Uso de soluciones de pruebas avanzadas para optimizar el análisis de NVH de la tracción de las bicicletas eléctricas

Modelar el futuro de la movilidad

MAHLE lleva desarrollando componentes para la industria de la automoción desde 1920. Recientemente, ha diversificado su actividad hacia otras áreas, como las soluciones completas para bicicletas eléctricas. MAHLE SmartBike Systems trabaja con algunas de las marcas más reconocidas en la industria de la bicicleta, especializándose en sistemas integrados, ligeros y que ofrecen una apariencia lo más cercana posible a las bicicletas tradicionales.

La decisión de MAHLE de invertir en el sector de las bicicletas eléctricas marca un cambio estratégico considerable. Esta diversificación no solo es una respuesta a las demandas del mercado, sino que también demuestra la capacidad de la empresa de anticiparse a las emergentes tendencias en movilidad. Gracias a su menor huella de carbono, las bicicletas eléctricas se están convirtiendo en la opción preferida del ciclismo urbano y de ocio.

El ruido del motor es uno de los factores clave al decidir la compra de una bicicleta eléctrica. Los clientes potenciales esperan que las principales marcas ofrezcan todas las funciones avanzadas de una bicicleta eléctrica con un sonido mínimo generado por el sistema de tracción.

«La mayoría de los clientes no busca sistemas extremadamente potentes y voluminosos», afirma Diego Rodríguez, responsable de Marketing. «Se busca una bicicleta de aspecto atractivo y que resulte natural. Por eso, nos centramos en los pequeños sistemas de tracción integrados y en la conectividad inteligente que les permite ajustar fácilmente el comportamiento y el rendimiento». La apuesta de MAHLE por las tracciones integradas de pequeño tamaño proporciona un aspecto elegante, un factor estético esencial para muchos ciclistas. Además, las funciones de conectividad inteligente proporcionan un mayor control sobre la experiencia de conducción y permiten ajustar el vehículo para satisfacer las preferencias y las necesidades.

MAHLE utiliza el hardware Simcenter™ SCADAS™ XS de Siemens Digital Industries Software, un dispositivo portátil que puede acoplarse fácilmente a una bicicleta para capturar datos, efectuar pruebas de ruido, vibración y dureza (NVH) de las tracciones de sus bicicletas eléctricas, así como el software Simcenter Testlab™ Neo para analizar datos. Estas soluciones integradas de Simcenter forman parte de Siemens Xcelerator, la plataforma empresarial de software, hardware y servicios.

Probar los niveles de NVH de una bicicleta eléctrica no es sencillo. La interacción de los componentes mecánicos y estructurales puede producir una amplia gama de patrones de ruido y vibración.

El uso de Siemens Xcelerator proporciona a MAHLE innovadoras herramientas que le permiten localizar las fuentes de ruido y las vibraciones. Gracias a nivel de precisión, los sistemas de MAHLE para bicicletas eléctricas cumplen los más altos estándares de calidad y rendimiento, y ofrecen una experiencia de conducción más silenciosa y confortable.

Captura completa de datos

Las piezas móviles de la tracción crean ruido, pero también generan vibraciones que se transmiten a la carcasa y al cuadro de la bicicleta. Esto puede irradiar aún más el ruido, por lo que existe la posibilidad de que el ciclista perciba el ruido de la tracción y el ruido aéreo del cuadro.

Para asegurar la mejor experiencia al usuario, durante las pruebas hay que analizar todas estas vías de transferencia de ruido a fin de identificar los cambios de diseño necesarios para minimizar el ruido.

Además de minimizar el ruido, MAHLE tiene en cuenta el impacto de estas vibraciones en la durabilidad y la longevidad de la bicicleta eléctrica. La exposición prolongada a determinadas frecuencias puede contribuir al desgaste de componentes clave y llegar a reducir la vida útil del vehículo. Con el análisis de las interacciones entre la tracción, la carcasa y el cuadro, los ingenieros pueden hacer ajustes de diseño que mejoren el rendimiento acústico y aumenten la durabilidad general de la bicicleta.

