01

Autoneum 和海克斯康合作實現(xiàn)共贏

噪聲和振動已成為汽車的一個基本考慮因素，原始設(shè)備制造商（OEM）正在努力生產(chǎn)外噪聲更低的汽車。與此同時，世界正在從傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)（ICE）驅(qū)動的汽車轉(zhuǎn)向電動汽車。這兩類汽車的噪聲特性差別很大。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動汽車的主要特點是發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的噪聲占主導(dǎo)地位，尤其是在頻譜的低頻部分，即 500 赫茲左右。內(nèi)燃機(jī)的噪聲能夠掩蓋車輛內(nèi)部和外部的大多數(shù)其他噪聲源，如道路噪聲和輪胎噪聲。電動汽車由基本無聲的電機(jī)驅(qū)動，特別是在低頻時。因此，其他噪聲源（如上述噪聲源）以及風(fēng)噪聲和空調(diào)系統(tǒng)噪聲變得更加突出。

通常情況下，來自不同部件（如動力總成）的噪聲有兩種傳播途徑。噪聲可以通過空氣傳播（空氣傳播噪聲），也可以通過結(jié)構(gòu)振動傳播（結(jié)構(gòu)傳播噪聲）。為了最大限度地減少來自不同傳播途徑的噪聲并提高乘客的舒適度，我們采用了不同的應(yīng)對方法。這些方法包括對車身進(jìn)行工程設(shè)計以減少振動、使用阻尼墊來減少振動以及采用高性能隔音處理來降低噪聲和振動。然而，由于車重是影響能耗的一個重要因素，OEM正致力于在不犧牲降噪和振動性能的情況下減輕部件質(zhì)量。

電動汽車的結(jié)構(gòu)也與內(nèi)燃機(jī)汽車有很大不同。除了各種可能的電機(jī)分布（前軸一個電機(jī)、每軸一個電機(jī)、車輪安裝電機(jī)等）外，現(xiàn)在還需要包括一個大而重的電池組。電動汽車并非從零開始設(shè)計，但車身設(shè)計和性能往往與內(nèi)燃機(jī)汽車有很大不同。為了達(dá)到所有目標(biāo)，OEM大量采用了仿真技術(shù)。除此之外，在早期設(shè)計階段進(jìn)行高精度的噪聲、振動和噪聲粗糙度（NVH）分析對于實現(xiàn)日益苛刻的目標(biāo)、減少原型和成本以及加快設(shè)計階段至關(guān)重要。

圖 1：車輛 NVH 性能評估模型

為了幫助汽車制造商縮短開發(fā)流程，盡早有效地減輕汽車噪聲和振動，Autoneum 和?？怂箍低ㄟ^合作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使汽車制造商能夠受益于 Autoneum 數(shù)十年來在量身定制的聲學(xué)軟件包設(shè)計方面的經(jīng)驗，以及?？怂箍凳澜缫涣鞯姆抡婺芰Α４舜魏献髦荚趯?Autoneum 用于優(yōu)化阻尼和吸音材料的驗證方法集成到 Actran（業(yè)界領(lǐng)先的聲學(xué)和振動聲學(xué)仿真軟件）中。因此，制造商不僅可以更容易地獲得更準(zhǔn)確的產(chǎn)品數(shù)據(jù)：在開發(fā)過程的早期對車輛性能進(jìn)行精確預(yù)測，還可以大大縮短設(shè)計和交貨時間，同時降低降噪材料的成本和重量。

02

阻尼墊優(yōu)化工具

在設(shè)計能夠最大限度地降低結(jié)構(gòu)傳聲（噪聲在低頻中占主導(dǎo)地位）的阻尼包時，必須考慮幾個因素。其中最重要的是重量，這將決定在特定頻率范圍內(nèi)哪種方案更有效。對于 100 赫茲至 500 赫茲的中低頻范圍，主要的影響來自于局部阻尼和加固，而當(dāng)頻率超過 500 赫茲時，NVH 內(nèi)飾的阻抗就會變得更加突出。內(nèi)飾阻抗對車身面板振動和相應(yīng)的輻射噪聲有重要影響，這是因為它具有傳遞性，而且在很大程度上取決于內(nèi)飾的包裝空間和內(nèi)飾重量。

