聲學和氣動聲學問題的主要聲學軟體。 Actran 被汽車製造商和供應商、航空航太以及消費品製造商所使用，它幫助工程師更好地理解和改進其設計的聲學性能。 Actran 提供了一個豐富的材料模型庫、一個包含無限單元的完整單元庫、解決大型問題的高性能解決方案和一個用戶友好的GUI，可以根據您的需要進行高度定制。 Actran 具有模組化的特性，可以根據您的應用程式和需求進行部署。

Actran is the premier acoustics software to solve acoustics, vibro-acoustics, and aero-acoustics problems. Used by automotive manufacturers and suppliers, aerospace and defense companies, and consumer product manufacturers, Actran helps engineers better understand and improve the acoustics performance of their designs.

Actran provides a rich library of material models, a complete element library that includes infinite elements, high performance solvers to solve large size problems and a user-friendly GUI that is highly customizable to your needs. Actran, with its modular nature, can be deployed based on your applications and requirements.

 

常 見 應 用 的 產 業

• 航太: 經過駕駛艙和機身、發動機短艙內襯、機身和駕駛艙絕緣、ECS（環境控制系統）、APU 和 ECS 入口和出口消音器、後緣、聲納、直升機渦輪噪聲、起飛時火箭有效載荷的隨機動態響應的聲音傳輸，聲納。

 

• 車輛: 動力總成、裝飾設計、風噪聲、發動機部件、壓縮機、進氣歧管、空氣濾清器、閥蓋、擋板、電動機、揚聲器、消聲器、輪胎噪聲、消音器、高壓分配管道、馬達、齒輪箱。

 

• 消費品: 電話、免提電話通訊、耳機、揚聲器、助聽器、樂器、洗衣機、冰箱、吸塵器。

 

• 電子產品: 光碟硬碟等轉動裝置、手機、相機、液晶投影設備的風扇。

 

• 機械裝置: 渦輪機械、暖通空調、割草機和農業機械、排氣系統、馬達。

 

 

 

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