将 NVH 预测应用性能提升五倍，不再依赖物理原型

汽车舒适性领导者

雷诺公司 (Renault S.A.) 自 1899 年成立以来，一直是引领汽车行业的先锋企业。除了专注于提升性能和可靠性，雷诺始终致力于打造舒适性和愉悦性无可匹敌的驾驶体验。

提供无可匹敌的舒适性需要优化车辆的噪声、振动和声振粗糙度 (NVH)。随着电气化时代的到来， 发动机对噪声的掩盖程度大幅降低，因此，NVH 分析和优化就变得 尤为重要。

早在 20 年前，雷诺就意识到让开发不同车辆系统的团队更加紧密地协同合作对达成理想结果具有重大意义。在设计过程中，越早理解系统之间的相互作用、越早做出更改，效果就越好。否则，耗费的成本和时间会让企业不堪重负。

为此，雷诺发起了声学虚拟合成 (VISA) 项目。雷诺 NVH 仿真专家菲利普·莫迪拉特 (Philippe Mordillat) 解释说：“我们有志于通过将各个独立组件装配在一起来实现合成，以此预测整车性能。”

增强团队凝聚力

VISA 工具专用于评估车辆在开发各个阶段的 NVH 行为。其目的是通过实施模块化和系统驱动型设计方法 来拉近企业各团队与外部供应商之间的距离。

当时面临着诸多挑战，因为以前可用的软件并不像现在这样先进。例如，虽然当时可以采用各种技术基于频响函数 (FRF) 耦合不同子系统， 但这些技术均缺乏可保证结果准确性的正确边界条件。此外，以恒定方式表征噪声源和振动源的方法根本不存在。

测试和 CAE 活动之间也界限分明：各部门之间的数据交换和重用受限，导致难以将数据库和不同组件模型以灵活的方式连接到合成工具。当时，还尚未发明出让不同子系统的模型必须与来自控制逻辑的边界条件相关联以解决复杂混合动力汽车 (HEV) 架构的方法。

莫迪拉特表示，当时雷诺正在寻求通过合成和预测法来扩展 NVH 频谱，但却因此而束手束脚。“最终，在我们可分析的用户案例中，90% 都与单纯的组件弱耦合有关，例如，安装松散、低频或中频轰鸣音等应用情况。我们希望将这些方法扩展应用到像路面噪声和通过噪声等更高频率的情况中。”

专家合作

雷诺希望进一步开发该工具及其内部流程， 这促成了其与 Siemens Digital Industries Software 之间的战略合作。自 2016 年以来，双方通力合作，利用 Simcenter™ Testlab™ Virtual Prototype Assembly (VPA) 软件来改进 VISA 平台，该软件是 Siemens Xcelerator 这一全面、集成式软硬件和服务产品组合的一部分。

此次合作的目标是在全公司范围内实施全面的流程，无需物理原型也能够可靠地评估组装车辆的 NVH 性能。这就需要采用新方法来提高预测的可靠性和准确性，例如强耦合组件之间的相互作用。需要保证该流程在开发的任何阶段都可用，支持来自内部或供应商的任何测试或计算机辅助工程 (CAE) 数据源。还需要保证该流程可供所有雷诺工程师使用，而不仅限于仿真专家，以便所有团队都能充分利用这个新工具。

为了应对这些挑战，Simcenter 工程和咨询服务以及 Simcenter 测试和工程服务这两大团队与雷诺工程师协同合作，一同定义用例并针对具体情况应用相应方法。

基于组件的传递路径分析

随着内燃机掩盖路面噪声的问题得以解决，需要对电动汽车轮胎等噪声源予以更多关注。来自轮胎或路面接触的噪声常见于宽频频谱中，兼具结构激励和声学激励，还涉及强耦合子系统（轮辋以螺栓与主轴连接）。因此，采用正确的噪声源分解技术是与轮胎供应商高效协同合作的关键。

Simcenter 专家助力雷诺部署基于组件的传递路径分析 (TPA) 方法， 以恒定方式识别车辆与路面间相互作用 而产生的噪声源。车轮通过一组通常称为阻塞力的轮心载荷 表征为独立组件。需要采用 6 自由度 (DOF) 频响函数形式的阻抗矩阵来描述轮辋与主轴之间的连接属性。

这些数据是合成法的技术支柱，描述了产生噪声和振动的声源组件， 以及该组件与其他子系统的连接和相互作用方式。

这些新功能仅仅是 Simcenter Testlab 现在所提供的完整工具集中的一部分， 用于获取和验证将来装配中可以使用的 恒定组件模型。

此外，凭借这种耦合技术，除了常规的性能数据共享，原始设备制造商 (OEM) 和供应商还可以交换与产品定义和知识相关的数据。这意味着他们可以为各个组件适当设定通用标准和制定共同目标， 然后再将这些标准和目标整合到 整个系统中。