設(shè)計低振動車輛的第一步是對白車身進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，以達(dá)到在動力總成安裝點或懸掛點的各種載荷下，減少噪聲主要輻射模式和車身內(nèi)部面板的整體振動。一旦完成這一過程，就需要進(jìn)一步細(xì)化阻尼墊的設(shè)計，一般通過使用剛度和阻尼特性隨頻率和溫度變化的材料來表示阻尼墊。目標(biāo)是確定最佳的位置和阻尼使用量，以盡量減少內(nèi)部車身面板的振動。

說到電動汽車的聲學(xué)包設(shè)計，許多因素都會影響到解決 NVH 問題的決策。由于市場趨向于跨界 SUV 設(shè)計，車輛尾部需要特別注意，因為這種設(shè)計的特點是后備箱腔體與主乘客艙相連。由于這種連接方式，來自后輪胎的滾動噪聲將得到放大。此外，對于目前和未來的大多數(shù)電動汽車來說，電動機(jī)位于后軸上，這進(jìn)一步增加了汽車后部在 NVH 方面的重要性。最后，由于新型電動汽車正在采用更輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)和面板，以應(yīng)對價格上漲和減少汽車生產(chǎn)的碳足跡，因此可能需要采取新的對策來解決結(jié)構(gòu)噪聲問題。

Autoneum 的 NVH 工程設(shè)計流程首先基于全頻段的傳遞損失和吸聲，設(shè)定空氣噪聲的目標(biāo)并進(jìn)行目標(biāo)分解。然后，設(shè)計專用部件以滿足這些要求，并確定滿足這些要求的最輕材料清單。最后，將符合空氣傳播噪聲要求的選定組合應(yīng)用于結(jié)構(gòu)傳播噪聲仿真模型，并進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以提高低頻降噪性能。

Autoneum 針對流程的不同部分開發(fā)了各種技術(shù)，而這些技術(shù)應(yīng)用上的普及正是 Autoneum 與 ?？怂箍岛献鞯哪繕?biāo)。流程的第一部分是應(yīng)對阻尼包設(shè)計（包括定位和優(yōu)化）的模塊，稱為 Autoneum SILVER。該工具用于在使用 MSC Nastran 進(jìn)行有限元模擬的基礎(chǔ)上確定阻尼墊的尺寸、形狀和理想位置。在MSC Nastran DMAP的幫助下，輸出考慮多種載荷條件下對主要振動峰值的貢獻(xiàn)。通過專門的后處理，工程師可以在高亮區(qū)域定位減振墊。然后可以重新啟動 MSC Nastran 以評估新放置的阻尼片所帶來的性能改進(jìn)，工程師可以比較新舊阻尼包，同時考慮減重和 NVH 性能。使用此流程，一家OEM用戶的阻尼組件重量減輕了 37%，NVH 性能甚至更好。

雖然這一過程大部分是自動化的，但在這一過程中需要使用不同的軟件。?？怂箍岛?Autoneum 合作，在一個統(tǒng)一的界面中提供所有功能，簡化了流程，無需從一個工具跳轉(zhuǎn)到另一個工具。

03

流程工業(yè)化

Autoneum SILVER 是一個流程或工作流，其中大部分是自動化的，只有少數(shù)是人工操作的。Actran 工作流程管理器非常適合將其打包成一個應(yīng)用程序。Actran 工作流程管理器是 Actran 的新功能，它提供了為垂直應(yīng)用定制的統(tǒng)一界面。更具體地說，它提供了一個框架，可以集成各種用戶界面元素，如用戶輸入提示、圖形和具有網(wǎng)格功能的三維視口，這些都是某些工作流程中進(jìn)行前處理和后處理所必需的。

