مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل فعال صدا داخل خودروی سواری با در نظر گرفتن کوپلینگ سازه و محفظه اکوستیکی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیر طوسی، تهران، ایران
2 استادیار، عضو هیئت علمی و معاون پژوهشی دانشکده مهندسی مکانیک / دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
صدای داخل کابین خودرو یکی از مسائل مهم مرتبط با راحتی سرنشینان خودرو می‌باشد. میدان صوت اکوستیکی در کابین خودرو علاوه بر ویژگی‌های اکوستیکی و سازه‌ای کابین، به برهم‌کنش ناشی از کوپلینک سازه و فضای اکوستیکی نیز وابسته است. در این مقاله تحلیل مودال و هارمونیک کوپل اکوستیک سازه‌ایی با دو روش کوپلینگ مستقیم با استفاده از نرم‌افزار المان محدود و کوپلینگ مودال با استفاده از مدهای غیر کوپل سازه و محفظه اکوستیکی، برای یک مدل ساده خودرو انجام شده و دقت روش مودال مورد بررسی قرار گرفته‌است. همچنین یک کنترلر فعال و بهینه چند‌ ورودی-چندخروجی به روش تنظیم‌کننده مرتبه دوم خطی، برای کاهش سطح صدا در محل گوش سرنشینان خودرو طراحی شده است. نتایج تحلیل مودال کوپل و غیر کوپل نشان می‌دهد که با بررسی فرکانس‌های کوپل و ضرایب کوپلینگ هندسی می‌توان میزان مشارکت مدهای سازه‌ایی و اکوستیکی بر پاسخ کوپل را برآورد نمود. با توجه به اینکه مدهای کوپل عامل ایجاد پدیده بومینگ در کابین خودرو و در نتیجه افزایش سطح فشار صوت می‌باشند، با شناسایی میزان مشارکت می‌توان پدیده بومینگ را بهتر بررسی و کنترل نمود. همچنین مشاهده شد که تشکیل فضای حالت سیستم بر اساس شکل‌مدهای غیرکوپل دقت خوبی داشته و می‌تواند جایگزین روش مستقیم شود. نتایج پاسخ زمانی و فرکانسی سطح فشار صوت در محل گوش سرنشینان نشان می‌دهد که کنترلر طراحی شده در کاهش سطح صدا در بازه فرکانسی مطلوب موفق بوده و ناحیه سکوت داخل خودرو، شامل ناحیه اطراف گوش تمام سرنشینان می‌شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Active control of vehicle’s interior sound field with considering acoustic structural coupling

نویسندگان English

Golsa Ghanati 1
Shahram Azadi 2
1 Department of Mechanical Engineering, KNTU University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor and Faculty member in Department of Mechanical Engineering / KN. Toosi University of Technology
چکیده English

The sound level inside the automobile cabin plays a major role on passengers’ comfort. The sound field inside the vehicle cabin depends on acoustical and structural characteristics and also interaction of acoustical and structural domains. In this paper, a coupled acoustic structural modal and harmonic analysis of simple automobile is performed with the methods of direct coupling (with finite element tool) and modal coupling. So with comparison of results from these two methods, the accuracy of modal coupling method is investigated. Also the optimal MIMO controller is designed to reduce sound level at occupants’ ear positions. The results of coupled and uncoupled modal analysis show that the contribution of uncoupled acoustical and structural modes on coupled response could be estimated and used to understand booming phenomena. Also the presented state space model, which is constructed based on uncoupled modes, shows a good accuracy and reduces computational costs significantly. The results of time and frequency response of sound pressure level at occupants’ ear positions show that the designed controller is attained to attenuate sound field at desired frequency range and the area of quiet zone inside the cabin consists of all occupants’ hearing positions and therefore controller acts globally successful in desired frequency range.

کلیدواژه‌ها English

Acoustic structural coupling
Modal coupling
finite element method
Active Sound Control
MIMO optimal control
[1] S. D. Dhandole, S. V. Modak, Review of Vibro-Acoustics analysis procedures for prediction of low frequency noise inside a Cavity, in 2007 IMAC-XXV: Conference & Exposition on Structural Dynamics, 2007.
[2] E. H. Dowell, G. F. Gorman,D. A. Smith, Acoustoelasticity: General theory, acoustic natural modes and forced response to sinusoidal excitation, including comparisons with experiment, Journal of Sound and Vibration, Vol. 52, No. 4, pp. 519-542, 1977.
[3] J. H. Ginsberg, On Dowell’s simplification for acoustic cavity-structure interaction and consistent alternatives, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 127, No. 1, pp. 22-32, 2010.
[4] L. P. R. de Oliveira, K. Janssens, P. Gajdatsy, H. Van der Auweraer, P. S. Varoto, P. Sas,W. Desmet, Active sound quality control of engine induced cavity noise, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 23, No. 2, pp. 476-488 , 2009.
[5] Y. Li, X. Wang, R. Huang,Z. Qiu, Active vibration and noise control of vibro-acoustic system by using PID controller, Journal of Sound and Vibration, Vol. 348, pp. 57-70 , 2015.
[6] C. K. Song, J. K. Hwang, J. M. Lee,J. K. Hedrick, Active vibration control for structural–acoustic coupling system of a 3-D vehicle cabin model, Journal of Sound and Vibration, Vol. 267, No. 4, pp. 851-865, 2003.
[7] P. N. Samarasinghe, W. Zhang,T. D. Abhayapala, Recent Advances in Active Noise Control Inside Automobile Cabins: Toward quieter cars, IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 33, No. 6, pp. 61-73, 2016.
[8] S.-M. Kim,M. J. Brennan, Active control of harmonic sound transmission into an acoustic enclosure using both structural and acoustic actuators, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 107, No. 5, pp. 2523-2534, 2000.
[9] L. Zhang, L. Wu,X. Qiu, An intuitive approach for feedback active noise controller design, Applied Acoustics, Vol. 74, No. 1, pp. 160-168 , 2013.
[10] P. Davisson, Structural Acoustic Analysis; Finite Element Modeling and Reduction Methods, Doctoral Thesis, Division of Structural Mechanics, Lund University, 2004.
[11] C. E. Whitmer, An investigation of active structural acoustic control in resonant enclosures, PhD Thesis, Iowa State University, 2009.
[12] T. Airaksinen,J. Toivanen, An optimal local active noise control method based on stochastic finite element models, Journal of Sound and Vibration, Vol. 332, No. 26, pp. 6924-6933, 2013.
[13] A. Craggs, An acoustic finite element approach for studying boundary flexibility and sound transmission between irregular enclosures, Journal of Sound and Vibration, Vol. 30, No. 3, pp. 343-357, 1973.