Vibro-acoustic design optimization study to improve the sound pressure level inside the passenger cabin

Abstract

Araç sürücü kabinindeki ses, yapıdan kaynaklanan ve havadan kaynaklanan ses olmak üzere ikiye ayrılır. Bu çalışmada, aracı çevreleyen panellerin titreşmesi nedeniyle oluşan yapıdan kaynaklanan ses türü araştırılmıştır. Motordan gelen tahrik, panellerin rezonans frekanslarında titremesine neden olmakta ve bu titreyen paneller kabin içinde ses basınç seviyelerinde değişikliğe sebep olarak istenmeyen ses türünü ortaya çıkarmaktadır.Motordan gelen tahrikin etkisi altında kabindeki ses basınç seviyelerini incelemek için iki farklı yöntemin birleşimi kullanılmıştır. Bu yöntemler, yapısal model için Sonlu Elemanlar Metodu (FEM)ve akustik model için Sınır Elemanlar Metodudur (BEM). Birleşik FEM-BEM metodu araç sürücü kabini içindeki ses basınç seviyesini ve ayrıca her panelin titreşiminin ses basıncına olan katkısını tahmin etmekte de kullanılabilinir. Daha sonrasında ses basıncına en çok katkısı olan panellerin tasarım parametreleri, belirlenen performans metrikleri esas alınarak ses basıncını azaltmak için optimize edilebilinirler. Tasarım parametreleri ve performans metrikleri arasındaki ilişkiyi anlayabilmek için endüstriyel deney dizaynı (DOE) dalındaki teknikler esas alınarak yapısal parametrik bir çalışma yürütüldü.Araç kabini içindeki ses basıncına en çok katkısı bulunan bileşenleri bulmak için DOE çalışması gerçekleştirildi.Her bir analizde, bütün sistemin vibro-akustik analizi gerçekleştirldi, ses basınç değerleri motor devrine bağlı bir fonksiyon olarak hesaplandı ve her bir performans metriği elde edildi. Her bir performans metriği için ses basıncına en yüksek katkısı olan dizayn parametreleri belirlendi ve regresyon modelleri oluşturuldu. Kabin içi ses basıncını iyileştirmek için gerekli optimum panel konfigürasyonunu bulmak için optimizasyon çalışmaları gerçekleştirildi. Elde ettiğimiz sonuçlar gösteriyor ki; bu çalışmada geliştirilen method vibro-akustik tepki performans kriteri olarak ele alındığında , kabin içi sesi azaltmak için panel dizaynında kullanılabilinir

The interior noise inside the passenger cabin of automobiles can be classified as structure-borne or airborne. In this study, we investigate the structure-borne noise, which is mainly caused by the vibrating panels enclosing the vehicle. Excitation coming from the engine causes panels to vibrate at resonance frequencies which leads to change in the sound pressure level (SPL) in the passenger cabin .Two methodologies were used to predict the SPL inside the vehicle cabin. The Finite Element Method (FEM) was used for structural analysis of the vehicle, and Boundary Element Method (BEM) was integrated with the results obtained from FEM for acoustic analysis of the cabin. The adoptedFEM-BEM approach can be utilized to predict the SPL and also to determine the contribution of each panel to interior noise. The design parameters of the most influential radiating panels (i.e., thickness) can be optimized to reduce interior noise based on performance metrics. A structured parametric study, based on techniques from the field of industrial design of experiments (DOE) was employed to understand the relationship between the design parameters and the performance metrics. A DOE study was performed for each metric to identify components that have the highest contribution to SPL and then regression models are built. Then, preliminary optimization runs are employed to improve the interior noise by finding optimum configurations for thicknesses. Our results show that the methodology developed can be used for improving the design of panels to reduce interior noise when vibro-acoustic response is chosen as performance criteria