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汽車噪聲振動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)思考
2020-12-27 20:50:27· 來源：汽車NVH充電寶
關(guān)鍵詞：數(shù)字化、主動(dòng)降噪、主動(dòng)發(fā)聲、聲場(chǎng)分區(qū)、智能化、交互在2020年的NVH行業(yè)交流會(huì)上，主題演講中有好幾個(gè)專家都提到了主動(dòng)降噪、主動(dòng)發(fā)聲、聲場(chǎng)分區(qū)控制等
關(guān)鍵詞：數(shù)字化、主動(dòng)降噪、主動(dòng)發(fā)聲、聲場(chǎng)分區(qū)、智能化、交互
在2020年的NVH行業(yè)交流會(huì)上，主題演講中有好幾個(gè)專家都提到了主動(dòng)降噪、主動(dòng)發(fā)聲、聲場(chǎng)分區(qū)控制等最新技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展，隨著對(duì)汽車品質(zhì)提升，噪聲控制技術(shù)的更加精細(xì)化、主動(dòng)化、自動(dòng)化；隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的逐步應(yīng)用，智能化噪聲控制已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。
電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的汽車發(fā)展趨勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)NVH控制方法帶來了不小的挑戰(zhàn)，但也充滿機(jī)遇，以下是對(duì)NVH控制領(lǐng)域未來技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)思考，分享于你，也歡迎交流。
1、數(shù)字化虛擬集成仿真技術(shù)
汽車仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大量減少了汽車研發(fā)設(shè)計(jì)后期的設(shè)計(jì)修改率，使得汽車研發(fā)設(shè)計(jì)成本在汽車開發(fā)總成本中的比重得到極大降低，同時(shí)大大提高了新車型的開發(fā)速度，極大提高車企的投資收益。
在車型開發(fā)前期，如何通過虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行整車的噪聲和振動(dòng)性能的預(yù)測(cè)是各大主機(jī)廠的共性難點(diǎn)，預(yù)測(cè)的精度直接影響目標(biāo)的達(dá)成判斷。如果有比較好的精度，那么就能在設(shè)計(jì)階段盡早的固化方案，縮短開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)敏捷開發(fā)，減少后期因性能改善造成的設(shè)計(jì)變更費(fèi)用。
云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展極大的推動(dòng)了汽車仿真技術(shù)應(yīng)用，很多企業(yè)都在進(jìn)行數(shù)字化的轉(zhuǎn)型，單純投資硬件設(shè)備來滿足大規(guī)模的計(jì)算已經(jīng)落后，隨著計(jì)算量的快速膨脹，特別是自動(dòng)駕駛、流體、碰撞等計(jì)算的增多，原先部署的硬件設(shè)備很快無法滿足新的計(jì)算量的需求，所以很多企業(yè)將計(jì)算轉(zhuǎn)向云端，通過租賃的方式完成車型的快速開發(fā)。
在NVH領(lǐng)域，計(jì)算是通過源-路徑-響應(yīng)模型計(jì)算車內(nèi)的噪聲。計(jì)算量相對(duì)較少的是對(duì)動(dòng)力總成和路面激勵(lì)噪聲預(yù)測(cè)，因?yàn)槎叨际堑皖l的問題，對(duì)網(wǎng)格尺寸大小要求較低。
對(duì)網(wǎng)格計(jì)算要求較高的就是流體領(lǐng)域，影響風(fēng)噪的車身幾何尺寸一般在幾毫米，就要求網(wǎng)格更加精細(xì)，一個(gè)整車模型網(wǎng)格數(shù)量少則幾千萬，多則上億，這就需要大規(guī)模的超算中心，上千核的計(jì)算內(nèi)存才能在較短的時(shí)間完成仿真任務(wù)。對(duì)于一般的工作站，算一個(gè)后視鏡的風(fēng)噪可能需要半個(gè)月，那么就完全不能滿足工程開發(fā)的要求。
