Trek Bicycle은 Simcenter 테스트 솔루션을 사용하여 전기 자전거의 모터 음향을 진단 및 개선합니다
Trek Bicycle(이하 Trek)은 미국 위스콘신주 워털루에 본사를 두고 있으며 1976년에 설립되었습니다. Trek은 전기 산악 자전거, 로드/시티 자전거, 기타 액세서리 등 다양한 종류의 자전거를 설계하고 제조합니다.
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Simcenter SCADAS XS 및 Simcenter Testlab Neo 소프트웨어를 사용하면 정답을 얻는 것보다 그 답을 통해 무엇을 배울 수 있는지에 더 집중할 수 있습니다.
Trek Bicycle(이하 Trek)은 미국 위스콘신주 워털루에 본사를 두고 있으며 1976년에 설립되었습니다. Trek은 전기 산악 자전거, 로드/시티 자전거, 기타 액세서리 등 다양한 종류의 자전거를 설계하고 제조합니다. Trek은 전체 제품군에서 지속적인 혁신과 첨단 기능을 달성하는 것을 목표로 합니다.
Trek Bicycle은 2022년 7월에 출시된 선구적인 라인인 Fuel EXe 자전거로
혁신을 지속하고 있습니다. Fuel EXe는 소음 없이 주행하도록 설계된 고출력 전기 산악 자전거입니다. Fuel EXe는 고품질 Trek 설계, 높은 수준의 컴포넌트, 견고한 경량 프레임, 라이더의 사운드 경험을 향상하도록 설계된 포괄적인 전기 모터를 포함합니다. Trek은 전기 자전거 음향을 혁신했으며, 숙련된 MTB(산악 자전거) 엔지니어와 음향과 같은 새로운 성능 지표에 대한 측정 및 정량적 인사이트를 제공하는 전담 자전거 전문가로 구성된 혁신적인 자전거 엔지니어링 그룹을 갖추고 있는 것으로 유명합니다.
Trek은 전기 산악 자전거의 음질 지표를 향상하는 개념을 연구하고 있으며, 이는 업계에서 계속해서 뜨거운 관심을 받고 있습니다.
Trek 성능 연구 그룹의 수석 연구 개발 엔지니어인 Paul Harder는 다음과 같이 설명합니다. "Trek의 음향 테스트 및 분석 전문가로서, 저뿐만 아니라 자전거 산업에도 새로운 유형의 역할을 제기했으며,
음향 역량을 한 단계 끌어올리는 동시에 새로운 테스트 및 분석 방법을 Fuel EXe 개발 주기에 적용하는 것을 목표로 삼았습니다."
"이는 여러 과제를 동시에 처음으로 진행하는 상당히 힘든 작업이었습니다."
Trek 성능 연구 그룹의 연구 개발 엔지니어들은 새로운 프로토타입 아이디어를 테스트하고 실험을 수행하여 자전거 물리학과 인간 능력에 대한 새로운 지식을 찾고자 실험과 시뮬레이션에 집중하고 있습니다. 새로운 지식에 대한 이러한 탐구를 통해 팀은 음질 영역에 대해 관심을 갖게 되었습니다.
"지난 몇 년 동안 업계는 전기 자전거 모터와 배터리 시스템의 크기와 무게를 줄이고, 통합 수준을 높이고, '자연스러운' 페달 작동에 있어 대폭 성장했습니다." "그러나 전기 모터 및 기어박스 시스템에서 고유하게 발생하는 소음은 여전히 단점으로 작용하는 경우가 많습니다. Fuel EXe를 통해 마지막 문제를 해결하고 완벽한 전기 자전거를 만들 수 있는
절호의 기회를 얻었습니다."
Trek은 이 전기 자전거를 생산하기 위해 Siemens Digital Industries Software와의 협력을 바탕으로 Simcenter™ 소프트웨어를 설계 프로세스의 일부에 사용하여 Fuel EXe를 실제로 구현했습니다. Simcenter는 소프트웨어, 하드웨어, 서비스로 구성된 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼의 일부입니다.
