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LMS SYSNOISE支持聲學(xué)傳感系統(tǒng)的優(yōu)化

作者: 時(shí)間:2014-01-10 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
當(dāng)您正駕駛汽車(chē)進(jìn)入一個(gè)狹小的停車(chē)空間時(shí),有一個(gè)友好的聲音在提醒您車(chē)前車(chē)后的障礙物。聲音頻率越快,就說(shuō)明車(chē)離看不到的障礙物越近。這就是Valeo超聲波停車(chē)輔助系統(tǒng)的工作。此前,工程師花費(fèi)數(shù)月時(shí)間努力地調(diào)整車(chē)輛模型上安裝的系統(tǒng)以獲得多個(gè)高級(jí)汽車(chē)模型,現(xiàn)在Valeo已經(jīng)將其業(yè)務(wù)擴(kuò)展到小型貨車(chē)、運(yùn)動(dòng)型車(chē)輛(SUVs)和家庭車(chē)輛等市場(chǎng)。這些車(chē)輛的利潤(rùn)空間很小,但其市場(chǎng)空間很大—是公司不斷增長(zhǎng)的收入。但此策略也面臨著巨大的挑戰(zhàn):工程師在設(shè)計(jì)每個(gè)車(chē)輛模型的傳感器及其安裝上只能花費(fèi)少量時(shí)間。這正是聲學(xué)仿真的切入點(diǎn),可以使Valeo只需先前實(shí)物試驗(yàn)時(shí)間的一半即可開(kāi)發(fā)出具有創(chuàng)新性的聲學(xué)設(shè)備。超聲波停車(chē)輔助系統(tǒng)正是Valeo從現(xiàn)在到未來(lái)在不同檢測(cè)和開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,應(yīng)用仿真方法的產(chǎn)品戰(zhàn)略之一。這些檢測(cè)和開(kāi)關(guān)裝置包括目前正在設(shè)計(jì)中的車(chē)窗開(kāi)關(guān)裝置。

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在Valeo的超聲波停車(chē)輔助(UPA)設(shè)備的開(kāi)發(fā)中使用聲學(xué)仿真是開(kāi)關(guān)與傳感系統(tǒng)部門(mén)仿真經(jīng)理Richard Rapp博士的想法。Richard Rapp博士受雇于1997年,主要研究使用分析技術(shù)的方法,他所在的公司是當(dāng)今世界上在汽車(chē)交通傳感和警告系統(tǒng)方面的領(lǐng)先者,這些系統(tǒng)包括超聲波停車(chē)輔助設(shè)備、盲點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備、車(chē)道啟動(dòng)警告和其它駕駛輔助設(shè)備。該公司是當(dāng)今世界上幾乎每個(gè)主要汽車(chē)公司的一級(jí)供應(yīng)商。Rapp博士說(shuō),他直接確定高效進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作的需求,以滿足有利于停車(chē)輔助設(shè)備市場(chǎng)的商業(yè)需求?!坝捎谝郧按罅康墓ぷ鞫际峭ㄟ^(guò)對(duì)實(shí)物原型進(jìn)行許多試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的,因而使用仿真來(lái)加速這些傳感器及其安裝的開(kāi)發(fā)是非常合適的,”他解釋到。

概念簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)困難

超聲波停車(chē)輔助系統(tǒng)(UPA)非常簡(jiǎn)單,就像蝙蝠和潛艇中的聲納系統(tǒng)一樣。通過(guò)40千赫的電信號(hào)激發(fā),安裝在汽車(chē)緩沖器上的壓電陶瓷膜就在其共振頻率上振動(dòng),并發(fā)射出一種聲波,該聲波可以通過(guò)車(chē)輛行駛道路上的物體反射回來(lái)?;夭軌蛲ㄟ^(guò)相同的隔膜檢測(cè)出來(lái),它可以振動(dòng)并逆轉(zhuǎn)壓電過(guò)程-把聲波能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。系統(tǒng)內(nèi)部電路可以跟蹤回波所用的時(shí)間,從而計(jì)算出汽車(chē)和物體之間的距離。

