Использование решений Simcenter Testlab и Simcenter SCADAS для обеспечения соответствия нормативным требованиям по шуму при испытании автомобилей

Правильно — с первого раза

Ученые полагают, что сильное воздействие шума наносит большой вред здоровью всех живых существ. Поэтому снижение уровня шума от автомобилей, самолетов и промышленного оборудования — обязательное требование для будущего устойчивого развития.

Правительства разных стран, особенно в Европе, принимают меры по введению все более жестких нормативов по проездному шуму автомобилей. В июне 2016 г. Европа обнародовала план снижения шума от обычного пассажирского автомобиля с текущего уровня в 72 дБ до 70 дБ к 2020 году и до 68 дБ к 2024 г. Снижение шума на 4 дБ потребует колоссальных усилий: автопроизводители уже почти достигли пределов технических возможностей.

Изготовителям автомобилей и комплектующих придется тесно сотрудничать для создания систем, соответствующих нормативам по локальным и общим уровням шума. Потребуется уделить особое внимание всем создающим шум деталям и узлам: двигателю и трансмиссии, воздухозаборному и выпускному трактам, шинам и т.д.

Каждый автомобиль должен проходить сертификацию на соответствие стандарту 362 Международной организации стандартов (ISO), который недавно был ужесточен. Теперь требуется проводить испытания в большем объеме, чтобы более точно воспроизвести условия реального городского автомобильного движения. Специалисты и сегодня прилагают огромные усилия, проводя стандартные сертификационные испытания и затрачивая на них массу времени и ресурсов.

Реальность такова: автомобили следует проектировать так, чтобы они проходили подобные тесты с первого раза.

Готовимся к будущему

Десятилетиями компания UTAC CERAM помогала автомобилестроителям проходить сертификационные испытания. UTAC CERAM — независимая группа частных компаний, много лет оказывающая услуги в области наземного транспорта, включая проверку на соответствие нормативным требованиям, проведение испытаний и технической экспертизы (оценка экологичности, безопасности, долговечности и надежности), сертификацию, организацию автомобильных мероприятий и обучение безопасному вождению. Компания UTAC CERAM является официальным представителем двух надзорных органов Франции, отвечающих за пригодность автомобилей к дорожной эксплуатации (Центральная техническая организация) и за стандартизацию (Отдел автомобильной стандартизации).

Более 400 сотрудников работают в двух испытательных центрах в ЛинеМонтлери и Мортфонтене (Франция), а также на предприятиях заказчиков во Франции и других странах. Кроме того, компания UTAC имеет представительства в Великобритании, Северной Америке, России и Китае.

Сертификационные испытания по уровню шума — только один из многочисленных видов деятельности компании UTAC CERAM. Ежегодно сотни автомобилей испытываются на трассе в Лина-Монтлери на соответствие требованиям стандарта ISO 362 по уровню внешнего шума. При этом UTAC CERAM занимается не только сертификацией. Компания предлагает решения для проектирования и испытаний автомобилей, гарантирующие, что изделие пройдет самые жесткие сертификационные испытания.

Для проектирования автомобилей с низким уровнем внешнего шума компания UTAC CERAM построила самую современную акустическую камеру. Большая камера оснащена надежной звукоизоляцией, стендом с беговыми барабанами под полноприводный автомобиль и двумя рядами микрофонов с программным обеспечением для анализа Simcenter Testlab™ и системами сбора данных Simcenter SCADAS™ от Siemens PLM Software. Камера предназначена для максимально точного воспроизведения условий проездных акустических испытаний.

Возможность проведения проездных акустических испытаний в помещении дает массу преимуществ. Среди них — высокая точность и отличная воспроизводимость результатов в контролируемой среде, не зависящей от нестабильных погодных условий. Поскольку скорость автомобиля задается автоматически (передачи также переключаются автоматически), полностью устраняется человеческий фактор. Однако точно воспроизвести шум от шин в помещении затруднительно: шум от сцепления шины с беговыми барабанами и с реальным дорожным покрытием заметно отличается. Поэтому в составе системы Simcenter Testlab (входящей в пакет Simcenter™ от Siemens) имеется модуль Pass-by Noise Testing, включающий расчет акустической модели шины и позволяющий откорректировать экспериментальные данные в соответствие с методикой, изложенной в стандарте ISO 362-3:2016.

Высокая воспроизводимость испытаний гарантирует получение более надежных результатов. В среднесрочной перспективе проездные акустические испытания в помещении будут проводиться для сертификации автомобиля и позволят либо дополнить, либо полностью заменить испытания на открытом воздухе. Ведущий специалист по акустике и начальник отдела электромагнитной совместимости, шума и вибраций компании UTAC CERAM Луи-Фердинан Пардо (Louis-Ferdinand Pardo) подтверждает эту тенденцию, исходя из своего опыта участия в работе комитета ISO, определяющего стандарты на уровни внешнего шума.

Преимущества акустических испытаний в помещении заключаются не только в устранении неопределенностей, ошибок и случайных факторов. Испытания в контролируемой среде позволяют реализовывать самые сложные методики оценки шума. Рассчитывается вклад отдельных источников шума (двигателя и трансмиссии, воздухозаборного и выпускного трактов), что позволяет задавать точные целевые значения по шуму для каждого компонента автомобиля.

