LMS 噪聲測試解決方案

文章來源于：西門子官網(wǎng)

滿足嚴(yán)苛的噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)

在城區(qū)，交通噪聲是導(dǎo)致不適的一大源頭，它影響著數(shù)百萬人的日常生活，并會對健康與生活質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為創(chuàng)造更為和諧宜居的生活環(huán)境、降低噪聲所帶來的風(fēng)險，立法委員們正依據(jù)通過噪聲(PBN)水平制定可以接受的噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)和承受極限。

通過噪聲測試是一個標(biāo)準(zhǔn)流程，專門針對國際標(biāo)準(zhǔn)組織 (ISO) 362 標(biāo)準(zhǔn)和歐盟經(jīng)濟(jì)委員會 (UN/ECE) R51 法規(guī)而開發(fā)設(shè)立。該程序可用于在室外測試賽道上測量車輛噪聲排放水平。其結(jié)果證明車輛是否符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。各類道路車輛均須通過此項認(rèn)證（包括卡車、公交車、摩托車、乘用車和旅行車）。

多種噪聲工程技術(shù)

歐盟 (EU) 范圍內(nèi)的噪聲限制分三個階段實施。乘用車噪聲限制從74dB(A)降至68dB(A)。第一階段將噪聲限制在72dB(A)，并已于2016年7月1日生效。這意味著所有新增機(jī)動車輛必須使用歐盟54/2014號法規(guī)所規(guī)定的ISO 362-1:2015新方法進(jìn)行測試。UN/ECE R51 (R51.03)法規(guī)（第3次修正）已經(jīng)實施，以在整體層面協(xié)調(diào)這些變化。

單一類型的通過噪聲工程技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益變化的需求。工程師們一直在對產(chǎn)生通過噪聲的各個部件（如發(fā)動機(jī)、排氣系統(tǒng)和輪胎）進(jìn)行深入研究。汽車工程團(tuán)隊可利 用這些技術(shù)確定哪些是應(yīng)著重處理的噪聲源，最有效地降低整體噪聲水平。此外，亦便于在子系統(tǒng)開發(fā)初期設(shè)定噪聲水平目標(biāo)。

用于室內(nèi)和室外 PBN 的創(chuàng)新技術(shù)

簡化認(rèn)證測試

開發(fā)識別通過噪聲源及設(shè)定噪聲目標(biāo)所需技術(shù)，對車輛工程團(tuán)隊來說至關(guān)重要。從認(rèn)證測試到噪聲源貢獻(xiàn)分析，Siemens PLM Software 為高級 PBN 工程提供了一整套行之有效的技術(shù)。Siemens PLM Software 通過噪聲解決方案提供了室外和室內(nèi)通過噪聲測試與分析、標(biāo)定和維護(hù)所需的全部硬件和軟件，這些解決方案均由經(jīng)驗豐富的 LMS Engineering 服務(wù)團(tuán)隊提供強(qiáng)大的支持。

Simcenter 產(chǎn)品組合中集成的 LMS 通過噪聲測試解決方案可提供以下服務(wù)：

在 LMS SCADAS 硬件數(shù)采平臺上提供完全集成的硬件解決方案

在 LMS Test.Lab 軟件平臺上提供包括處理、分析和報告等功能的軟件

駕駛員輔助功能，可保證實現(xiàn)最大效率和成功效，以便從一開始就能準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行測試

涵蓋絕大部分現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，并能夠加以擴(kuò)展

多種可擴(kuò)展的通過噪聲工程技術(shù)，用于高級聲源貢獻(xiàn)分析

• 可在開發(fā)流程前期進(jìn)行模擬

適用于通過噪聲工程的

全方位解決方案

簡化認(rèn)證測試

通過噪聲工程包括了整車廠 (OEM) 所需的完整流程，使最終原型車成功通過測試，流程包括：設(shè)定 PBN 目標(biāo)、在設(shè)計初期預(yù)測 PBN水平、評估各個噪聲源的噪聲水平，并執(zhí)行最終認(rèn)證測試。

Siemens PLM Software 的 LMS Test.Lab 可用于室外通過噪聲，并可針對特定用戶定義程序和特定需求進(jìn)行配置?，F(xiàn)提供以下兩種標(biāo)準(zhǔn) PBN 測試典型配置：