在如何打造汽車NVH精品中，我們談到了汽車精品設(shè)計(jì)的多屬性平衡要求，為了達(dá)到多屬性的較好的平衡，就需要將跟動(dòng)力總成相關(guān)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型，駕駛性和NVH屬性在設(shè)計(jì)階段做一個(gè)較好的平衡。
對(duì)于在架構(gòu)開發(fā)，那么就需要對(duì)底盤架構(gòu)所涉及到的操控、舒適、耐久和靜音性進(jìn)行仿真計(jì)算，選擇一個(gè)平衡較好的架構(gòu)方案。
2、主動(dòng)降噪與主動(dòng)發(fā)聲技術(shù)
隨著數(shù)字信號(hào)處理、芯片和計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，在消費(fèi)領(lǐng)域應(yīng)用的主動(dòng)降噪技術(shù)和語音識(shí)別技術(shù)開始向汽車行業(yè)逐步滲透。
①主動(dòng)降噪：
傳統(tǒng)的被動(dòng)降噪技術(shù)主要是基于隔振原理、模態(tài)避頻、吸隔聲、阻尼控制、吸振器減震等措施， 對(duì)汽車的結(jié)構(gòu)輻射、懸置襯套隔振、聲學(xué)包裝等進(jìn)行優(yōu)化，提升車內(nèi)靜音水平。
傳統(tǒng)的NVH開發(fā)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用背景是我們的NVH開發(fā)水平處于一個(gè)初級(jí)階段，車內(nèi)的噪聲量級(jí)大，降噪的空間大，聲壓級(jí)優(yōu)化3-4dB 一般都不是問題，傳統(tǒng)的降噪方法能起到立竿見影的效果。但是隨著汽車輕量化、成本競(jìng)爭(zhēng)的壓力下，特別是對(duì)于電動(dòng)車而言，整車重量直接影響續(xù)航里程，單純依靠增加重量和成本的方法在新能源車型開發(fā)中遇到了很大的阻力。
智能化背景下的NVH開發(fā)依靠芯片算法等方法，集成化程度高，體積小，可解決復(fù)雜聲源環(huán)境下的NVH問題，開發(fā)周期短，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。
最早在1936年，德國(guó)物理學(xué)家Lueg提出了主動(dòng)降噪的技術(shù)并申請(qǐng)了專利，他是最早提出主動(dòng)降噪概念的科學(xué)家，受限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)和芯片技術(shù)的發(fā)展，僅僅是一個(gè)概念而已，是一種典型的反饋控制系統(tǒng)，隨后在直升機(jī)和飛機(jī)上得到工業(yè)化應(yīng)用。
直到1992年才開始在汽車上應(yīng)用，首次應(yīng)用是日產(chǎn)藍(lán)鳥車型，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)，目前在美系、日系車型上規(guī)模應(yīng)用，并逐步搭載在某些自主品牌車型上。
②主動(dòng)發(fā)聲
對(duì)于電動(dòng)車而言，缺少了發(fā)動(dòng)機(jī)的掩蔽效應(yīng)，路噪和風(fēng)噪更加凸顯，電機(jī)的高頻噪聲容易讓人煩躁。缺少了內(nèi)燃機(jī)的階次聲，駕駛者難以獲得愉悅的駕駛體驗(yàn)；對(duì)于車外行人，過于安靜的電動(dòng)車存在巨大的安全隱患。所以需要對(duì)電動(dòng)車的聲音進(jìn)行主動(dòng)設(shè)計(jì)。
ASD 主動(dòng)聲音設(shè)計(jì)是一項(xiàng)主要汽車應(yīng)用技術(shù)概念，通過信號(hào)處理人工合成聲音，改變或者增強(qiáng)車內(nèi)和車外的聲音，ASD一般與主動(dòng)降噪和聲音增強(qiáng)技術(shù)一起使用。各個(gè)企業(yè)有不同的叫法，本田謳歌稱為 Active Sound Control，起亞名叫 Active Sound System, 大眾為 Soundaktor，但是功能和目的都是一樣的。
在傳統(tǒng)車型上，根據(jù)用戶的駕駛模式發(fā)出不同的聲音，比如在運(yùn)動(dòng)模式下，四缸機(jī)發(fā)出六缸機(jī)或者八缸機(jī)的動(dòng)力感聲音，增強(qiáng)駕駛者的樂趣，更好的體驗(yàn)駕駛動(dòng)力。這種策略大多數(shù)是通過排氣和進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)音出來，當(dāng)然還有車型通過揚(yáng)聲器發(fā)出來。