重要的是，由于共享数据仅限于频响函数或载荷等曲线，而不涉及详细规格或几何体， 所以在保密性方面不存在任何风险。因此，供应商可以构建虚拟装配， 还可以检查其组件设计对整车 NVH 性能的影响。

扩大用户基数、推动数据增长

雷诺计划将该技术广泛应用于各团队和生产基地。随着该技术日益广泛普及，雷诺将建立起一个包含大量历史数据的组件数据库，可用于未来的设计中。

雷诺已部署了 Simcenter Testlab 数据管理，旨在确保这些组件和数据可以集中存储、轻松地搜索和记录，以便能够在装配中正确地重用。即便用户未创建过这些组件的模型，也不知道其中包含哪些数据，也依然能够使用组件构建虚拟装配，并针对不同的用例和组合运行计算。

正如莫迪拉特所指出的，“之所以选择使用 Simcenter Testlab VPA，是因为它提供了一个简单易行的标准化流程， 用户在其日常活动中可遵照这一流程开展工作， 而不受工程场地或车辆模型的限制。”

最初，雷诺方面使用该平台的用户预计为 50 人左右，其中 CAE 用户为 25 人，他们将在生成组件输入方面发挥积极作用。在专门按照企业特定需求定制性能分析后，用户数量将有所增长。

自定义分析

例如，在分析通过噪声 (PBN) 时，工程师需要凭借可靠的预测来满足对外部噪声的法规要求。雷诺已经掌握了在产生 PBN 问题时进行噪声合成的知识和技术，但在原来的 VISA 平台上实施这些知识和技术以精简流程的过程并不顺利。

西门子在 Simcenter Testlab VPA 工具中创建了专门定制的处理环境，可支持无缝的 PBN 分析。这也使雷诺工程师能够执行噪声源传递分解分析，轻松比较构型并查看设计修改的效果。

得益于此，工程师现在能够更容易地为不同子系统设定目标，预测整个开发过程中的外部噪声， 以及确定需要进行哪些改进来满足法规要求。Simcenter Testlab VPA 还能增进 NVH 工程师与软件开发人员之间的合作，从而更好地平衡车辆控制对 NVH 能的影响。

融合创新成果，共筑美好未来

莫迪拉特不仅对目前取得的成果激动不已，对未来前景也倍感振奋。“使用 Simcenter Testlab VPA 将我们的 NVH 预测应用性能提升了五倍”，他表示，“这大大提高了生产力”。

在整个开发过程中，改进成果突出，从概念阶段开始，可以将历史车辆数据作为初始目标的起点级联到子系统。这将持续到验证阶段，在这一阶段，新的组件数据可用于原型性能评估。在整个开发过程中，Simcenter Testlab VPA 均支持将历史和参考数据逐步替换为可添加到库中以供将来使用的新设计。

雷诺还希望将对 Simcenter Testlab VPA 的使用与其 GREEN 平台相结合，这是另一次与西门子成功携手合作的成果。这尤其适用于需要进行硬件和软件控制评估的混合动力车辆。CAE 工程师将在 Simcenter Amesim™ 软件支持的 GREEN 软件环境中构建模型，测量专家则使用 Simcenter Testlab 创建基于测试的组件。这些模型和组件将在 Simcenter Testlab VPA 平台中实现整合，构建出用于噪声预测的装配。

最终，通过使用 Simcenter Testlab VPA，雷诺将能够利用虚拟模型预测设计修改的效果，并减少所需的物理测试量。正如莫迪拉特所说，“通过使用 Simcenter Testlab VPA，我们能够提高我们在虚拟测试阶段的预测能力，从而减少原型使用数量。”

随着雷诺搭建起组件及数据库，Simcenter Testlab VPA 平台的价值将继续增长，此外，数据管理系统将有助于引入未来流程，如使用人工智能 (AI) 分析大量数据。

莫迪拉特认为，Simcenter Testlab VPA 和 Simcenter Testlab 车辆 NVH 模拟器之间存在强大的联系，可以对正在开发中的车辆的噪声进行主观评估。“随着数字孪生不断优化，将有可能验证设计修改如何改变主观噪声感知。NVH 模拟器将成为多属性评估的一部分， 而在多属性评估中，还会同时评估有源噪声消除算法和驾驶风格等其他要素。”

对于自动驾驶车辆而言，降低驾驶室噪声将能够增强与汽车音响和信息娱乐系统的协同。由于用户不必再亲自驾驶车辆，舒适性将成为重中之重。得益于与西门子的合作，雷诺将能够在不超出项目期限和预算的情况下提供无可匹敌的舒适性。