Niemiecki ekspert z zakresu akustyki wykorzystuje rozwiązania firmy Siemens, aby usprawnić rozwój pojazdów elektrycznych i autonomicznych

Rozwiązanie nowych wyzwań dotyczących kwestii NVH

Niemiecka firma AZL, która produkuje stanowiska do testów akustycznych oraz oferuje konsultacje inżynierskie dla branży motoryzacyjnej już od 1999 roku, uwzględnia w swojej pracy najbardziej aktualne wyzwania dotyczące rozwoju pojazdów elektrycznych (EV) i autonomicznych (AV). Aby sprostać nowym wymaganiom w zakresie hałasu, drgań i uciążliwości jazdy (NVH), AZL wdraża innowacyjne technologie, takie jak analiza ścieżki przejścia (transfer path analysis, TPA) w oparciu o komponenty oraz testowanie systemów w oparciu o model (MBST).

Wykorzystując te technologie, AZL produkuje specjalne stanowiska testowe dopasowane do wyzwań związanych z kwestiami NVH i oferuje klientom innowacyjne procedury testowe, które pozwalają określić, w jaki sposób zoptymalizować działanie pojazdów elektrycznych i autonomicznych na wcześniejszych etapach procesu rozwoju.

Nowe wyzwania przy rozwoju pojazdów autonomicznych i elektrycznych

Według Andreasa Schilpa, dyrektora zarządzającego AZL-Technology Center GmbH, można wyróżnić trzy główne wyzwania i możliwości związane z rozwojem pojazdów autonomicznych i elektrycznych:

Po pierwsze, w przypadku pojazdów elektrycznych znaczący staje się hałas strukturalny o wysokiej częstotliwości, co oznacza, że tuleje i usztywnienia muszą charakteryzować się odpowiednią sztywnością dla tego zakresu częstotliwości. W związku z tym należy opracować nowe stanowiska testowe.

Po drugie, trzeba pamiętać, że nie mamy już do czynienia z silnikiem spalinowym, który maskuje wiele dźwięków przy niskich prędkościach, dlatego hałas wynikający z kontaktu opony z powierzchnią jest coraz bardziej słyszalny. Priorytetem dla klientów jest tym samym opracowanie solidnych układów zawieszenia. AZL aktywnie pracuje nad rozwojem odpowiednich stanowisk testowych, które pozwolą lepiej eliminować hałas związany z kontaktem opony z powierzchnią. Stara się również zbierać dane niezbędne do walidacji modeli symulacji. Firma opracowuje również testy, nie tylko na poziomie całego pojazdu, ale również dla odizolowanych układów zawieszenia. Możliwe jest na przykład osobne testowanie przedniego lub tylnego układu zawieszenia na hamowni podwoziowej.

AZL analizuje również możliwości uwzględnienia wyników testów komponentów i systemów w symulacji, dzięki czemu będą one tworzyć część cyfrowego bliźniaka produktu. Aby był on dokładny, modele symulacji muszą zostać uzupełnione o odpowiednie dane.

Pojazdy nowej generacji wymagają nowych procesów rozwoju

Koncepcja cyfrowego bliźniaka ma ścisły związek z rozwijającymi się trendami w branży. Testy fizyczne nie odbywają się po stworzeniu całego pojazdu, lecz są prowadzone wcześniej na poziomie poszczególnych układów i komponentów. Takie podejście może znacząco skrócić cykle rozwoju, ponieważ zmusza producentów pojazdów AV i EV do ponownego przemyślenia procesu i wdrożenia innowacji.

– Podczas rozwoju pojazdów elektrycznych staramy się odejść od opracowania całego pojazdu i skupić bardziej na poszczególnych układach i komponentach: to samo dotyczy zoptymalizowanych cyklów rozwoju związanych z nowymi procesami homologacji – tłumaczy Schilp.

W idealnym scenariuszu proces rozwoju rozpoczyna się od opracowania modeli symulacji. AZL przygotowuje specjalne stanowisko, które umożliwia testowanie kwestii NVH na poziomie komponentu i systemu oraz uwzględnia w nim dokładnie opisane warunki brzegowe. – Jako producent stanowisk testowych oferujemy naszym klientom szczegółowe wsparcie – podkreśla Schilp.

AZL korzysta z oprogramowania Simcenter™ Testlab™ od firmy Siemens Digital Industries Software oraz sprzętu Simcenter™ SCADAS, który jest kompatybilny z szeroką gamą czujników i interfejsów danych, aby w skuteczny sposób zbierać informacje ze stanowiska testowego.

