독일 음향 전문 기업, Siemens 솔루션을 사용해 전기 및 자율 주행 차량 개발 개선

새로운 NVH 과제 해결

1999년 설립 이래 자동차 산업을 대상으로 음향 테스트 벤치 제조 및 엔지니어링 컨설턴트 서비스를 제공하는 독일 기업인 AZL은 전기 자동차 (EV) 및 자율주행 자동차 (AV) 개발과 관련된 지속적인 문제에 직면해 있습니다. AZL은 새로운 NVH (소음, 진동 불쾌감) 개발 요구사항을 해결하기 위해 구성요소 기반 전달 경로 해석 (TPA) 및 모델 기반 시스템 테스트 (MBST)와 같은 혁신적인 기술을 구현하고 있습니다.

AZL은 이러한 기술을 활용해 새로운 NVH 과제를 해결하는 특수 테스트 벤치를 구축해 고객에 혁신적인 테스트 절차로 개발 단계 초기에 AV 및 EV NVH 성능을 최적화하는 방법을 알려주는 정보를 제공합니다.

AV 및 EV 개발에서 비롯되는 새로운 NVH 과제

AZL-Technology Center GmbH 대표 Andreas Schilp에 따르면 AV 및 EV 개발은 세 가지 주요 과제와 기회를 제공합니다.

첫째, 고주파 구조로 인한 소음이 EV에서 차지하는 비중이 커졌습니다. 이 주파수 범위에 맞는 강성 특성을 활용해 부싱 및 마운트를 개발해야 합니다. 이를 처리할 수있는 새로운 테스트 벤치 개발이 필요합니다.

둘째, 저속에서 매우 중요한 마스킹 소스인 연소 엔진이 사라지면서 구조 자체에서 기인하는 노면로 소음이 더 두드러지게 됐습니다. 이를 해결할 우수한 서스펜션 시스템 개발이 시급합니다. AZL은 노면 소음 처리 능력이 강화된 적절한 테스트 벤치 개발에 적극적으로 참여하고 있으며, 시뮬레이션 모델을 검증하는 데 필요한 데이터를 수집하는 데 주력합니다. 또한 AZL은 전체 차량 수준 뿐만 아니라 섀시 다이노에서 전면 또는 후면 서스펜션 시스템만 개별적으로 테스트하는 것과 같은 격리된 서스펜션 시스템 수준에 대한 테스트를 개발합니다.

마지막으로 AZL은 이러한 구성요소와 시스템 테스트 결과를 제품 디지털 트윈의 일부로 시뮬레이션 영역에 전송하는 옵션을 찾고 있습니다. 정확한 디지털 트윈을 얻으려면 시뮬레이션 모델에 정확한 데이터를 제공해야 합니다.

차세대 차량은 새로운 개발 프로세스를 필요로 합니다

디지털 트윈 개념은 업계 성장 트렌드와 밀접한 관련이 있습니다. 최종적으로 나온 전체 차량을 테스트하는 대신, 물리적 테스트를 시스템 및 구성요소 수준에서 보다 빨리 수행합니다. 이 방식은 개발 프로세스를 혁신해야 하는 AV 및 EV 생산자에 영향을 미치므로 차량 개발 사이클을 크게 단축할 수 있습니다.

Schilp은 “저희는 EV 개발을 위해 전체 차량 수준 개발에서 한 발짝 물러나 시스템과 구성요소 수준에 주력하고자 합니다. 새로운 승인 프로세스로 인해 개발 사이클을 최적화하는 작업에도 그러한 노력이 진행 중입니다” 라고 말합니다.

최상의 시나리오에서 개발은 시뮬레이션 모델 설정부터 시작합니다. AZL은 신중히 표시한 경계 조건을 사용해 구성요소 및 시스템 수준에서 NVH를 테스트할 수 있는 특수 테스트 벤치를 구축합니다. Schilp은 “저희는 테스트 벤치 제조사로서 고객에 명확한 지침을 제공합니다” 라고 말합니다.

AZL은 테스트 벤치 데이터를 정확히 수집하기 위해 다양한 센서 및 데이터 인터페이스와 호환되는 Siemens Digital Industries Software 솔루션인 Simcenter™ Testlab™ 소프트웨어와 Simcenter™ SCADAS 하드웨어를 사용합니다.

Schilp은 “Simcenter 포트폴리오만의 강점이라면 테스트 결과를 시뮬레이션 결과와 긴밀히 통합해 동일한 환경에서 이들을 바로 비교할 수 있다는 점입니다” 라고 말합니다.

