كنترل فعال صدا داخل خودروي سواري با در نظر گرفتن كوپلينگ سازه و محفظه اكوستيكي

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

صداي داخل كابين خودرو يكي از مسائل مهم مرتبط با راحتي سرنشينان خودرو مي‌باشد. ميدان صوت اكوستيكي در كابين خودرو علاوه بر ويژگي‌هاي اكوستيكي و سازه‌اي كابين، به برهم‌كنش ناشي از كوپلينك سازه و فضاي اكوستيكي نيز وابسته است. در اين مقاله تحليل مودال و هارمونيك كوپل اكوستيك سازه‌ايي با دو روش كوپلينگ مستقيم با استفاده از نرم‌افزار المان محدود و كوپلينگ مودال با استفاده از مدهاي غير كوپل سازه و محفظه اكوستيكي، براي يك مدل ساده خودرو انجام شده و دقت روش مودال مورد بررسي قرار گرفته‌است. همچنين يك كنترلر فعال و بهينه چند‌ ورودي-چندخروجي به روش تنظيم‌كننده مرتبه دوم خطي، براي كاهش سطح صدا در محل گوش سرنشينان خودرو طراحي شده است. نتايج تحليل مودال كوپل و غير كوپل نشان مي‌دهد كه با بررسي فركانس‌هاي كوپل و ضرايب كوپلينگ هندسي مي‌توان ميزان مشاركت مدهاي سازه‌ايي و اكوستيكي بر پاسخ كوپل را برآورد نمود. با توجه به اينكه مدهاي كوپل عامل ايجاد پديده بومينگ در كابين خودرو و در نتيجه افزايش سطح فشار صوت مي‌باشند، با شناسايي ميزان مشاركت مي‌توان پديده بومينگ را بهتر بررسي و كنترل نمود. همچنين مشاهده شد كه تشكيل فضاي حالت سيستم بر اساس شكل‌مدهاي غيركوپل دقت خوبي داشته و مي‌تواند جايگزين روش مستقيم شود. نتايج پاسخ زماني و فركانسي سطح فشار صوت در محل گوش سرنشينان نشان مي‌دهد كه كنترلر طراحي شده در كاهش سطح صدا در بازه فركانسي مطلوب موفق بوده و ناحيه سكوت داخل خودرو، شامل ناحيه اطراف گوش تمام سرنشينان مي‌شود.

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.