在生活中，我們經(jīng)常會被問到：“你是做什么工作的？”為避免更多的解釋，我給非技術人員的最簡單回答是：“我正在與全球的汽車工程師合作，幫助他們設計出聽起來聲音很棒的汽車”。如果他們中有一個孩子，我會補充一句：“給那些車設計好聽的‘嗚嗚’聲（這里指汽車加速時動力總成發(fā)出的聲音）”。就在最近，我突然想到：“10年后，如果我說汽車會發(fā)出‘嗚嗚’聲，孩子們會不會看起來很驚訝？到那時我應該說什么？”

今天汽車的電動化徹底改變了傳統(tǒng)燃油車的聲音。內(nèi)燃機車的市場份額在縮小，在純電動車上，已經(jīng)沒有了燃油車加速時的典型“嗚嗚”聲。汽車開發(fā)商面臨的許多新的挑戰(zhàn)：

• 對目標用戶來說電動汽車的聲音應該是什么樣子的？

• 最終用戶會在多大程度上接受“現(xiàn)在更容易聽到”的背景噪音？

• 車輛在急加速時的聲音和感覺如何？加速聲音如何反映品牌價值？

• 或者作為下一步，車輛一旦實現(xiàn)自動駕駛，聲音聽上去應該是什么樣子？它是否仍應在某些時間點提供反饋？如果是，應該是什么時候？

• 隨著車輛越來越像是“安裝在車輪上的計算機”：如何評估車輛的控制系統(tǒng)對聲音感知的影響？

• 如何對車輛進行有意義的具體的機械修改，以改變其聲音？

• 是否有解決方案能夠回答所有這些問題，不僅是在汽車產(chǎn)品開發(fā)的后期，而是在整個車輛開發(fā)過程中的任何階段？

  
  

汽車電動化引起了許多與聲音感知相關的問題

汽車NVH模擬器介紹

西門子汽車NVH模擬器可以為上述問題提供答案。通過NVH模擬器可以創(chuàng)建一個正在開發(fā)的車輛的完整虛擬版本，即數(shù)字雙胞胎，并在樣車可用之前就能夠實現(xiàn)聽和感受它的NVH表現(xiàn)。最重要的是，可以輕松的對這個數(shù)字雙胞胎模型進行修改并評價其修改之后的NVH表現(xiàn)，這樣在樣車出來之前就規(guī)避掉絕大部分的NVH問題，降低樣車階段的風險，縮短開發(fā)周期，并節(jié)約樣車的資源。

如何做到這些？讓我們從創(chuàng)建虛擬車輛開始。

車輛 NVH 模擬器由兩個模型組成：

• 性能模型：模擬車輛對駕駛員輸入的響應；

• NVH 模型：根據(jù)性能模型的輸出構建車輛的 NVH性能表現(xiàn)

模型幫助工程師設計出具有良好NVH主觀感受的車輛

從一組曲線到聲音感知的主觀評價

車輛開發(fā)過程中，設定整車目標然后將目標分解到子系統(tǒng)及零部件是一種常用的控制整體NVH性能的方法。經(jīng)典的V字形開發(fā)周期可以支持這一過程：不同的NVH目標曲線，例如子系統(tǒng)和零部件的階次或頻譜曲線，在開發(fā)早期設定為設計目標。盡管這些曲線可能可以很好地控制整體NVH水平，但它們對于控制車輛的最終聲音感知可能不是很有用。換句話說：在這個過程中，我們并沒有關注到駕駛員對開發(fā)車輛NVH性能的主觀感受。

從一組曲線到聲音的主觀評價

汽車NVH模擬器可以將這些不同的目標曲線用于構建NVH模型，并對該模型進行主觀評價。因此，工程師可以評估正在開發(fā)車輛的主觀NVH性能，即便在樣車可用之前也可以進行這項工作。通過對前代車或對標車進行簡單的整車摸底測試，即可構建自上而下的NVH模型，在該模型中，可以將整車噪聲分解為幾個主要分量。例如，在NVH模擬器中可以將整車噪聲分解為動力總成噪聲、路噪結構聲、路噪空氣聲和風噪聲。通過調(diào)整各部分的水平，主觀感受調(diào)整后不同，這對于整車的目標設定和目標分解具有實際的指導意義?？傊谲囕v開發(fā)的任何階段，都可以定期使用這種方法主觀地評估車輛的NVH性能。