Al final del proceso de desarrollo, las tracciones de MAHLE se someten a pruebas intensivas para confirmar que los niveles de ruido son aceptables. Federico López, ingeniero de NVH de MAHLE, explica que utiliza muchas de las funcionalidades de Simcenter SCADAS XS para capturar los datos necesarios.

«Registramos las señales de tiempo de todos los sensores y tenemos un complemento de bus para vehículos que se conecta al bus CAN, de modo que podemos ver otros parámetros de la transmisión», dice López. «También utilizamos el procesamiento de rendimiento de firmas para el análisis detallado de los componentes giratorios junto con los auriculares binaurales para evaluar el ruido desde la perspectiva del conductor.

«Simcenter SCADAS XS es fácil de configurar y las mediciones son precisas, lo que nos ayuda a comprender la sonoridad, el índice de articulación y la rugosidad para describir mejor la sensación subjetiva del ruido, en lugar de limitarnos a medir los decibelios.

«Capturar todos estos datos con la unidad motriz montada en una bicicleta tal y como sería en un uso normal nos permite ajustar el ruido de la unidad motriz para conseguir tono y nitidez y ofrecer un producto mejor. «Poder configurar y supervisar todo desde una tablet es una gran ventaja sobre el terreno».

El uso de Simcenter SCADAS XS y Simcenter Testlab permite a los ingenieros de MAHLE capturar una imagen completa del rendimiento de la tracción y asegurarse de que no se pasa por alto ningún detalle durante las pruebas.

Análisis completo de NVH

López utiliza Simcenter Testlab Neo junto con Simcenter SCADAS XS para configurar y analizar cada prueba. López señala que la función de promedio de ejecución es útil para comparar mediciones entre series de pruebas. En especial, aprecia las completas funcionalidades de procesamiento.

«En Simcenter Testlab Neo tengo distintas plantillas definidas para diferentes objetivos, lo que agiliza la configuración», comenta. «Combinado con los informes automatizados, esto nos ahorra un tiempo considerable en el proceso de pruebas. Caracterizar un sistema de tracción completo ahora lleva solo una hora, mientras que con otras herramientas podría llevar hasta cinco horas». Esto representa un ahorro de tiempo del 80 %.

También señala la avanzada opción de reproducción de audio como función esencial para filtrar órdenes y frecuencias de moscado. «Utilizamos la reproducción de audio para las mediciones aéreas y estructurales», afirma. «Esto nos ayuda a entender cómo sonará la tracción si aumentamos la contribución de órdenes específicas o eliminamos ciertas frecuencias».

Caracterizar una tracción completa en apenas una hora es una importante mejora en los plazos de desarrollo, lo que permite a MAHLE pasar más deprisa de las pruebas a la producción. Acelerar el proceso de pruebas permite a la empresa comercializar sus productos más deprisa y mantener un alto nivel de calidad. A medida que crezca la demanda de bicicletas eléctricas, esta eficiencia será crucial para ayudar que los fabricantes sigan siendo competitivos y continúen innovando en el mercado de la movilidad eléctrica, en constante evolución.

Para las pruebas finales, MAHLE utiliza el sistema Simcenter Anovis™ a fin de comprobar las unidades de tracción y definir los límites de un resultado de aprobado o no aprobado. «Simcenter Anovis nos permite especificar las condiciones para identificar patrones de NVH», indica López. «Siempre que se cambian componentes para reducir el NVH, actualizamos los límites de aprobación en Simcenter Anovis para reflejarlo. Es una excelente solución para identificar los problemas y descartar las unidades que incumplen nuestras estrictas normas».

Al integrar el análisis predictivo en el proceso de pruebas, los ingenieros de pruebas pueden identificar posibles problemas de NVH en fases tempranas del diseño, lo que permite realizar ajustes de diseño más proactivos.