Rapp博士解釋說(shuō),在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,工程師必須設(shè)置發(fā)射聲波的幅值和方向以確保正確的操作。“過(guò)多的能量將會(huì)產(chǎn)生虛假的二次回波來(lái)迷惑系統(tǒng),”他說(shuō),“能量太少又不會(huì)產(chǎn)生反射而無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)?!辈粌H如此,發(fā)射聲波還將在很大程度上受到傳感器在車(chē)輛緩沖器上的安裝方式的影響:安裝的凹進(jìn)深度、漏斗形安裝的開(kāi)口角度、在緩沖器上的位置、和所有周?chē)考奈恢?,例如牌照、散熱器護(hù)柵、拖車(chē)拴鉤、車(chē)飾和前懸。

解決這些很多實(shí)際問(wèn)題需要相當(dāng)多的技術(shù)和時(shí)間。在采用仿真技術(shù)之前,工程師要花費(fèi)大量時(shí)間熔補(bǔ)緩沖器的實(shí)物原型和車(chē)身模型,直到他們找到一個(gè)適合的結(jié)構(gòu)。但不幸的是,車(chē)身的頻繁變動(dòng)迫使工程師一次又一次地重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)。并且很多質(zhì)量問(wèn)題都是直到最后的試驗(yàn)階段才出現(xiàn)的,因此需要快速修改,不一定實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

連續(xù)虛擬過(guò)程鏈

為了克服這些問(wèn)題,Rapp博士實(shí)施了這樣一個(gè)策略,即通過(guò)一種他稱為是“連續(xù)虛擬過(guò)程鏈”將這些問(wèn)題移入到完全數(shù)字化開(kāi)發(fā)流程中,這樣就可以通過(guò)虛擬原型和仿真使設(shè)計(jì)從概念進(jìn)入到最終的設(shè)計(jì)?!斑@個(gè)過(guò)程能夠幫助我們?cè)陂_(kāi)發(fā)初期開(kāi)展更多的工程,以便研究更多的設(shè)計(jì)方案并在早期改進(jìn)這些設(shè)計(jì),而不是在開(kāi)發(fā)周期結(jié)束時(shí)來(lái)彌補(bǔ)不足,” Rapp博士解釋道,“實(shí)物原型將僅僅用于設(shè)計(jì)的最終驗(yàn)證?!?

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半球形表面輸出結(jié)果(右邊)與顯示在兩個(gè)里面(中間)或曲線圖(左邊)
的輸出結(jié)果相比,可以使Valeo工程師對(duì)三維空間聲場(chǎng)的形態(tài)和強(qiáng)度具有更深的了解

連續(xù)虛擬過(guò)程鏈開(kāi)始于ANSYS有限元軟件的模態(tài)分析,以確保傳感器隔膜共振頻率接近40千赫。接著,在ANSYS中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算以確定振動(dòng)幅值大小。這些數(shù)據(jù)提供給 聲學(xué)模擬軟件,使用邊界元法計(jì)算表面壓力和傳感器產(chǎn)生的聲場(chǎng)。通過(guò)大量后處理選項(xiàng), 能夠提供各種輸出結(jié)果,包括聲壓的瞬態(tài)或頻率響應(yīng)函數(shù)、聲強(qiáng)、表面速度、彩色等高線圖、柱形統(tǒng)計(jì)圖表、和2維方向極坐標(biāo)圖。

通過(guò)Rapp博士的解釋?zhuān)瑢?duì)于Valeo工程師最有價(jià)值的信息是一個(gè)半球形表面包絡(luò),它可以描述聲場(chǎng)的形態(tài)和強(qiáng)度?!?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/LMS">LMS 提供了一個(gè)三維空間中聲場(chǎng)的精確表述方式。這使得我們的工程師對(duì)傳感器有所理解,這在以前是不可能的,”Rapp博士說(shuō)道,“這種功能在評(píng)價(jià)傳感器安裝和周?chē)Y(jié)構(gòu)的影響是特別有用的。我們需要在水平面上有寬闊的輻射,以覆蓋車(chē)后的整個(gè)范圍,還需要在垂直面上較小的輻射,以減少地面的反射。以前進(jìn)行實(shí)物模型研究包括很多試驗(yàn),如今我們的工程師了解產(chǎn)品的性能,并能在實(shí)物原型建好之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。”

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