Karma 汽车使用西门子解决方案令标志性电动汽车重生

电动跑车崭露头角

以前，我们的技术能力有限并且以石油为主导能源，将电动汽车视作遥远未来的新奇事物，但这一时代已一去不返。二十多年前，标志性的普锐斯汽车彻底改变了游戏规则。如今，全球已售出超过 1200 万辆混动或电动汽车，而且这一数字还在不断攀升：人们现在不仅将电气化视为汽车行业的巨大变革之一，而且已经开始构想一个完全没有汽油和燃烧的未来。

电动或混动汽车尚未完全占领道路有很多原因，其中包括价格高昂和自主驾驶性能仍然有限。此外，虽然许多人认为内在美才是真正的美，但对选择新车的人来说，汽车外观是一项关键区别因素。在 2012 年向市场推出 Model S 时，特斯拉率先意识到了这点。特斯拉借助这款汽车成功开拓了一个之前被排除在电气化游戏之外的独特细分市场，即喜欢豪华、运动设计的细分客户市场。

与此同时，许多原始设备制造商 (OEM) 已经在其型号款式中增加了至少一种高端的豪华型混动或电动汽车，例如本田 NSX、雷克萨斯 LC500h、宝马 i8、捷豹 I-Pace 和保时捷 Panamera。

许多初创公司都尝试在该细分市场碰碰运气（特斯拉也是从小做起）。虽然许多公司半途倒闭或被吞并，但仍有一些公司崭露头角并成长为受人尊敬的新兴电动品牌，准备用他们的原型车与行业巨头正面交锋。

Karma 汽车 - 凤凰重生

Karma 汽车就是这样一家初创公司。这家总部位于美国加利福尼亚州的汽车制造商于 2014 年从 Fisker Automotive 的资产余烬中重生。在重生过程中，Karma 汽车去芜存菁，保留了汽车中深受客户喜爱的精美意式设计，并对技术进行了重大升级。这造就了一辆豪华型电动混动轿车，它保留了 Fisker Karma 汽车的大部分原始外观和内饰，但采用了 A123 电池、充电器和电气控制装置。Karma 汽车首席技术官鲍勃·克鲁泽称之为“驾驶起来备受瞩目的汽车”。

作为一家初创公司，Karma 汽车必须解决因为资源有限而造成的一些惯常影响。首先，初创公司的时间比老牌公司更为宝贵。此外，初创公司难有第二次机会。因此，数字化真正成为了生死攸关的问题。克鲁泽证实说：“现在比以往任何时候都更重要的是，模型和分析应当能正确复制物理环境中发生的情况；这样当我们回到实际的车辆时，就能相信以虚拟方式获得的解决方案能与之匹配，而且它们确实会起作用。”

对优异 NVH 的不懈追求

对于混动-电动跑车而言，发动机噪音这一关键性能属性需要在整个开发过程中妥善处理。发动机噪音需要符合品牌形象。这并非易事，因为“在电动跑车发动机应该是什么样子方面，我们没有相关历史经验，”Karma 汽车的噪声、振动和声振粗糙度 (NVH) 主管工程师尤德·克尼特尔说。

混动-电动汽车的主要问题是，因为缺乏内燃机的噪音掩蔽效果，道路或暖通空调噪音等其他许多声音变得格外明显。与传统汽车相比，必须付出更多的努力来减少这些噪音源。此外，如果对其他属性（如重量、强度、耐用性和驾乘舒适性）产生负面影响，那么 NVH 优化工作可能会适得其反。

使用测试和仿真（有时同时进行）对于保持这种平衡至关重要。Karma 汽车在开发项目之初就明白这一点。

仿真和测试的顺畅配合

“当我们接手时，这个项目不仅涉及产品开发，还涉及我们要在 Karma 汽车中构建的流程，”Karma 汽车整车集成总监埃里克·基珀解释道。“通过与西门子紧密合作，我们真正实现了项目经理、工程师和技术人员之间的无缝互动。”

这样的综合性车辆开发项目同时涵盖了产品和流程，其获得成功的关键之一是尽量将车辆设计定义阶段提前，从而尽可能减少甚至避免在验证阶段的最后一刻才纠正错误并付出昂贵代价。Karma 汽车选择使用 Simcenter™ 3D 软件来完成这项任务。Simcenter 3D 整合了所有必要的高端解算方案和求解器，并支持对不同的属性进行优化，具有一流的计算机辅助工程 (CAE) 预处理和后处理功能，而且该软件具有独特的 CAD 集成和管理环境。特别是，Karma 汽车使用 Simcenter 3D 的混合建模方法，针对多个性能属性提前展开了整体车辆的优化工作。通过这种方法，他们使用 3D CAE 为开发中的组件建模，并使用从频率响应函数 (FRF) 和模态等测试结果中得到的精确降阶表示为已有组件建模。