팀은 전기차 산업에서 영감을 얻었습니다. 이들은 전기차의 초창기 때와 마찬가지로 전기 자전거 음향 부문이 기회를 창출한다는 것을 깨달았습니다. Trek 팀은 사운드 경험과 불쾌한 소음 측면에서 Fuel EXe의 옵션을 조사할 때 음향을 철저히 고려했습니다. 여기에는 전기 자전거 부문에 대한 업계 최초의 음향 지표(예: 음조 및 명료 지수(articulation index)) 조사가 포함됩니다.
"거의 항상 다른 사람들과 함께 자전거를 타기 때문에 그 어떤 소음이라도 대화를 방해하면 신경이 많이 쓰였습니다. 이는 명료 지수와 관련이 있습니다."라고 Harder는 덧붙입니다. "전기 모터에 일반적으로 적용되는 많은 음질 지표에 대한 상당한 탐구와 연구를 기반으로 불쾌감에 대한 주요 지표로 음조를 사용하게 되었습니다."
Harder와 Trek의 MTB 엔지니어링 팀은 Fuel EXe의 음향 경험은 전기 모터에 크게 의존한다는 것을 알고 있었습니다. 팀은 TQ의 HPR120 모터로 작업하고 있었는데, 이 모터는 성능은 강력하지만 심각한 소음을 유발했습니다. 팀은 소음이 없는 소형 버전의 모터를 찾고 있었습니다. 이들은 최소 가동 부품과 고유한 기어 메싱을 갖춘 TQ의 하모닉 핀 링 기술이 소음이 없는 새로운 모터를 만드는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 발견했습니다.
"전기 모터 OEM인 TQ와 독점적인 파트너십을 맺고 있기 때문에 사양을 개발하고 전기 모터를 테스트할 때 효과적으로 협업할 수 있습니다."라고 Harder는 말합니다. 이러한 협업을 기반으로 HPR50 전기 모터를 개발하여 Fuel EXe와 Domane+에 설치했습니다."
Trek 팀은 Simcenter Testlab을 사용하여 음향 테스트 및 엔지니어링 관점에서
'탁월한 사운드'가 무엇인지를 정의했습니다.
Trek과 TQ가 서로 협력한 결과, HPR50을 장착한 프로토타입이 테스트 트레일을 달릴 준비가 완료되었습니다. Trek 테스트 라이더들은 HPR50 전기 모터를 장착한 프로토타입의 사운드가
매우 우수하다고 평가했습니다. 이는 기쁜 소식이었지만, Harder는 아직 해결해야 할 문제가 많다는 것을 알고 있었습니다.
"팀은 견고한 음향 테스트 및 분석 기능을 개발했지만, 전기 자전거의 환경에서 '탁월한 사운드'가 무엇을 의미하는지 정량화하는 방법을 파악해야 했습니다."라고 Harder는 설명합니다. "새로운 TQ 모터에 대한 음향을 핵심 목표로 삼고 있었으며, 개발 프로세스 전반에 걸쳐 많은 프로토타입을 반복하여 결정하고 이를 분석함으로써 정량화하고 이해하고 추적했습니다."
팀은 음량을 측정하는 것으로 시작하여 Fuel EXe가 다른 전기 자전거보다 거의 두 배 더 조용하다는 것을 알아냈지만, 테스트 라이더들은 주관적으로 실제로는 얼마나 더 나은 소리를 내는지를 과소평가한다고 생각했습니다.
"이 시점에서 음질이 전기 자전거 경험에 얼마나 중요한지, 전기 모터 소음의 쾌적성을 정량화하는 데 있어 주요 지표인 음조가 얼마나 중요한지 깨달았습니다." "이러한 사운드 설명을 정량화하는 방법에 대해 좀 더 많은 지식을 확보해야 한다는 것을 알게 되었습니다. 이에 따라 수많은 옵션이 있는 음질 측면으로
연구를 전환했습니다. 음조가 최적의 지표인 전기차 음향 분야를 면밀히 살펴보았습니다."
