Un experto alemán en acústica utiliza las soluciones de Siemens para mejorar el desarrollo de vehículos autónomos y eléctricos

Nuevos desafíos de NVH

AZL es un fabricante alemán de bancos de ensayo acústicos y consultor de ingeniería para la industria de la automoción desde 1999. A día de hoy, reconoce los retos actuales en torno al desarrollo de vehículos eléctricos (EV) y autónomos (AV). Para tratar las nuevas necesidades de desarrollo de ruido, vibración y dureza (NVH), AZL está implementando tecnologías innovadoras como el análisis de trayectorias de transferencia basado en componentes (TPA) y los ensayos de sistema basados en modelos (MBST).

Con estas tecnologías, AZL construye bancos de ensayo especiales que tratan los retos derivados de NVH. El objetivo es poner a disposición de sus clientes los procedimientos de test innovadores que proporcionan información para optimizar el rendimiento de NVH de este tipo de vehículos en las primeras fases de desarrollo.

Nuevos retos de NVH en el desarrollo de vehículos eléctricos y autónomos

Según Andreas Schilp, director de AZL-Technology Center GmbH, el desarrollo de vehículos autónomos y eléctricos supone tres grandes retos y oportunidades:

En primer lugar, la estructura de alta frecuencia que proviene del ruido es mucho más importante en los vehículos eléctricos. Esto significa que los silentblock y los soportes deben desarrollarse con las características adecuadas de rigidez en este rango de frecuencia. Por lo tanto, se deben crear nuevos bancos de ensayo para ello.

En segundo lugar, ya no se trata de un motor de combustión interna, que enmascara el ruido a baja velocidad. Es por eso por lo que el ruido del contacto del neumático con la carretera es cada vez más audible. Así las cosas, el desarrollo de unos sistemas de suspensión adecuados es ahora una gran prioridad para los clientes. AZL busca crear los bancos de ensayo adecuados para tratar mejor el ruido de carretera. Su objetivo es adquirir los datos necesarios para validar los modelos de simulación. La empresa también desarrolla ensayos no solo a nivel de vehículo sino también a nivel de sistemas de suspensión aislados, como por ejemplo tests para los sistemas delanteros y traseros en el dinamómetro de chasis.

Por último, AZL está buscando opciones para transferir estos resultados de pruebas de componentes y ensayos al mundo de la simulación como parte del gemelo digital del producto. Para conseguir un gemelo digital preciso, el modelo de simulación necesita datos exactos.

Los vehículos del futuro requieren nuevos procesos de desarrollo

El concepto de gemelo digital va de la mano con la tendencia creciente en la industria. En lugar de hacer pruebas a todo el producto final, se hacen a nivel de sistema y componentes en las primeras fases de desarrollo. Este enfoque puede reducir de manera significativa el ciclo de desarrollo del vehículo, pues afecta a los productores de automóviles autónomos y eléctricos, que se ven obligados a replantear y renovar el procedimiento.

«Para el desarrollo de vehículos eléctricos, damos un paso atrás con respecto al desarrollo a nivel de vehículo completo. Intentamos centrarnos en los componentes y sistemas. Así sucede también con los ciclos de desarrollo debido a los nuevos procesos de homologación», dice Schilp.

En el mejor de los casos, el trabajo empieza con la configuración de los modelos de simulación. AZL construye bancos de ensayo especiales, capaces de realizar tests de NVH a nivel de componente y sistema con las condiciones de contorno descritas. «Como fabricante de este sector, ponemos a disposición del cliente unas directrices claras», comenta Schilp.

Para adquirir los datos de los bancos de ensayos de manera precisa, AZL confía en las soluciones de Siemens Digital Industries Software. En concreto el software Simcenter™ Testlab™ y el hardware Simcenter™ SCADAS, compatible con una amplia selección de sensores e interfaces de datos.

«Lo que hace único al portfolio de Simcenter es la integración de los resultados de los ensayos con los de simulación. De esta manera, se pueden comparar directamente en el mismo entorno», señala Schilp.