將 LMS SCADAS 置于車外測試跑道附近進(jìn)行測試

將 LMS SCADAS 置于車內(nèi)（獲取更多測量通道，以進(jìn)行深入分析）進(jìn)行測試

整套傳感器

同一套通過噪聲系統(tǒng)，滿足兩種配置使用要求。測試團(tuán)隊可以輕松切換或組合配置以進(jìn)行更高級測試。更新后的測試標(biāo)準(zhǔn)(ISO362:2015、UN/ECE R51.03、EU 54/2014法規(guī))對通過噪聲測試設(shè)備提出了更高的數(shù)據(jù)管理要求并要與高級工程任務(wù)相結(jié)合。對于R51.03 規(guī)定的附加噪聲排放規(guī)定(ASEP)來說更是如此。

若要使用例如遮蔽等技術(shù)，則必須在跑道附近和車輛內(nèi)采集大量數(shù)據(jù)。室外通過噪聲解決方案包含一整套傳感器，包括測速雷達(dá)或全球定位系統(tǒng)(GPS)速度傳感器、光柵、光學(xué)轉(zhuǎn)速傳感器(RPM)和油門踏板傳感器、氣象站和有線或無線麥克風(fēng)。

所有傳感器均通過 LMS SCADAS Mobile 硬件中的通過噪聲專用模塊進(jìn)行調(diào)理。傳感器由LMS SCADAS Mobile 直接供電，無需任何外接電源。

使用模塊化硬件進(jìn)行

可靠的數(shù)據(jù)采集

LMS SCADAS Mobile 通過噪聲調(diào)理模塊是該解決方案的核心部件，其為一個具備高品質(zhì)集成信號調(diào)節(jié)功能的專用雙插槽模塊。該模塊可對傳感器輸入信號進(jìn)行調(diào)理，并傳遞所有傳感器的輸出結(jié)果。借助無線傳輸技術(shù)，所有車內(nèi)的傳感器均可與跑道上的傳感器同步。獨立的無線麥克風(fēng)調(diào)理器保障了高速的數(shù)據(jù)鏈接，可用于設(shè)備放在車輛內(nèi)的配置方案。

該產(chǎn)品組合可最大限度地提高效率，并可擴(kuò)展，易于部署和使用。LMS SCADAS Mobile通過噪聲調(diào)理模塊可用于設(shè)備放在車外、車內(nèi)或者僅有車外系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)配置類型進(jìn)行測試。后處理軟件同樣以用戶為中心。不斷增加的測試和日益縮短的研發(fā)周期令文檔記錄和報告成為繁瑣的工作。PBN 應(yīng)用程序簡化了數(shù)據(jù)及報告的存檔、檢索和對比工作。

可提供永久戶外裝置，測試跑道旁有標(biāo)準(zhǔn)集線器。為跑道上的傳感器（如光柵）提供了本地連接點，并可通過長距離電纜傳遞至強(qiáng)制無障礙區(qū)域以外的控制間?？刂崎g的防雷擊裝置將傳感器輸入連接到 LMS SCADAS。

使 PBN 測試成功率最大化

隨著測試標(biāo)準(zhǔn)的不斷變化，每輛車的 PBN 測試次數(shù)已從2次增加到了30次。這些測試涉及加速、勻速和 ASEP：所有這些測試都要在多個檔位下進(jìn)行。同時，跑道上的每輛車在全油門加速至每小時50公里(km/h)的目標(biāo)速度時，操作測試條件都各不相同。

LMS 通過噪聲駕駛員輔助功能可以幫助駕駛員完成這些測試。該應(yīng)用程序在平板電腦上運行，并可實時反饋目標(biāo)車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，以視覺和聲音指導(dǎo)引導(dǎo)駕駛員達(dá)成目標(biāo)，并在測試后更新進(jìn)線速度。憑借 LMS 通過噪聲駕駛員輔助功能，駕駛員可以最大化PBN 成功測試次數(shù)，將無效測試降至最低。測試完成后，即會向駕駛員反饋測試是否成功，以便在下次駕駛時進(jìn)行更正。