Actran 工作流程管理器最初作為 Actran 2021 的一部分與通過噪聲工作流程一起出現(xiàn)，后來發(fā)展成為一個生態(tài)系統(tǒng)。目前已經(jīng)包含多個工作流程，例如：電機(jī)噪聲、航天結(jié)構(gòu)聲致振動以及用于快速、高頻空氣噪聲預(yù)測的基于傳輸損耗的統(tǒng)計能量分析（基于 TL 的 SEA）的最新工作流程。與 Autoneum 合作開發(fā)的新阻尼墊定位工作流程已于 Actran 2022.1版本發(fā)布。

工作流程分為不同的選項卡或界面，工程師可以在其中設(shè)置阻尼墊的參數(shù)。第一步，工程師首先加載 Nastran 模型文件。這一步的目的是提供模型的模態(tài)和單元矩陣，這樣就可以直接從工作流管理器運(yùn)行模型來檢索這些模態(tài)和單元矩陣，或者在有這些模態(tài)和單元矩陣的情況下將其導(dǎo)入。之后，工程師需要提供阻尼包的材料參數(shù)以及可布置阻尼的車身面板。工作流程的下一步是定義阻尼配置，工程師可以根據(jù)裸模型的計算結(jié)果，交互式地選擇阻尼墊的尺寸和位置。在這一部分，工程師還可以獲得原始面板質(zhì)量以及阻尼包增加質(zhì)量的信息。選定后，工作流程管理器會在用戶界面內(nèi)快速高效地計算阻尼包的性能。根據(jù)原始 MSC Nastran 模型中的可用信息，將阻尼墊作為數(shù)值單元參與計算。這降低了模型的復(fù)雜性，并大大縮短了求解時間。在計算出阻尼包的性能后，工程師可以直觀地查看遷移率（MOBILITY）的包絡(luò)線和峰值，同時可以查看可布置阻尼面板上的遷移率云圖遷移率貢獻(xiàn)圖是工作流程中最重要的元素，因為它顯示了需要阻尼的位置。工程師可以創(chuàng)建多種可能的阻尼配置，并在最后對它們進(jìn)行快速比較，以找到最佳解決方案。

借助這一工作流程，?？怂箍岛?Autoneum 正在推廣一種獨(dú)特的解決方案，它可以幫助汽車制造商降低成本，最大限度地縮短開發(fā)和迭代時間，并設(shè)計出產(chǎn)生最少結(jié)構(gòu)噪聲和振動的汽車。

圖2 Autoneum SILVER 流程

圖 3 Actran 工作流程管理器中的阻尼墊定位工作流程

04

下一步行動

將Autoneum SILVER集成到Actran工作流管理器中，僅僅標(biāo)志著?？怂箍岛虯utoneum合作關(guān)系的第一個成功里程碑。團(tuán)隊之間出色的合作和工作關(guān)系建立了高度的信任，推動我們進(jìn)一步創(chuàng)造和整合新的產(chǎn)品和流程，為客戶創(chuàng)造價值。

在不久的將來，涉及降噪材料自動定位的流程將被引入，以最小的成本和重量代價獲得最優(yōu)的降噪效果。再往后，新的優(yōu)化策略（包括材料和結(jié)構(gòu)）將被整合到一起，為低頻結(jié)構(gòu)噪聲提供完整的解決方案。

最后，此次合作不僅著眼于使現(xiàn)有產(chǎn)品和流程的普及。隨著合作的加強(qiáng)和信任的進(jìn)一步建立，雙方將探索新的機(jī)會，借助云計算和人工智能等新興技術(shù)，打造革命性的產(chǎn)品。?？怂箍岛?Autoneum 已邁出了實現(xiàn)這一潛力的第一步，并期待構(gòu)建下一代 NVH 模擬解決方案，追求 NVH 最佳設(shè)計，同時降低成本。