– Portfolio Simcenter jest wyjątkowe, ponieważ ściśle integruje wyniki testów i symulacji, dzięki czemu można je porównywać bezpośrednio w jednym środowisku – uważa Schilp.

Siły blokowe w rozwoju pojazdów pod kątem NVH

Nowy trend związany z rozwojem pojazdów w oparciu o systemy przyczynił się do rozwoju nowej techniki – analizy ścieżki przejścia opartej na komponentach (TPA). TPA polega na ocenie blokowych sił i momentów w celu określenia charakterystyki systemu.

– Siły blokowe mają duże znaczenie dla procesu rozwoju, ponieważ umożliwiają oddzielenie systemów od siebie – tłumaczy Schilp. – Musimy podzielić systemy ze względu na oddziałujące siły oraz momenty. Te siły są zmienne i zależą od całego złożenia, natomiast siły blokowe charakteryzują określony system.

Możliwość określenia charakterystyki systemów niezależnie od późniejszych integracji ma duży potencjał, jeśli chodzi o rozwój relacji między producentami OEM i dostawcami z branży motoryzacyjnej.

– Dzięki temu podejściu nie musimy od razu integrować komponentu w skończonym pojeździe, unikamy też przenoszenia na dostawcę odpowiedzialności za coś, co wynika z działania całego pojazdu – tłumaczy Schilp. – Dostawca jest jednak odpowiedzialny za swój system i możemy oczekiwać jego przetestowania.

AZL wspiera swoich klientów, aby mogli rozwijać odpowiednie stanowiska testowe, które pozwalają dokładnie zidentyfikować siły blokowe. Jest to ważny krok w kierunku ostatecznego celu, czyli możliwości wirtualnego montażu pojazdów.

– Możliwość obliczenia sił stykowych na podstawie sił blokowych to jeden z elementów, które umożliwią wirtualny montaż pojazdów – tłumaczy Schilp. – Dzięki temu można uzyskać wyniki symulacji lub testów na podstawie sił blokowych w systemach, a następnie je połączyć, aby prognozować działanie wirtualnego pojazdu. Myślę, że odpowiednie, hybrydowe procesy symulacji oraz rzetelne wyniki testów na poziomie poszczególnych pozwalają osiągnąć solidny system założeń, przede wszystkim dla niższego zakresu częstotliwości do 500 Hz. Integrując je, można również osiągnąć dokładne prognozy dotyczące działania cyfrowego prototypu.

Oprogramowanie Simcenter Testlab i system zbierania danych Simcenter SCADAS obsługują proces analizy TPA. Jest to zintegrowane rozwiązanie do optymalnej oceny jakości danych operacyjnych oraz reakcji na częstotliwość, a także narzędzie analityczne skupione na procesie. Dzięki niemu użytkownicy mogą szybko i skutecznie zdefiniować siły blokowe, przekonwertować je na siły stykowe i przygotować prognozy dotyczące docelowego działania.

W przypadku złożonych zastosowań, gdzie spójność danych ma kluczowe znaczenie, wprowadzono funkcje zwiększające produktywność, takie jak mapa cieplna, która pozwala użytkownikom zinterpretować duże zbiory danych za pomocą jednego kliknięcia. Taki widok umożliwia szybką weryfikację jakości danych i zapewnia szczegółowy wgląd w charakterystykę wibroakustyczną poszczególnych komponentów. Użytkownik może ponadto skorzystać z licznych zintegrowanych funkcji, które służą do weryfikacji niespójności w danych, takich jak błędy dotyczące kierunków oraz problemy dotyczące wzajemności.

Oprogramowanie Simcenter Testlab w pełni obsługuje metodę TPA oraz konwersję sił blokowych na siły stykowe.

Eliminacja hałasu wynikającego z kontaktu opon z nawierzchnią

AZL zapewnia optymalne środowisko testowe i tworzy personalizowane hamownie podwoziowe z różnymi rodzajami nawierzchni. Dodatkowe stanowiska do badania podwozia i sił oddziałujących na opony pozwalają na testowanie całych pojazdów, przednich i tylnych układów zawieszenia oraz różnych konfiguracji opon i obręczy przy jednakowych wzbudzeniach. Tym samym podejście oparte na modelu V jest wdrażane w środowisku, gdzie można łatwo odtworzyć warunki testowe.

Optymalna baza pomiarów i zweryfikowane testami modele tworzą wspólnie skuteczną platformę do dalszego wirtualnego rozwoju pojazdów.