讓測試跑道的效率最大化

大型 PBN 測試團(tuán)隊通常都需測試多種不同車型和配置的車輛，因此，多車同時測試成為了普遍要求。通常使用橢圓型測試跑道，同時測試多臺車輛，其他車輛則在此時安裝儀器。

Siemens PLM Software 為您提供專用的多車測試系統(tǒng)，用于測量賽道和車內(nèi)數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)采用安全 Wi-Fi 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，會自動確認(rèn)允許使用測量區(qū)域的車輛，同時該系統(tǒng)會連接跑道硬件并/或?qū)⒁唤M正確數(shù)據(jù)（通常是麥克風(fēng)數(shù)據(jù)）對應(yīng)到相應(yīng)車輛，然后再為后續(xù)車輛清理測量區(qū)域。

提高準(zhǔn)確性

此類分布式系統(tǒng)架構(gòu)創(chuàng)建了一套可靠、自主且智能的 PBN 系統(tǒng)，可向車輛內(nèi)傳輸和存儲數(shù)據(jù)。駕駛員在測試賽道上可執(zhí)行任意操作。屏幕會指示是否允許駕駛員進(jìn)行下一次測量。

中央觀測儀會監(jiān)視測量計劃的進(jìn)度，測量完成后通常會在辦公室內(nèi)完成對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析。最后，您可使用多組麥克風(fēng)進(jìn)行高級分析（在中心線前后各布置若干對麥克風(fēng)）。如此，便可采用專門的算法來選擇最接近目標(biāo)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的一對麥克風(fēng)。此方法既提高了可重復(fù)性，又有助于對 PBN 運行進(jìn)行更準(zhǔn)確的對比。

獲得更深入的工程見解

在模擬室外通過噪聲測試的試驗室內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)通過噪聲測試，可避免因天氣原因造成的工作延誤，提高工作效率，確保按期完成測試流程。而且有助于推動車輛研發(fā)計劃，方便可靠地再現(xiàn)與車輛改造相關(guān)的測試。LMS Test.Lab 可用于室內(nèi)通過噪聲測試，有助于快速查找和驗證解決方案。

室內(nèi) PBN 解決方案類似于室外通過噪聲測量。該方案需對車輛每側(cè)的若干麥克風(fēng)進(jìn)行測量，并將噪聲水平結(jié)果重新創(chuàng)建為與車輛位置相關(guān)的函數(shù)，對應(yīng)外場測量一對麥克風(fēng)的結(jié)果。

此外，時域方法可以讓用戶回放偵聽合成的時間信號并將其用于總聲壓（總量級和后處理）。此方法提供的相關(guān)分析更為有用，可協(xié)助工程師深入了解噪聲較大的組件。

室內(nèi)通過噪聲解決方案能夠?qū)⑹覂?nèi)通過噪聲與工程解決方案相結(jié)合，以定位聲源并進(jìn)行聲源排序，從而提高工作效率和準(zhǔn)確性，縮短開發(fā)時間。

檢測首要通過噪聲源

聲源識別是進(jìn)行高級通過噪聲工程的主要目的。在 PBN 測試過程中，可以利用不同的技術(shù)來定位最主要的聲源。

借助聲波束成型技術(shù)，工程師可通過計算聲源信號到達(dá)陣列麥克風(fēng)時的時間延遲來跟蹤移動聲源。LMS Test.Lab 支持該項技術(shù)，可配合LMS Test.Lab 室內(nèi)通過噪聲測試時使用。由于其為戶外測試設(shè)置，因此陣列和車輛之間需保持較大距離。在室內(nèi)應(yīng)用此解決方案可避免低頻聲源分離結(jié)果變差，并提供安全測試，防止撞擊陣列。

遮蔽技術(shù)有助于深入了解子系統(tǒng)對于整體PBN 水平的影響。該技術(shù)可用于室內(nèi)或室外車輛測試，修改或隔離噪聲源時，如動力系統(tǒng)、排氣、尾管和輪胎，以隔離其對整體噪聲水平的貢獻(xiàn)。利用 LMS Test.Lab 中的通過噪聲貢獻(xiàn)量分析模塊，分析加裝遮蔽組件前后的車輛差異，推算出被遮蔽組件的影響。

