设计仿真 | Actran助力中华汽车公司通过噪声源估计和响应验证
中华汽车公司使用 Actran 缩短仿真时间并将求解扩展到更高的频率。中华汽车公司为其小型卡车的通过噪声评估建立了新的仿真流程，使他们的计算时间从 100 小时减少到仅 2 小时，并将研究频率范围扩展到 5000 Hz。——基于对郭正祥的采访摘要项目背景及挑战......
中华汽车公司使用 Actran 缩短仿真时间并将求解扩展到更高的频率。中华汽车公司为其小型卡车的通过噪声评估建立了新的仿真流程，使他们的计算时间从 100 小时减少到仅 2 小时，并将研究频率范围扩展到 5000 Hz。
——基于对郭正祥的采访
摘要
项目背景及挑战
小货车加速噪声的要求越来越严格，这对中华汽车小型卡车的噪声指标提出了更高的要求，汽车 NVH 团队也面临着目标苛刻、计算成本高、工作量大、影响效益等挑战。
图.第51-03号ECE通过噪声法规
图.加速到50km/h
未来，小型货车的加速噪声将更加严格，预计到2025年将从71分贝大幅降低至69分贝。
图.噪声限值监管的历程时间轴
中华汽车NVH团队的响应
中华汽车公司采用测试和模拟相结合的方法来处理通过噪声问题。
1. 结合远/近场声学测量方法实现3D声源定位；
2. 通过数值模拟分析通过噪声的外部声场。
外部声场的数值模拟
2018年开始，中华汽车采用边界元BEM法模拟通过噪声，并在2019年第24届SAE会议上发表文章。实际噪声测量到的主要贡献区间在100~4000Hz之间，但BEM的方法由于计算效率的问题无法达到最高求解频率（4000Hz）。即使在100~2000Hz的频率范围内，求解也需要100多个小时，与实际测量结果存在高达9dB的误差。因此，减少数值计算的求解时间、增加求解频率范围和提高求解精度是非常必要的。针对以上需求，中华汽车集团提出了以下三种方法：
1）有限元FEM技术
2）高性能计算（HPC）
3）自适应网格
Actran 完美地满足了这些要求。中华汽车于2020 年初开始使用 Actran 进行通过噪声仿真。经过很短的时间，已经取得了显著的成果。
首先，求解时间大大缩短。在100~2000Hz的频率范围内，仅需2小时即可解决问题，效率明显高于原来的100多个小时。从2000Hz到5000Hz的频段只需要7个小时的计算时间。
间接声源预估方法是利用近场麦克风的模拟噪声传递函数（NTF）和实测噪声（Response）来计算声源（Source）。
NTF是九阶方阵，直接计算过程很复杂，所以加以简化：假设各项声源不会相互干扰，因此耦合项为零。这样就可以将问题简化为9个独立方程，直接得到声源。
将实测结果与Actran仿真结果进行对比，可以发现只有0.2dB的误差，精度大大提高。
图.验证：在距离7.5m处对比actran和测试结果发现仅有0.2dB的误差。
用于声学包裹分析的专用后处理技术
Actran有专门的模块处理通过噪声的结果，方便用户制定抑制通过噪声的对策，步骤如下：第一步，找到车辆左、右两侧噪声的最高时刻；第二步，找到噪声最高时刻对应的位置；第三步，找到最高点位置对应的频率响应，找到幅度最大的频率；第四步，列出每个声源的贡献，找出幅值最大的频率处贡献度最大的声源。这部分可以加隔音材料来降低噪音。
2020年，中华汽车提出将通过噪声的仿真和以上流程的不同步骤（声源分析、NTF计算、响应叠加和贡献分析）结合到一个工具中。Actran的开发团队很快响应需求，并在2021年推出了专用于通过噪声分析的工作流管理器，将此仿真工作流程所需的前处理和后处理直接整合到一个界面，方便用户操作和分析。
总结
Actran满足了中华汽车集团对噪声仿真的各种需求，其中也包括在一年内开发了通过噪声流程管理器这项垂直应用，帮助中华汽车解决了当前的挑战。在海克斯康技术人员的帮助下，通过噪声仿真流程已完全建立并已应用于车型的研发。