Bloqueo de fuerzas en el desarrollo de vehículos para NVH

La tendencia hacia el desarrollo basado en sistemas desencadena el nacimiento de una nueva técnica denominada análisis de trayectorias de transferencia (TPA) basado en componentes. El TPA consiste en la valoración de las fuerzas bloqueadas (y momentos) para determinar las características del sistema.

«La importancia de estas fuerzas en nuestro desarrollo es tal que nos permite separar sistemas entre sí», comenta Schilp. «Tenemos que dividirlos según las fuerzas y momentos que interactúan. Estas fuerzas que interactúan no varían y dependen de todo el montaje, mientras que las bloqueadas se caracterizan a partir del mismo sistema.»

Ser capaz de caracterizar los sistemas independientemente de las integraciones posteriores supone un gran potencial para desarrollar una relación entre OEMs y proveedores del sector.

«Gracias a este enfoque, no tenemos que integrar primero el componente en el vehículo y después responsabilizar al proveedor de algo que deriva del resultado de todo el vehículo», dice Schilp. «Sin embargo, el proveedor puede ser responsable de su sistema y podemos hacer que pruebe ese componente directamente.»

AZL ayuda a sus clientes a desarrollar los bancos de prueba adecuados. De esta manera pueden identificar de manera precisa las fuerzas bloqueadas. Se trata de un paso importante que permite obtener el objetivo final, que no es más que allanar el camino para el montaje virtual del vehículo.

«La habilidad para calcular las fuerzas de la interfaz de las que fuerzas bloqueadas es uno de los pilares que permiten llevar a cabo el montaje virtual del vehículo», señala Schilp. «Así, puede tener los resultados de la simulación y del ensayo con las fuerzas bloqueadas de sistemas. Para predecir el rendimiento del vehículo virtual solo hay que combinarlos. Creo que con el proceso adecuado de simulación híbrida y los resultados de las pruebas, se puede obtener un sistema de objetivos sólido, sobre todo para el rango de frecuencia más bajo, hasta 500 hercios. Si, por el contrario, los integra, alcanzará una gran calidad de la predicción de su prototipo virtual.»

El software de Simcenter Testlab y el sistema de adquisición de datos Simcenter SCADAS ofrecen soporte a este proceso de TPA basado en componentes. Este proporciona una solución integrada para la evaluación óptima de la calidad de los datos operativos y la respuesta de frecuencia, así como una herramienta analítica centrada en el proceso. Esta funcionalidad permite a los usuarios determinar las fuerzas bloqueadas y convertirlas en fuerzas de interfaz. Así, consiguen predecir los objetivos de manera rápida y eficiente.

En aplicaciones más complejas, como sucede con los datos TPA basado en componentes, la coherencia es fundamental. Se han añadido funcionalidades que mejoran la productividad, como el mapa de calor, que posibilita que los usuarios interpreten grandes conjuntos de datos con un solo clic. La visualización permite una verificación inmediata de la calidad de los datos. Proporciona información sobre el comportamiento vibroacústico de los distintos componentes. Además, el usuario tiene varias funcionalidades integradas para constatar inconsistencias en los datos, como errores de dirección o problemas de reciprocidad.

Simcenter Testlab ofrece soporte al TPA basado en componentes y a la conversión de las fuerzas bloqueadas e interactivas.

Control del ruido de carretera

AZL ofrece un entorno optimizado de ensayos gracias al desarrollo de dinamómetros de chasis personalizados con superficies variables. Los bancos de pruebas adicionales de fuerza de chasis y neumáticos permiten probar vehículos completos, los sistemas de suspensión y varias configuraciones de neumáticos y llantas con la misma excitación. Por lo tanto, el enfoque de modelo V se implementa en un entorno que se puede reproducir fácilmente.

Con una base de datos óptima de mediciones, los modelos validados por test proporcionan un entorno sólido para un mayor desarrollo virtual del vehículo.