在電動(dòng)車型上，目前有兩種思路：①模擬傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的階次聲；②設(shè)計(jì)具有科幻感的聲音；
對(duì)于策略①，應(yīng)用最多就是諧波合成算法，發(fā)動(dòng)機(jī)階次聲音是由一系列諧波的線性組合而成，其基本原理就是根據(jù)短時(shí)傅里葉變化，提取階次特征，然后對(duì)其逆變換，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)域變化的合成信號(hào)。
對(duì)于策略②，由于人們對(duì)電動(dòng)車聲音還未有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，對(duì)塑造品牌具有很好的效果，所以也是未來的發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)于電動(dòng)車的聲音設(shè)計(jì)可參考如何對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行音效設(shè)計(jì)那一篇文章。
3、智能座艙聲場(chǎng)控制技術(shù)
近年來，汽車行業(yè)高速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力已經(jīng)由過去供給端的產(chǎn)品和技術(shù)驅(qū)動(dòng)逐步轉(zhuǎn)換為不斷提高的客戶需求，驅(qū)動(dòng)消費(fèi)者對(duì)汽車的認(rèn)知也逐漸從 “單一的交通工具”向“第三空間”轉(zhuǎn)變，而座艙則是實(shí)現(xiàn)空間塑造的核心載體。
智能化的座艙會(huì)給用戶帶來更好的體驗(yàn)，其中聲學(xué)也是必不可少，比如車載語音交互，能夠?qū)崿F(xiàn)交互的前提就是背景噪聲不能大，需要對(duì)路面噪聲、風(fēng)噪進(jìn)行深度降噪。再比如獨(dú)立聲場(chǎng)，當(dāng)你不希望車上其他人聽到你與家人的私密談話時(shí)，當(dāng)你不希望你的音樂影響到其他人，當(dāng)你不想讓其他乘客的談話聲打擾你休息時(shí)，就需要對(duì)各個(gè)區(qū)域的聲場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)控制?；蛘叨嗳苏f話時(shí)，你的指令能夠被識(shí)別、或者能夠被喚醒。這些都是客戶用車時(shí)的常用場(chǎng)景。
傳統(tǒng)座艙域是由幾個(gè)分散子系統(tǒng)或單獨(dú)模塊組成，每個(gè)系統(tǒng)像“孤島”一般，這種架構(gòu)無法支持多屏聯(lián)動(dòng)、多屏駕駛等復(fù)雜電子座艙功能，因此催生出座艙域控制器這種域集中式的計(jì)算平臺(tái)。
在這樣的一種背景下，高度集成的域控制器就為降噪模塊提供了很大的支持，大大降低了單獨(dú)開發(fā)的成本，主動(dòng)降噪、主動(dòng)發(fā)聲、獨(dú)立聲場(chǎng)與全方位發(fā)聲控制器和芯片就可以融合到其中，給座艙內(nèi)的成員提供更好的語音交互，讓機(jī)器更好的感知人，理解人。
圖片來自地平線
4、結(jié)尾
100多年前，福特公司的創(chuàng)始人亨利·福特先生到處跑去問客戶：“您需要一個(gè)什么樣的更好的交通工具？”幾乎所有人的答案都是：“我要一匹更快的馬”。很多人聽到這個(gè)答案，于是立馬跑到馬場(chǎng)去選馬配種，以滿足客戶的需求。但是福特先生卻沒有立馬往馬場(chǎng)跑，而是接著往下問。
福特：“你為什么需要一匹更快的馬？”
客戶：“因?yàn)榭梢耘艿酶欤?rdquo;
福特：“你為什么需要跑得更快？”
客戶：“因?yàn)檫@樣我就可以更早的到達(dá)目的地。”
福特：“所以，你要一匹更快的馬的真正用意是？”
客戶：“用更短的時(shí)間、更快地到達(dá)目的地！”
于是后來，福特就發(fā)明了汽車流水線，大批量生產(chǎn)，將汽車帶進(jìn)千家萬戶。
汽車變革的時(shí)代已經(jīng)悄然到來，在未來，汽車也許不僅僅就是一種交通工具，而是一種更加智能，舒適、高效的生活方式。以客戶需求為中心，我們才知道該走什么路。
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