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在模擬器的NVH模 型中平衡各分量

評估設計變更對車輛聲音感知的影響

在整車開發(fā)過程中，僅僅能夠進行NVH主觀評價是遠遠不夠的。還需要評估設計變更對NVH的影響。例如，有意義的設計變更如何影響或改善聲音感知。注意，這里我們特意用了“有意義”這個詞。您可以對模擬器上的自上而下的NVH模型進行許多不同的概念性更改，例如重新調(diào)整動力總成的階次水平、放大路噪水平、頻帶濾波……然而，這些更改是否能夠在實車上實施？答案是：不能，因為它們的物理意義和工程價值有限。

評估有意義的替代方案對車輛聲音感知的影響

要實現(xiàn)對NVH方案的評估，就要在模型中體現(xiàn)NVH傳遞路徑的信息。那么我們要通過傳遞路徑分析（TPA）識別出各個激勵源及其傳遞路徑的特征（通常用力、聲載荷、剛度、傳函等代表），并將這些源及路徑的信息添加到汽車NVH模擬器的NVH模型中，這個模型我們稱之為自下而上的NVH模型。該模型可以豐富到包含所有激勵源及其傳遞路徑，這取決于我們有多少可用的數(shù)據(jù)。這樣，NVH模型中就不止是一些聲音的目標曲線，而且包含了對這條曲線有貢獻的源及路徑的信息。

通過傳遞路徑分析將路徑貢獻添加到NVH模型

在汽車NVH模擬器中添加所有的激勵源及其傳遞路徑的信息聽起來很棒，不是嗎？然而，并沒有那么簡單…

我們通常認為，在TPA模型中修改一條路徑，然后重新評價車輛聲音是有實際工程意義的。典型的例子是對動力系統(tǒng)的一個懸置支架進行修改，或對一條路徑進行濾波。然而，這種模型中的修改在物理上可能是不正確的，并可能導致錯誤的結論。原因是修改其中一條路徑將改變其他路徑的特性。舉一個簡單的例子：如果我修改一個動力總成懸置的剛度，動力總成的重量將重新分布在所有的懸置上，這將影響其他懸置的激勵特性。所以說：“只修改一條路徑而不影響其他路徑”是不符合實際情況的。因此，傳統(tǒng)TPA技術不能支持我們評價有實際工程意義的修改的影響。

因此，我們需要開發(fā)比傳統(tǒng)TPA更高級的技術…

我們想要的是這樣一個整車模型，它由各個零部件模型構建而成，這些零部件模型分別具有各自的獨立特征，并且可以靈活地虛擬組裝在一起?；诓考?/span>TPA技術可以幫忙我們實現(xiàn)這項功能。通過基于部件TPA獲得結構的物理信息（源的載荷，路徑的剛度、傳函等），然后將這些信息添加到模擬器的NVH模型，由于每個零部件的NVH特性是獨立的，對其中一個部件的修改不會影響到其它部件。在這種條件下，評價車輛某個零部件或某條路徑的修改對車輛NVH性能影響是具有實際工程意義的。

有關基于部件TPA技術，請看模態(tài)空間公眾號文章《什么是C-TPA？》

評估虛擬裝配車輛的聲音

基于部件的TPA技術，可用于車輛的虛擬裝配。通過該項技術構建的整車NVH模型，可用于聲音的主觀評價。

首先基于測試或仿真方法獲得零部件的數(shù)據(jù)，然后組裝一個完整的虛擬車輛模型，進而在車輛聲音模擬器上驅動該模型，以評估其NVH性能。

使用西門子Simcenter軟件工具組合，NVH工程師能夠運用基于部件的TPA方法，通過試驗或仿真表征各個NVH關鍵零部件。我們以電動車為例，跟NVH相關的零部件或子系統(tǒng)有：電驅總成、懸置、雨刮電機、懸架、壓縮機、轉向系統(tǒng)、車身等。西門子Simcenter 軟件組合擁有功能強大的流程，能夠將這些關鍵零件部件進行虛擬裝配。主機廠NVH工程師或零部件供應商可以通過統(tǒng)一的方法對特定的零部件進行測試或分析，以表征其NVH特性，并通過零部件庫共享這些信息。有了零部件庫之后，NVH工程師可以很容易地組裝一臺虛擬的車輛，預測其NVH特性并在聲音模擬器上進行主觀評價。由于NVH整車虛擬模型的背后是由各個獨立的NVH零部件構成，因此可以單獨對一個部件進行修改并考察其對虛擬車輛NVH的影響。關鍵零部件的NVH特性可以通過試驗的方法獲得，但在許多情況下，也可以通過仿真獲得。例如，內(nèi)飾車身的傳函數(shù)據(jù)既可以通過試驗獲得，也可以通過內(nèi)飾車身模型獲得。假設對內(nèi)飾車身進行了一些修改，可以重新計算其傳函并添加到NVH模型中，在車輛聲音模擬器上對其進行主觀評價。

