説明

伝達経路毎の成分を算定するための方法

【課題】従来の伝達経路解析の短所を回避して、力および、総騒音に占める伝達経路毎の成分を速やかにかつ正確に計算する方法を提供する。
【解決手段】伝達経路の両端での動的な測定と、この相互測定された、音源すなわち音波導入点とターゲットすなわち応答点との間の周波数応答関数とをベースとして、イナータンスが計算される。こうして算出されたイナータンスは、次に、駆動状態において生ずる力を算定するために用いられる。さらに、この算定された力を用いることにより、音源が応答点での音圧ないし加速度に及ぼす影響度が算定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は音波伝播構造体、特に車両の駆動起因総騒音に占める伝達経路毎の成分を算定するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
音波伝播構造体、例えば車両ボディーにおける振動ないし力の導入および伝播は、通例いわゆる“伝達経路解析”(TPA−Transfer Path Analysis)によって実施される。この場合、ボディーへの力の導入点につき、初期イナータンスならびに、力の導入点から車内のマイクまたはボディーの振動測定点あるいはその両方までの伝達関数が外部励起(シェーカ、ハンマ等)によって測定される。車両駆動中の実際の励起が車両ボディーに及ぼす影響は、力の導入点での車両駆動中の加速度の測定と、先に測定されたイナータンスならびに伝達関数を用いて求められる。伝達経路解析の適用に際して、極めて時間を要すると同時にエラーの生じやすい事項は、イナータンスおよび、音波導入点と音響応答点との間の周波数応答関数の測定である。したがって、これらの時間を要する測定の短所を回避することが要請されている。
【0003】
パワーユニットとサスペンションシステムに関して、車両ボディーの力の導入点における力をできるだけ正確に求めるための方法が公知である(例えば、特許文献1参照)。これらの力と車両ボディーの振動伝達特性とによって、車両のパワートレインとサスペンションシステムが車内騒音挙動とボディーの振動挙動とに占める正確な騒音・振動成分を算定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【0020】
提案された本発明の方法をより深く理解するために、以下では、段階的な理論説明を行う。その際、複雑さを軽減するため、以下に挙げた例では車内空間における空気伝播音の応答点のみが使用される。したがって、応答点での加速度ではなく音圧を用いて計算が行われる。しかしながら、同様に加速度による計算を実施することも可能である。ただし、応答点での加速度と音圧が同時に使用される場合には、行列のスケーリングが好適であると考えられる。
【0021】
より詳細な説明のため、応答マイクでの音圧Ptotは、等式(1)に表されているように、固体伝播音成分PSBと空気伝播音成分PABに分割することができる。
【数1】

【0022】
〔ステップ1.1−空気伝播音成分の除去下での加速度対圧力感度Sの算出〕
圧力対圧力感度が既知であれば、固体伝播音成分PSBと空気伝播音成分PABとの間の分離を実施することができる。駆動状態における測定に際しては総ターゲット音圧のみが測定可能であり、所要のイナータンスは動的データから計算されるとの事実により、総音圧Ptotに占める空気伝播音成分PABは除去されなければならない。総ターゲット音圧レベルPtotに占める空気伝播音成分PABを算出するには、既知の圧力対圧力感度関数に当該音源マイクでの測定音圧が乗算される。次いで、こうして計算された空気伝播音成分PABが総ターゲット音圧レベルPtotから差し引かれる。
【0023】
上述したように、被検査構造体に関する加速度対圧力感度関数Sは時間に依存していないと仮定される。
計算上の理由から、時間領域から周波数領域への変換は、場合により重畳する短い時間信号ブロックを使用して実施される。望ましいブロックサイズは求められる感度の予測インパルス応答の最大長ないし周波数応答関数に依存している。使用される信号ブロックの時間位置の選択は、異なった信号ブロックの広範な統計的独立性を保証する必要がある。
【0024】
以下の式2には、任意の周波数fに関して導出される式が表されている。検査された周波数fにつき、第2のパラメータtはさまざまな信号ブロックのタイムスタンプを表している(t=1...m)。確かな結果を得るためには、等式の冗長定立が望ましい。この式群は、例えば特異値分解(SVD)を使って解くことができる。
【数2】

【0025】
〔ステップ1.2−空気伝播音成分の除去なしでの加速度対圧力感度Sの算出(ステップ1.1に対する別法)〕
圧力対圧力感度が既知でなければ、ステップ1.1に代えて、加速度対圧力感度Sおよび圧力対圧力感度を同時に計算することができる。当該周波数域の所要の信号の計算はステップ1.1と同様にして行うことができる。用いられる加速度の他に、音源位置での音圧Pが観察されなければならない。結果を導出する式は式3に表されている。音圧と加速度との間の値の相違に基づくエラーを回避するため、スケーリング効果が考慮される必要がある。
【数3】

【0026】
〔ステップ2−イナータンスの算出〕
加速度対圧力感度Sが、ステップ1.1ないしステップ1.2(圧力対圧力感度の存在に応ず)に述べられているように計算された後、所要のイナータンスが、つまり加速度と力の振幅との商(加速度/周期的力の振幅)が算出可能となる。
【0027】
相反定理に基づき、相互(相反)測定された周波数応答関数と駆動状態における周波数応答関数とは等値可能である。したがって、イナータンスを算出するため、相互測定された周波数応答関数を駆動中に作用する周波数応答関数に比較することが可能である。相応な式は以下の式4に表されており、要素別に読み取ることができる。
【数4】

【0028】
駆動状態において作用する周波数応答関数は、一般に以下の式5の関係によって表すことができる。式5には、ステップ1.1またはステップ1.2で算出される加速度対圧力感度Sの他に、求められたイナータンスが用いられる。
【数5】

