通过结合使用电动动力系统仿真和车辆模型来提高电动汽车的声学舒适度

迎接电动汽车的挑战

现代汽车集团 (HMG) 凭借艾尼氪 5 等热门汽车确立了自己在电动汽车 (EV) 市场的领导者地位。但为了保持其地位，公司必须不断努力提高其开发的每一款新产品的性能。

多年来，HMG 的工程师一直将仿真作为开发内燃机 (ICE) 汽车的关键部分，但使用仿真来提高电动汽车性能带来了新的挑战。

噪声、振动与声振粗糙度 (NVH) 是提高性能的关键方面，因为它对整体用户体验有着重大影响。内燃机掩盖了许多车辆的声音，但由于电动动力系统的声音要小得多，即使是最柔和的噪音也会变得明显和令人讨厌。电动汽车还会以不同的频率发出声音，而传统仿真方法并不总是能检测到这些声音。因此，需要调整仿真技术以准确预测任何噪声，以便修改部件和车辆设计以消除噪声。

为了应对这一挑战，HMG 求助于 Siemens Digital Industries Software 的 Simcenter 工程和咨询服务（西门子工程服务）、Simcenter™ 3D 软件、Simcenter Testlab™ 软件和 Simcenter Nastran。Simcenter 是 Siemens Xcelerator 这一软硬件和服务业务平台的重要组成。

结构内外饰车身的有限元模型。

预测高频动力系统的啸叫

HMG 驾驶舒适性虚拟开发团队的高级研究工程师 Ji Woo Yoo 解释说，与电动汽车相关的一个特殊声学问题是啸声或呜呜声。虽然它比道路噪声安静得多，但由于缺乏内燃机来掩盖噪声，一旦被车辆乘员拾取，就无法忽视。为了使仿真在开发中有效，必须准确预测这种高频噪声。

“仿真过去用于预测风噪等高频声音，”Ji Woo 说道。“但是，预测电动动力总成的这种独特的新声音是一项新的挑战。最复杂的方面是将电动动力系统模型与车辆模型相结合，以准确预测座舱内的噪声。这需要大量的计算，这将非常耗时，或者使用以前的方法根本不可能。”

但是，通过使用 Simcenter 3D 和 Simcenter Testlab，HMG 工程师能够分别获取每个响应，从而节省了宝贵的计算时间和计算机资源。

声腔的有限元模型。

对结构传播和空气传播的声音进行仿真

这种复杂性不仅源于声音的高频，还源于声音通过结构传播和空气传播。通常，噪声预测软件只关注其中之一，因此一种仿真方法无法同时预测两者。

为了克服这一问题，HMG 与 Simcenter 工程服务团队合作开发了一种能够高效计算两种噪声源的方法。对于结构传播的声音，双方团队通力合作，使用有限元方法 (FEM) 在 Simcenter Nastran 中对汽车的内外饰车身进行建模。预测噪声高达 1.5 千赫兹 (kHz)。

一旦完全理解了结构噪声，团队就可以进行设计修改以降低其影响。其中包括调整电动动力总成和车辆之间的悬置刚度，以及修改底板的特性。

所示为主要外部压力载荷板。

空气传播噪声仿真更为复杂。有限元法再次用于预测电动动力总成的声辐射和外部面板的声学激励。为了实现准确预测，还必须对安装在车辆外部的声浪套件（发动机罩绝缘体、轮罩和下护板）进行建模。但是，由于车辆太重，无法使用 FEM 进行建模，因为这需要太多的计算能力。相反，HMG 与 Simcenter 工程服务的专家合作，应用统计能量分析模型。这是一种专为求解高频声音而设计的方法；在本例中，它预测的噪声最高可达 8kHz。

噪声分为声源、路径和接收器，以量化每种噪声的强度，这一过程称为目标级联。通过在 Simcenter 3D 中对此进行仿真，该团队能够比传统测试流程更高效地改进每个声源的声音。

使用封装衰减主要的电动动力总成面板。

密切协作，持续改进

“Simcenter 工程服务团队自始至终都与我们保持着密切合作，”Ji Woo 说道。“我们解释了需要实现的目标，他们展示了如何充分利用 Simcenter 软件。没有他们的专业知识，我认为我们不可能取得今天的成就。”

他还热衷于继续改进新的仿真技术，为 HMG 带来更多优势。“进一步简化流程将提高我们的效率，”Ji Woo 说。“Simcenter 工具的一个优点是，您无需成为仿真专家即可使用。因此，一旦我们在 Simcenter 上实现了流程和数据的标准化，就可以将其介绍给更多的工程师，从而为我们的仿真专家腾出时间来处理新项目。”