借助Simcenter Testlab虛擬樣車裝配技術（VPA），進行車輛NVH預測和主觀評價

車輛性能模型

還記得汽車開發(fā)中遇到的那些挑戰(zhàn)嗎：車輛在急加速時的聲音和感覺如何？加速聲音如何反映品牌價值？除了NVH模型外，還需要車輛性能模型來恰當?shù)脑u估汽車聲音。隨著汽車行業(yè)電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化的發(fā)展，新開發(fā)的車輛越來越像是“裝在車輪上的計算機”，車輛的控制系統(tǒng)愈發(fā)重要，控制策略對NVH性能的影響不容忽視。以前，NVH工程師只能等到樣車可用之后，在實車上對動力總成的控制策略進行評估，此時已到了車型開發(fā)的后期，控制策略的修改空間較小。對于NVH有利的控制策略可能會跟能耗、駕駛性等性能沖突，在樣車階段可能已經(jīng)無法對控制策略進行調(diào)整。車輛NVH模擬器的性能模型能夠用于車輛動力總成的控制策略評估，在樣車可用之前，即可評價其對NVH性能的影響。車輛性能模型在車輛NVH模擬器中有四種不同的模式：

• 模式1：手動參數(shù)輸入?？梢酝ㄟ^軟件中的按鈕手動控制車輛的狀態(tài)參數(shù)（轉速、扭矩、車速、檔位、油門踏板位置等）做為NVH模型的輸入。

  
  

• 模式2：駕駛配置文件。通過配置文件定義真實的駕駛工況，并輸入到駕駛模擬器中，在駕駛工況被反復循環(huán)模擬時，用戶可以更好的聚焦在NVH性能模型的結果上，直觀的評估聽覺感受。

  
  

• 模式3：參數(shù)車輛模型。在軟件的模型庫中選擇一個可用的參數(shù)模型應用于車輛性能的模擬?，F(xiàn)有的參數(shù)模型主要針對內(nèi)燃機及純電動車輛基于工程經(jīng)驗所創(chuàng)建，需要用戶輸入一些典型的參數(shù)，例如：車輛質量，功率質量比，風阻系數(shù)等，此模式也支持查表獲取基礎參數(shù)。對于像HEV、PHEV等車型，它們的控制系統(tǒng)更加復雜，這就需要用到第4種模式了。

  
  

• 模式4：基于實時平臺的外部車輛模型。該模式能夠通過實時運行的仿真模型（如Simcenter Amesim）對車輛性能進行全面建模。這種方法提供了最大化的參數(shù)靈活性，并且能夠就客戶重點關注的環(huán)節(jié)盡可能詳細的模擬車輛真實狀態(tài)。需要注意的是利用該模式模擬車輛狀態(tài)參數(shù)時需要應用西門子的實時機（硬件）。在實時機上，控制系統(tǒng)的Amesim模型可以實時運行，并為車輛NVH模型提供所需的輸入。該西門子實時平臺利用了基于模型的系統(tǒng)測試技術解決方案（MBST）。

模擬器相關硬件

汽車NVH模擬器系統(tǒng)相關硬件具有可擴展性，針對不同的需求進行定制化配置:

• “桌面級”車輛NVH模擬器：這種配置可以布置在類似于辦公室的環(huán)境中。這種方式下只需要少量的硬件，即可創(chuàng)造出不錯的駕駛體驗。

  
  

• “駕駛模擬艙級”車輛NVH模擬器：該種配置中聚焦于真實的車輛駕駛環(huán)境模擬，給予車輛內(nèi)外部環(huán)境更高的還原。駕駛模擬艙又有多種不同的配置，用戶可以根據(jù)自己的實際需求自由搭配。

駕駛場景模擬

為了在模擬器上獲得更豐富的駕駛體驗，我們更傾向于加入駕駛場景模擬。為此，Simcenter Prescan的基本模塊將作為模擬器的一個插件集成到系統(tǒng)中。用戶能夠將不同的場景導入到駕駛環(huán)境中，并根據(jù)自己的偏好進行場景調(diào)整。根據(jù)偏好或需要，駕駛場景可以在一個或多個屏幕上并行運行（添加多個屏幕可以構建對車輛正常行駛或加速工況的更好體驗）。