【0029】
求められるイナータンスを計算するため、駆動状態における周波数応答関数は、以下の式6に表されているように、相互測定された周波数応答関数によって置き換えられる。
【数6】

【0030】
上記式6を使用して、ステップ1.1ないしステップ1.2で算出された加速度対圧力感度Sと相互測定された周波数応答関数とからイナータンスを計算することができる。この方法は考えられ得る任意の数の自由度で実施可能である。この方法は、3つの力と3つの加速度による1例(例えば軸受における励起)に準じると、以下の式7で示される。
【数7】

【0031】
この場合、計算上の理由から、9個のイナータンスが計算されなければならない。したがって、一義的な結果を得るために9個の一次方程式が必要である。これだけの数の方程式を得るためには、3個の応答マイク位置i=1...3での相互測定された周波数応答関数が存在していなければならない。この場合、応答マイクの位置は、当該音圧信号が統計的に互いに十分独立しているように選択されなければならない。こうした統計的独立性は波数kと応答マイク間の距離rに関連しており、この場合、sin(kr)/kr≦0.5が望ましい。したがって、周波数100Hzが観察される場合には、応答マイク間に約1mの距離が必要である。
【0032】
計算のため、各周波数fにつき、すべてのイナータンスがベクトルにまとめられ、加速度対圧力感度Sの値を含んだ適合行列が立てられる。この関係は、以下の式8で表される。
【数8】

【0033】
必要とされる応答マイクの数を減らすため、イナータンス行列に仮定された対称性を利用することができる。したがって、Mイナータンスに代えて、(M/2+M/2)要素が計算されさえすればよい。減らされたセットのイナータンスに関する式は以下の式9で表される。この式につき、加速度対圧力感度の行列は1行中の2個の対称イナータンスの合算によって計算される。
【数9】

【0034】
イナータンスIが計算された後、イナータンス行列の反転によって動的質量行列を算出することが可能である。駆動状態における力を得るためには、算出された動的質量行列に駆動状態における加速度が乗算されなければならない。力に相応な周波数応答関数を乗ずることにより、求めるべき全ての固体伝播音源の影響度が得られる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
音波伝播構造体、特に車両の駆動起因総騒音に占める伝達経路毎の成分を算定するための方法であって、以下のステップ、
a)前記音波伝播構造体における少なくとも1つの音波導入点を設定するステップと、
b)各音波導入点領域に少なくとも1つの加速度検出器または少なくとも1つの音源マイクあるいはその両方を設けるステップと、
c)少なくとも1つの応答点を設定するステップと、
d)前記応答点領域に少なくとも1つの応答マイクまたは少なくとも1つの加速度検出器あるいはその両方を設けるステップと、
e)駆動中に、前記応答点での音圧または加速度あるいはその両方と、各音波導入点での加速度または音圧あるいはその両方とにおける少なくとも1つの同時測定を実施するステップと、
f)前記e)のステップでの測定をベースとして、少なくとも1つの加速度対圧力感度関数、加速度対加速度感度関数、圧力対圧力感度関数のうちから選んだ関数を算出するステップと、
g)各音波導入点と各応答点との間の相互測定された周波数応答関数を算出するステップと、
h)前記相互測定された周波数応答関数と前記の加速度対圧力感度関数、加速度対圧力感度関数、加速度対加速度感度関数のうちから選んだ関数とをベースとして、少なくとも音波導入点での駆動状態におけるイナータンスを算出するステップと、
i)前記算出されたイナータンスと駆動中に測定された前記音波導入点での前記加速度とをベースとして、少なくとも1つの音波導入点での少なくとも1つの力を算出するステップと、
j)前記算出された力と前記相互測定された周波数応答関数とに基づき、または前記の圧力対圧力感度関数や前記駆動中に測定された前記音波導入点での音圧に基づいて、あるいはその両方に基づいて伝達経路毎の成分を算出するステップと、
を含む方法。
【請求項2】
前記ステップg)は前記ステップe)およびf)に直接連続して実施されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
総空気伝播音につき、前記音波導入点と前記応答点との間の、少なくとも1つの圧力対圧力感度関数または圧力対加速度感度関数あるいはその両方が算出されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
得られた前記圧力対圧力感度関数または圧力対加速度感度関数あるいはその両方と、前記音波導入点での前記測定音圧とをベースとして、前記応答点での総音圧ないし総加速度に占める空気伝播音成分または加速度成分あるいはその両方が算出され、前記応答点での総音圧ないし総加速度から減算されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記音波導入点と前記応答点との間の空気音伝播に関して圧力対圧力感度関数ないし圧力対加速度感度関数が既知でない場合に、圧力対圧力感度関数ないし圧力対加速度感度関数は加速度対音圧感度関数ないし加速度対加速度感度関数と共に算出されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項6】
各応答点につき前記の加速度対圧力感度関数または加速度対加速度感度関数あるいはその両方の関数が算出されるともに前記イナータンスの計算に際して考慮されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
前記算出されたイナータンスをベースとして動的質量行列が算出されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
前記動的質量行列をベースとして、駆動状態における前記音波導入点に生ずる力が計算されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項9】
あらゆる固体伝播する音源の伝達経路毎の成分は、駆動状態における前記音波導入点での力ならびにこれに対応する周波数応答関数をベースとして算出されることを特徴とする請求項8に記載の方法。


【公開番号】特開2009−186481(P2009−186481A)
【公開日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−27880(P2009−27880)
【出願日】平成21年2月9日(2009.2.9)
【出願人】(597083976)アー・ファウ・エル・リスト・ゲー・エム・ベー・ハー (26)
【氏名又は名称原語表記】AVL LIST GMBH
【住所又は居所原語表記】HANS−LIST−PLATZ 1,A−8020 GRAZ,AUSTRIA
【Fターム(参考)】