除 Simcenter 3D CAE 软件之外，他们还选择使用 Simcenter Testlab™ 软件和 Simcenter SCADAS 硬件来执行 NVH 测试。这些无缝组合的工具覆盖了广泛的测试功能，如实验模态分析、操作数据收集和音质评估。除了快速准确的数据采集和测试结果，Simcenter Testlab 软件还提供了大量工程知识和用户指南。Karma 汽车特别欣赏该软件的智能数据查看和显示功能，它们可以帮助公司从多个角度考虑同一数据。“我们有大量功能必须在同一数据集中处理，而在 Simcenter Testlab 中点击鼠标就能获得所有这些功能，”克尼特尔确认道。

测试不仅在基准测试、目标设定和原型性能验证阶段很重要，它还在充分发挥仿真潜力方面发挥着至关重要的作用。特别是在像 Karma 汽车这样的案例中，当某些组件仍在 Simcenter 3D 中处于开发和探索阶段时，其他部件已经作为原型存在。大型车辆开发流程要在速度和准确性这两方面获得成功，在 Simcenter Testlab 中通过 FRF 和模态进行基于测试的验证就极为重要。

与许多原始设备制造商一样，Karma 汽车意识到仿真不能完全取代物理测试，但 Karma 汽车的员工相信，仿真可以帮助他们在更短的时间内实现更好的 NVH 性能。测试和仿真的适当组合可以帮助工程师确定仿真模型是否能尽量真实。而且它还能产生更详细的见解，例如如何在模型中包含阻尼，或者如何处理所谓的混合方法。

Simcenter 工程和咨询服务

该项目涉及流程和产品开发。因此，Simcenter 软件和 Simcenter™ 工程和咨询服务已被证明是理想选择。在大部分的开发过程中，Simcenter 人员都在现场协助设定项目的基准和目标，并通过 CAE 和测试对目标进行分析和验证。克鲁泽解释说，正是这些专业服务帮助 Karma 汽车能够“利用数学和科学而不是反复试错，以尽可能少的迭代次数正确完成任务”。

除了技术和软件之外，Karma 汽车还赞赏 Simcenter 顾问的精深知识。“他们还提供了技术诀窍和专业知识，这样 Karma 汽车就能自行继续执行相关流程和分析，”克尼特尔说。“他们不仅促进了相关软件的无缝操作，还促进了项目经理和技术人员之间的互动。他们提供了我们所需的专业知识，这样我们未来就可以自行继续执行相关流程和分析。”

专业知识、协同和技术传授正是当今 Simcenter 工程服务得以成立和运作的三大差异化支柱。在 Karma 汽车这样的综合性车辆开发过程中，这三者发挥了重要作用。

Polarion 带来的优势

跨多个属性、部门和团队处理众多软件功能需要功能强大的数据跟踪和管理工具。Polarion ALM™ 软件可应对这一挑战，它是 Siemens Digital Industries Software 广泛产品组合中的另一项解决方案。“Polarion 是一种跟踪工具，可以将目标从整车层级层层传递到组件层级，然后再返回以在每个中间层级和整车层级验证汽车，”Karma 汽车整车集成主管加伦·萨利比安说。“它的深度远胜于在普通的电子表格中打勾。您可以深入研究每个层级并访问所有必需的数据和分析。Polarion 可以帮助您全面控制整个应用程序生命周期，而不会损失在独立团队中工作通常所需的任何敏捷性。作为西门子软件大家族的一部分，Polarion 可与 Karma 汽车用来执行 NVH 优化和多属性平衡任务的 Simcenter 软件无缝集成。

不断超越

“通过使用西门子的咨询服务和软件工具，我们能够以尽量少的迭代正确完成任务，”克鲁泽说。“从技术角度来看，我们不仅实现了目标，而且还超出了预期。”

可以大胆地说，在艰难的商业环境下，Karma 汽车在 Fisker 的失败之处取得了成功。Karma Revero 这款汽车设计出色，不仅符合经济性要求，在环保和声学方面也能提供愉悦的体验。这些特点被认为是 21 世纪的重要成功指标。

Karma 汽车使用 Simcenter 工具和服务已经超过四年，使优化超越了 NVH 领域并扩展到其整体开发流程。通过将测试和仿真融入一个平台，他们借助简化的数据交换实现了团队和部门之间的协同。

“现在，我们在 Karma 汽车建立了一套流程，而且我们已经利用这套流程成功将我们的项目推向市场，我们对接下来的挑战感到兴奋，”Keipper 总结道。“经销商有望很快就能迎来一大批电动产品和汽车。”