NVH 차량 개발에서의 잠김력

시스템 기반 개발로 나아가는 추세는 구성요소 기반 TPA라는 새로운 방식을 탄생시켰습니다. TPA는 잠김력을 시스템 특성으로 평가한 것으로 구성됩니다.

Schilp는 "개발에서 잠김력이 중요한 이유는 이것을 활용해 시스템을 서로 분리할 수 있기 때문입니다" 라고 설명합니다. "저희는 상호 작용하는 힘, 상호 작용하는 모멘트 차원에서 이들을 분리해야 합니다. 이런 상호 작용하는 힘은 불변하지 않으며 전체 어셈블리에 의존하는 반면, 잠김력은 이 시스템 자체를 특성화합니다."

이후 통합과 독립적인 시스템 특성화를 갖추면 자동차 OEM-공급업체 트레이드 관계에 상당한 잠재력을 열어줍니다.

Schilp는 “’잠김력’ 방식을 사용하면 전체 차량에 구성요소를 먼저 통합한 후 공급업체가 전체 차량 결과를 책임질 필요가 없습니다. 대신 공급업체는 자체 시스템만 책임지고 자체 구성요소를 바로 테스트할 수 있습니다” 라고 말합니다.

AZL은 고객이 고객이 잠김력을 정확히 파악할 수 있는 올바른 테스트 벤치를 개발합니다. 이 모든 작업은 가상 자동차 어셈블리를 위한 길을 마련하겠다는 궁극적인 목표를 달성하기 위한 중요한 단계입니다.

Schilp은 "잠김력에서 인터페이스 힘을 계산하는 기능은 가상 차량 어셈블리를 가능하게 하는 요소 중 하나입니다" 라고 말합니다. “이를 활용해 시스템의 잠김력으로 시뮬레이션이나 테스트 결과를 얻을 수 있으며, 이를 통합해 가상으로 차량 성능을 예측할 수 있습니다. 올바른 하이브리드 시뮬레이션 프로세스와 신뢰할 수 있는 시스템 수준 테스트 결과를 활용하면 최대 500Hz의 저주파수 범위에 대한 강력한 목표 시스템을 구현할 수 있습니다. 반대로 이들을 통합하면 가상 프로토타입 품질을 훌륭히 예측할 수 있습니다.”

구성요소 기반 TPA 프로세스는 Simcenter Testlab 소프트웨어와 Simcenter SCADAS 데이터 수집 시스템을 통해 완벽히 지원됩니다. 이는 작동 및 주파수 응답 합수 (FRF) 데이터의 최적 측정 품질과 워크플로 기반 해석 툴을 위한 통합 솔루션을 제공합니다. 사용자는 이 기능을 활용해 잠김력을 결정하고 이를 인터페이스 힘으로 변환하며 매우 빠르고 효율적으로 표적 예측을 수행할 수 있습니다.

구성요소 기반 TPA 데이터와 같은 까다로운 애플리케이션에서는 일관성이 필수적이며, 사용자가 클릭 한 번으로 대량의 데이터세트를 해석할 수 있는 매트릭스 히트맵 같은 생산성 향상 기능이 추가됐습니다. 디스플레이를 활용해 데이터 품질 확인을 바로 확인하고 다양한 구성요소의 진동 음향 거동에 대한 상당한 인사이트를 얻을 수 있습니다. 뿐만 아니라 사용자는 방향 오류 및 상호적 문제와 같은 데이터 불일치를 확인할 수 있는 여러 통합 기능을 갖습니다.

구성요소 기반 TPA 및 잠김력을 인터페이스 힘으로 변환하는 작업은 Simcenter Testlab에서 완벽히 지원됩니다.

노면 소음 마스터

AZL은 다양한 표면을 가진 커스터마이즈 섀시 다이나모미터를 개발해 최적의 테스트 환경을 제공합니다. AZL 서스펜션 및 타이어 포스 리그라는 이름의 별도의 테스트 장비를 사용하면 완전히 동일한 여기에서 전체 차량, 전방 및 후방 서스펜션 및 타이어-림 조합을 테스트할 수 있습니다. 그러므로 V-model 방식은 재현 가능성이 높은 환경에서 실현됩니다.

최적의 측정 데이터 데이터베이스에 기반해 테스트 검증된 모델은 미래 가상 차량 개발을 위한 강력한 환경을 제공합니다.