Формирование звука электрического автомобиля

Акустическое проектирование — это не только снижение уровня шума. Сегодня в городах появляется все больше гибридных и электрических автомобилей. Они движутся практически бесшумно. В результате возрастает опасность аварий: пешеходы и велосипедисты не слышат шума приближающегося автомобиля, не могут оценить его скорость и направление движения. Для устранения этой опасности государственные органы обсуждают необходимость обязательного оснащения гибридных и электрических автомобилей генераторами шума, получившими название «автомобильные системы звукового оповещения» (AVAS).

В 2016 г. ООН опубликовала новый стандарт UN 138 на минимальный уровень шума. Согласно стандарту, через несколько лет установка таких сигнализаторов на новых автомобилях станет обязательной. В том же году Управление по безопасности дорожного движения США (NHTSA) подготовило проект федерального стандарта безопасности транспортных средств (FMVSS 141), устанавливающий минимально требуемые уровни шума гибридных и электрических автомобилей.

Испытания автомобилей с системами звукового оповещения лучше всего производить в помещении, так как создаваемый уровень шума по определению невысокий и для его оценки необходимо исключить фоновый шум. Модуль Simcenter Testlab Interior Pass-by Noise Testing позволяет указывать минимально допустимый уровень шума по стандарту ISO 16254 («Акустика. Измерение уровня шума транспортных средств категорий M и N в неподвижном состоянии и при движении на малой скорости. Техническая методика испытаний»). Современное испытательное оборудование компании UTAC CERAM, работающее совместно с решениями Simcenter™, прекрасно подходит для проектирования систем звукового оповещения гибридных и электрических автомобилей.

Повышение эффективности испытаний

Для проведения проездных акустических испытаний в помещении автомобиль устанавливается на стенде с четырьмя беговыми барабанами, расположенном в центре большой камеры с примерно 20 микрофонами, размещенными в два ряда. Каждый ряд установлен на стенке камеры на высоте 1,2 м точно в 7,5 м от автомобиля. Сигналы с микрофонов поступают на две мобильных системы сбора данных Simcenter SCADAS, расположенных с двух сторон у стенок камеры. После установки машины на стенд инженер начинает собственно испытание. С этого момента большинство операций выполняется автоматически. Инженер уходит из камеры в пультовую, где задает параметры испытания и запускает его дистанционно. При необходимости эти же действия можно выполнить из камеры в ручном режиме.

Конструкция акустической камеры в компании UTAC CERAM обеспечивает максимальную производительность при проведении испытаний.

«Мы выбрали решения Simcenter от Siemens по трем основным причинам, — рассказывает Пардо. — Во-первых, они гарантируют превосходное качество сбора и обработки данных измерений уровня шума в камере. Алгоритмы дают результаты, отлично согласующиеся с результатами реальных сертификационных проездных испытаний на полигоне. Во-вторых, решения Simcenter обеспечивают совместимость результатов акустических испытаний, проведенных в камере и на открытом воздухе с использованием аналогичных систем Simcenter. В-третьих, мы высоко ценим долгосрочное партнерство с Siemens в сфере акустического проектирования и испытаний».

«Участие компании Siemens в акустическом проектировании не ограничивается только поставками измерительного оборудования. Компания является нашим партнером в области исследований и разработок, предоставляя решения для количественной оценки источников шума, что позволяет оценивать характеристики внешнего шума автомобиля на ранних этапах проектирования. Кроме того, и Siemens, и я лично занимаемся созданием будущих методик сертификации по стандартам ISO, предусматривающими переход к виртуальным испытаниям».

Самые современные методики проведения испытаний

Новые процедуры сертификации по стандартам ISO предписывают проведение большего числа измерений внешнего шума при ускорении и движении с постоянной скоростью, а также на разных передачах. Все эти измерения можно провести в акустической камере компании UTAC CERAM, что позволяет оценивать различные варианты конструкции, а также подготовить автомобиль к проведению сертификационных испытаний. Методики проведения испытаний запрограммированы в контроллере акустической камеры: инженеру остается только задать параметры испытываемого автомобиля, открыть рабочий лист в системе Simcenter Testlab и начать испытание. После этого испытание проводится в автоматическом режиме, а измерения запускаются по командам Simcenter Testlab. Инженер по испытаниям в компании UTAC CERAM Йони Мейер (Yoni Meyer) — увлеченный пользователь новой системы: «Мы с успехом пользуемся практически всеми функциями Simcenter Testlab. Мы хорошо освоили систему, но по-прежнему поражаемся удобству работы с рабочими листами и интуитивно понятному построению процесса испытаний».

Функции постпроцессной обработки данных в Simcenter Testlab помогают выполнять такие задачи, как разделение и количественную оценку источников шума. В результате удается точно оценить вклад каждого узла в общий шум. Анализ позволяет задавать предельно допустимые уровни шума для каждого узла и точно прогнозировать создаваемый автомобилем внешний проездной шум.

Пардо заключает: «Работая совместно с Siemens, UTAC CERAM создает будущее акустического проектирования автомобилей, включая процессы виртуальной сертификации, прогнозирование внешнего шума и оптимизацию акустических характеристик транспортных средств, оснащенных системами звукового оповещения».