Компания UTAC CERAM. Использование решений LMS Test.Lab и LMS 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 многих стран, особенно в Европе, принимают меры по введению более жестких нормативов по проездному шуму автомобилей. В июне 2016 года в Европе был обнародован план снижения шума от обычного пассажирского автомобиля с текущего уровня в 72 дБ до 70 дБ к 2020 году и до 68 дБ — к 2024­му. 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 Лина­Монтлери 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 удовлетворит самым жестким сертификационным требованиям.

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 LMS Test.Lab™ и системами сбора данных LMS 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 различается. Поэтому в составе системы LMS Test.Lab (входящей в пакет Simcenter™ от Siemens) имеется модуль Pass­by Noise Testing, включающий расчет акустической модели шины и позволяющий откорректировать экспериментальные данные в соответствии с методикой, изложенной в стандарте ISO 362­3:2016.

Основной вид деятельности

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 также является официальным представителем двух надзорных органов Франции, отвечающих за пригодность автомобилей к дорожной эксплуатации и за стандартизацию.

Местонахождение клиента

Лине­Монтлери, Франция. www.utacceram.com

Решения/Услуги

Simcenter.

Проблемы

• Необходимость снижения уровня внешнего шума легковых автомобилей на 4 дБ к 2024 году.
• Повышение эффективности испытаний различных вариантов конструкции перед проведением сертификационных испытаний.
• Создание источников шума минимально установленной интенсивности для гибридных и электрических автомобилей.

Ключи к успеху

• Применение самых современных акустических камер.
• Задание точных предельных уровней шума для каждого узла.
• Внедрение инновационных решений Simcenter для прогнозирования уровней шума и оптимизации акустических характеристик.

Результаты

• Эффективное круглогодичное проведение испытаний в оптимальных условиях с получением точных и воспроизводимых результатов.
• Точная количественная оценка и ранжирование источников шума по степени их вклада в общий шум.
• Синтез прогнозируемых уровней внешнего шума для различных вариантов конструкции автомобиля.
• Эффективное проектирование систем звуковых оповещений для гибридных и электрических автомобилей.

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 Луи­Фердинан Пардо (Louis­Ferdinand 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 году ООН опубликовала новый стандарт UN 138 на минимальный уровень шума, согласно которому 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 LMS Test.Lab Interior Pass­by 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 LMS™, 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, который расположен 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 мобильные системы сбора данных LMS SCADAS, расположенные 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 LMS от Siemens по трем основным причинам, — рассказывает г­н Пардо. — Во­первых, 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. Во­вторых, решения LMS обеспечивают совместимость результатов акустических испытаний, проведенных в камере и на открытом воздухе с использованием аналогичных систем LMS.

В­третьих, 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 специалисты Siemens, и я лично занимаемся созданием будущих методик сертификации по стандартам ISO, предусматривающих переход к виртуальным испытаниям», — отмечает Луи­Фердинан Пардо.

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 LMS Test.Lab и начать испытание. После этого испытание проводится в автоматическом режиме, а измерения запускаются по командам LMS Test.Lab. Инженер по испытаниям в компании UTAC CERAM Йони Мейер (Yoni Meyer) — увлеченный пользователь новой системы — заявляет: «Мы с успехом пользуемся практически всеми функциями LMS Test.Lab. Мы хорошо освоили систему, но по­прежнему поражаемся удобству работы с рабочими листами и интуитивно понятному построению процесса испытаний».

Функции постпроцессной обработки данных в LMS Test.Lab 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.

Луи­Фердинан 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».