分析通過噪聲源的貢獻(xiàn)量

為提升不同子系統(tǒng)（如進(jìn)氣、動力總成、排氣、尾管和輪胎）的噪聲識別精度，并進(jìn)行排序，我們專門開發(fā)了一種通過噪聲源排序應(yīng)用程序。這是一項基于空氣路徑噪聲源量化(ASQ)的技術(shù)，由傳遞路徑分析(TPA)衍生而來。該技術(shù)有助于解決問題、降低通過噪聲，并越來越多地用于目標(biāo)設(shè)定，在設(shè)計流程中提前進(jìn)行 PBN 工程。

該方法利用噪聲源周邊麥克風(fēng)的信號對其聲功率進(jìn)行量化。使用基于局部噪聲傳遞函數(shù)的能量逆矩陣算法對聲功率進(jìn)行估算。聲源和通過噪聲麥克風(fēng)之間的目標(biāo)噪聲傳遞函數(shù)用于計算已確定聲源向通過噪聲麥克風(fēng)的傳播。聲源功率和目標(biāo)噪聲傳遞相結(jié)合，最終得出各個聲源的貢獻(xiàn)量。

為采集所有噪聲傳遞函數(shù)并優(yōu)化方向性和噪聲輸出水平，我們開發(fā)了專用的 LMS Qsources 硬件無指向聲源。該聲源涵蓋的頻率范圍為 150 Hz到 10 kHz。

營造理想的虛擬測試環(huán)境

噪聲傳遞函數(shù)(NTF)最常用于物理測量。該 函數(shù)亦可通過 Simcenter 3D 軟件仿真得到。仿真模型的價值在于可輕松得到理想的虛擬測試環(huán)境，并在設(shè)計初期階段獲得海量結(jié)果。有效仿真模型的結(jié)果通常介于20Hz至4或5kHz之間。由于模型表示整車的幾何結(jié)構(gòu)，所需CAE模型非常龐大，要進(jìn)行很多頻率的計算，耗費大量時間。

Simcenter 3D 提供了最新的、功能強(qiáng)大的聲學(xué)仿真方法，如聲學(xué)快速多級邊界元(FM BEM)和自適應(yīng)有限元(FEM AO)，獲取構(gòu)成整體通過噪聲水平所有聲源的聲學(xué) NTF。

支持標(biāo)準(zhǔn)

輕型車輛

ISO 362:1998，符合 UN/ECE 51.02 法規(guī)

適用于 M 型（輕型車輛）的 ISO 362-1:2007、ISO362-1:2015，符合 UN/ECE 51.03 法規(guī)和 EU (EU) 54/2014 法規(guī)

適用于輕型車輛 (M1) 的附加噪聲排放規(guī)定(ASEP) ISO 362

ISO 16254 最低噪聲要求

汽車標(biāo)準(zhǔn)測試 (TRIAS) 20，適用于輪胎滑行噪聲測試

SAE J1470

SAE J986

重型車輛

適用于 M3 型和 N 型（卡車）的 ISO 362-1:2007、ISO362-1:2015，符合 UN/ECE 51.03 法規(guī)和 EU (EU) 54/2014 法規(guī)

SAE J366

摩托車

適用于 L 類摩托車（L1、L2、L3）的 ISO 362-2:2009

適用于 L3 類摩托車的 UN/ECE 41.02 法規(guī)

適用于 L1 類摩托車的 UN/ECE 63.01 法規(guī)

適用于 L2、L4、L5 類摩托車的 UN/ECE 9.03 法規(guī)

ASEP 41 法規(guī)：適用于摩托車的擴(kuò)展內(nèi)容ISO 362-2:2009

F76A US

排氣噪聲

排氣噪聲：歐共體 (EEC) 93/ 97、ISO 5130、TRIAS 20

SAE J1169 排氣噪聲

輪胎噪聲

適用于輪胎噪聲的 UN/ECE 117 法規(guī)

用于一般滑行測試和回歸分析的一般輪胎噪聲測試（未定義任何檢驗指標(biāo)）

墨西哥官方標(biāo)準(zhǔn) (NOM-082-ECOL-1994) 摩托車

根據(jù) ISO 362-3:2015 對輪胎噪聲建模，用于取得室內(nèi)通過噪聲認(rèn)證

• TRIAS 20（輪胎滑行噪聲測試）

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