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当您正驾驶汽车进入一个狭小的停车空间时，有一个友好的声音在提醒您车前车后的障碍物。声音频率越快，就说明车离看不到的障碍物越近。这就是Valeo超声波停车辅助系统的工作。此前，工程师花费数月时间努力地调整车辆模型上安装的系统以获得多个高级汽车模型，现在Valeo已经将其业务扩展到小型货车、运动型车辆(SUVs)和家庭车辆等市场。这些车辆的利润空间很小，但其市场空间很大—是公司不断增长的收入。但此策略也面临着巨大的挑战：工程师在设计每个车辆模型的传感器及其安装上只能花费少量时间。这正是声学仿真的切入点，可以使Valeo只需先前实物试验时间的一半即可开发出具有创新性的声学设备。超声波停车辅助系统正是Valeo从现在到未来在不同检测和开关装置的开发过程中，应用仿真方法的产品战略之一。这些检测和开关装置包括目前正在设计中的车窗开关装置。

在Valeo的超声波停车辅助(UPA)设备的开发中使用声学仿真是开关与传感系统部门仿真经理Richard Rapp博士的想法。Richard Rapp博士受雇于1997年，主要研究使用分析技术的方法，他所在的公司是当今世界上在汽车交通传感和警告系统方面的领先者，这些系统包括超声波停车辅助设备、盲点检测设备、车道启动警告和其它驾驶辅助设备。该公司是当今世界上几乎每个主要汽车公司的一级供应商。Rapp博士说，他直接确定高效进行开发工作的需求，以满足有利于停车辅助设备市场的商业需求。“由于以前大量的工作都是通过对实物原型进行许多试验来进行的，因而使用仿真来加速这些传感器及其安装的开发是非常合适的，”他解释到。

概念简单，设计困难

超声波停车辅助系统(UPA)非常简单，就像蝙蝠和潜艇中的声纳系统一样。通过40千赫的电信号激发，安装在汽车缓冲器上的压电陶瓷膜就在其共振频率上振动，并发射出一种声波，该声波可以通过车辆行驶道路上的物体反射回来。回波能够通过相同的隔膜检测出来，它可以振动并逆转压电过程－把声波能量转变成电信号。系统内部电路可以跟踪回波所用的时间，从而计算出汽车和物体之间的距离。

Rapp博士解释说，在系统开发过程中，工程师必须设置发射声波的幅值和方向以确保正确的操作。“过多的能量将会产生虚假的二次回波来迷惑系统，”他说，“能量太少又不会产生反射而无法进行检测。”不仅如此，发射声波还将在很大程度上受到传感器在车辆缓冲器上的安装方式的影响：安装的凹进深度、漏斗形安装的开口角度、在缓冲器上的位置、和所有周围部件的位置，例如牌照、散热器护栅、拖车拴钩、车饰和前悬。

解决这些很多实际问题需要相当多的技术和时间。在采用仿真技术之前，工程师要花费大量时间熔补缓冲器的实物原型和车身模型，直到他们找到一个适合的结构。但不幸的是，车身的频繁变动迫使工程师一次又一次地重新设计系统。并且很多质量问题都是直到最后的试验阶段才出现的，因此需要快速修改，不一定实现最优设计。

连续虚拟过程链

为了克服这些问题，Rapp博士实施了这样一个策略，即通过一种他称为是“连续虚拟过程链”将这些问题移入到完全数字化开发流程中，这样就可以通过虚拟原型和仿真使设计从概念进入到最终的设计。“这个过程能够帮助我们在开发初期开展更多的工程，以便研究更多的设计方案并在早期改进这些设计，而不是在开发周期结束时来弥补不足，” Rapp博士解释道，“实物原型将仅仅用于设计的最终验证。”

半球形表面输出结果（右边）与显示在两个里面（中间）或曲线图（左边）
的输出结果相比，可以使Valeo工程师对三维空间声场的形态和强度具有更深的了解

连续虚拟过程链开始于ANSYS有限元软件的模态分析，以确保传感器隔膜共振频率接近40千赫。接着，在ANSYS中进行动力学计算以确定振动幅值大小。这些数据提供给LMS SYSNOISE声学模拟软件，使用边界元法计算表面压力和传感器产生的声场。通过大量后处理选项，LMS SYSNOISE能够提供各种输出结果，包括声压的瞬态或频率响应函数、声强、表面速度、彩色等高线图、柱形统计图表、和２维方向极坐标图。

通过Rapp博士的解释，对于Valeo工程师最有价值的信息是一个半球形表面包络，它可以描述声场的形态和强度。“LMS SYSNOISE提供了一个三维空间中声场的精确表述方式。这使得我们的工程师对传感器有所理解，这在以前是不可能的，”Rapp博士说道，“这种功能在评价传感器安装和周围结构的影响是特别有用的。我们需要在水平面上有宽阔的辐射，以覆盖车后的整个范围，还需要在垂直面上较小的辐射，以减少地面的反射。以前进行实物模型研究包括很多试验，如今我们的工程师了解产品的性能，并能在实物原型建好之前对设计进行改进。”

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关键词： LMS SYSNOISE 声学传感系统 安全保护