López considera que estas soluciones son esenciales en el trabajo de MAHLE. «Las herramientas de Simcenter nos ofrecen un enfoque único para el análisis de NVH», afirma. «Nos permiten comprender claramente dónde han fallado las unidades y dónde son aceptables los niveles de ruido».

Estrecha colaboración

MAHLE ya utilizaba Simcenter SCADAS en su división de automoción y no dudó en emplearlo en las bicicletas eléctricas. «Simcenter SCADAS XS es un dispositivo portátil increíble que nos permite recopilar todos los datos que necesitamos», afirma Manuel Pal, jefe de pruebas y validación. «La posibilidad de combinarlo fácilmente con Simcenter Testlab hizo que utilizarlo fuera una decisión muy sencilla».

López asegura que la estrecha colaboración con Siemens ha sido importante en el éxito de su equipo. «Nuestro ingeniero especializado de Siemens nos impartió una formación excelente sobre Simcenter Testlab. Nos explicó el procesamiento de la firma, cómo definir los canales y el procesamiento de la señal, medir las FRFs y realizar los análisis posprocesamiento. Siempre ha estado a nuestra disposición para ofrecernos asistencia adicional, nos ayudó a configurar las licencias adecuadas y nos enseñó cómo funciona el uso compartido de datos entre las soluciones de Simcenter».

«De igual modo, cuando empezamos a utilizar Simcenter Anovis, contamos con un excelente soporte de Siemens al garantizar su compatibilidad con Simcenter Testlab y ayudarnos a obtener el máximo valor del producto».

La cooperación constante entre MAHLE y Siemens es un testimonio del poder de la colaboración para impulsar la innovación. Trabajando juntos, amplían los límites de las posibilidades en la tecnología de las bicicletas eléctricas. Esta colaboración también asegura que los consumidores reciban los productos de la mayor calidad disponibles en el mercado.

Incorporación de la simulación

Para acelerar el proceso de desarrollo, MAHLE pretende añadir las soluciones de simulación de Simcenter a sus soluciones de pruebas de Simcenter. «Con la simulación, pudimos comprobar las frecuencias de los engranajes entre los dientes sin tener que fabricar el conjunto de engranajes», dice López. «También pudimos crear un modelo virtual de la carcasa para predecir la radiación acústica antes de construir prototipos. Esto nos permitirá probar muchas más ideas de diseño mucho más rápido y de forma más barata, lo que se traducirá en productos aún mejores». En este proceso de ampliar el uso de herramientas de simulación, las pruebas físicas son esenciales para asegurarse de que los modelos sean realistas y precisos.

La incorporación de la simulación en el proceso de desarrollo de MAHLE supondría un punto de inflexión para la empresa. Poder predecir los resultados de rendimiento sin construir físicamente cada iteración reduciría de forma considerable los costes y los plazos de desarrollo.

A López también le intriga el potencial del uso de la inteligencia artificial (IA) para procesar datos. «Durante las pruebas, recopilamos grandes cantidades de datos, pero no tenemos tiempo ni recursos para analizarlos con detalle», explica. «Esperamos aprovechar las funcionalidades de IA de Simcenter para automatizar parte del análisis de estos enormes conjuntos de datos y obtener nuevos conocimientos sobre cómo mejorar los diseños futuros».

El compromiso de MAHLE con la innovación y la calidad se refleja en su enfoque del desarrollo de las bicicletas eléctricas. Gracias a la colaboración con Siemens y a herramientas avanzadas como Simcenter SCADAS XS, Simcenter Testlab Neo y Simcenter Anovis, MAHLE no solo se asegura de que sus productos cumplen las más estrictas normas de rendimiento y confort, sino que también sigue ampliando los límites en la movilidad eléctrica. Con la vista puesta en futuros desarrollos como la simulación y el análisis de datos basado en IA, se ha posicionado para liderar la próxima ola de avances en el transporte sostenible y conseguir que el futuro de la movilidad siga siendo eficiente y emocionante.