초기 테스트 라이딩 후 팀은 작업 가능한 보다 구체적인 음향 데이터가 필요했습니다. 그들은 미국 위스콘신주 워털루에 있는 Trek 공장 본사의 사운드 스튜디오에서 전용 산악 자전거 트레일을 통해 심층적인 음향 분석을 실행했습니다. 여기에서는 휴대용 Simcenter SCADAS™ XS 하드웨어와 다분야 테스트 기반 성능 엔지니어링을 위한 차세대 소프트웨어 플랫폼인 Simcenter Testlab™ Neo 소프트웨어 등의 Simcenter 테스트 솔루션을 사용하여
음량, 음조, 명료 지수와 같은 음력(Sound Power) 및 음질 지표를 분석했습니다.
"Simcenter SCADAS XS는 운동복 주머니에 들어갈 정도로 휴대하기 편리하고, 바이노럴 헤드셋과 원활하게 통합되며, 외부 태블릿에서 Simcenter Testlab Scope 앱을 사용하여 무선으로 제어할 수 있어 현장 테스트를 쉽게 수행할 수 있습니다."라고 Harder는 덧붙입니다. "트레일 테스트 중에는 GPS와 액션 카메라를 사용하여 Simcenter Testlab Neo에서 데이터를 시각화하기도 했습니다."
랩 테스트 셋업에는 Simcenter SCADAS XS, 전문가용 마이크, 총 저항이 300W로 설정된 음향 절연 고정식 트레이너, 최대 보조 모드로 조정된 Trek Fuel EXe가 포함되었습니다. Trek 팀은 ECMA-74:2019 표준에 따라 Simcenter Testlab Neo를 사용하여 음조를 계산했습니다.
"다양한 음질 지표를 조사한 후, 라이더가 경험하는 사운드를 가장 정확하게 나타내는 것이 음조임이 분명해졌습니다."라고 Harder는 말합니다. "Simcenter Testlab을 사용한 덕분에 중요도 비율, 명료 지수와 같은 다른 관련 지표를 쉽게 탐색할 수 있었습니다. 며칠 동안 알고리즘을 직접 코딩했는데, 이 테스트에 유용한 지표가 아니라는 것을 알게 되면 정말 허탈합니다."
Harder와 그의 팀은 프로토타입 제작 프로세스 전반에 걸쳐 피드백을 제공했고, 결국 전기 자전거 모터 음향을 진단하고 개선하기 위한 일련의 고급 방식을 개발했습니다. 마지막 단계로, 무반향실에서 이틀 동안 최종 생산 모터에 대한 현장 및 실험실 결과를 검증했습니다. 최종 결과에서는 Simcenter를 사용하여 Fuel EXe가 다른 인기 있는 전기 산악 자전거보다 쾌적성이 5배 증가하고 소음이 2배 감소하도록 설계할 수 있음을 입증했습니다.
HPR50과 Fuel EXe 생산이 시작됨에 따라, Trek 성능 연구 그룹은 자신들이 최첨단 전기 자전거 음향 기술을 연구하고 있음을 깨달았습니다.
"인간의 소리 인식 정도를 정량화하는 것은 매우 복잡합니다."라고 Harder는 말합니다. "Simcenter SCADAS XS 및 Simcenter Testlab Neo 소프트웨어를 사용하면 정답을 얻는 것보다 그 답을 통해 무엇을 배울 수 있는지에 더 집중할 수 있었습니다. 다양한 지표를 빠르게 테스트하고 데이터를 대화형으로 시각화, 필터링, 재생하는 기능 덕분에 다른 방법으로는 얻을 수 없었던 인사이트를 훨씬 더 빠르고 확실하게 얻을 수 있었습니다." "정말 흥미로운 점은 이제 미래의 전기 모터 및 전기 자전거 연구 개발 프로젝트의 초기 단계에서 이러한 도구와 음향 지식을 활용할 수 있다는 것입니다."라고 Harder는 말합니다.
Simcenter SCADAS XS는 현장 테스트는 물론 랩 테스트 설정에 사용되었습니다.
Simcenter SCADAS XS는 운동복 주머니에 들어갈 정도로 휴대하기 편리하고, 바이노럴 헤드셋과 원활하게 통합되며, 외부 태블릿에서 Simcenter Testlab Scope 앱을 사용하여 무선으로 제어할 수 있어 현장 테스트를 쉽게 수행할 수 있습니다.