LMS 解决方案 ——
NVH、声学、舒适性新纪元
Siemens PLM Software
NVH工程设计面临的压力越来越大：
在噪声和振动方面的法规要求也越来 越严格；混合动力汽车和电动汽车带 来全新的噪声环境；燃油经济性要求 使用结构更轻、尺寸更小的新型发动 机。当然，客户对行驶动力学和舒适 性的预期也越来越高。NVH行驶动力 学作为区分品牌价值的重要指标，已 经变得比以往任何时候都更加重要。
优化燃油经济性对NVH性能的影响比 较大，而燃油经济性又直接受整车重 量的影响。车身系统所关注的新材料 (如复合材料)和钣金粘接技术，以及 底盘和动力总成的轻量化设计都对汽 车的NVH和声学性能提出了越来越高 的要求。如果处理不当，燃油经济性 的设计方案则会导致整车振动量级 增大。汽车轻量化设计方案则会影响 传递路径，导致传动系统出现轰鸣问 题，同时也会诱发传动系统出现瞬态 NVH问题，例如明显的变速器齿轮啸 叫和敲击声问题。
NVH、声学和舒适性的新挑战
由于未安装发动机，电动汽车的车内 声品质问题往往以高频噪声为主。例 如小型电动零部件的附属噪声、空调 系统噪声、风扇噪声、逆变器和电池 冷却噪声以及变速器啸叫声等。路面 噪声和风噪也会进一步使车内声品质 恶化。
行业内用于混合动力和电动汽车的 NVH基准测试、声品质分析和目标设 定的专业知识非常有限，数据库也很 缺乏。上述这些只是在汽车NVH开发 中，所遇到新挑战和机遇中的几个典 型问题。
通常情况下，这一概念与混合动力和 全电动技术的成功使用密切相关。不 过，对于传统汽车(在可预见的未来生 产的车辆中可能仍占主导地位)来说，
这意味着内燃机(ICE)的小型化以及整 车轻量化进程将被继续推进。
所有这些新概念均会对所开发汽车的 噪声、振动和舒适性(NVH)有重要影 响：• 发动机设计过程中所采取的燃油经 济性优化措施会导致汽车声学和振 动性能降低，从而造成NVH质量问 题，比如喷射系统中的脉冲噪声和 涡轮增压器中的高频啸叫噪声。
• 重量减轻和内燃机小型化设计可显 著影响噪声和振动的传递路径，
从而诱发传动系统轰鸣声问题。此 外，扭矩控制策略和发动机启-停也 会产生瞬态振动。
制造节能车辆已在汽车制造商和供应商的开发日程表中占有重要地位。
受节能挑战影响的NVH、声学 和舒适性
• 在没有低频内燃机噪声的情况下，
电动车辆(EV模式)的车内声品质受 小型电动零部件、空调系统和风扇 高频噪声以及变速器啸叫噪声影 响比较大，而路面噪声和风噪可能 会进一步降低用户的声学舒适性体
• 电动机、逆变器以及电池冷却系统验。
产生的噪声，与混合动力电动车辆 中驱动模式切换产生的瞬态NVH问 题一样，都是一种新挑战。
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[1] 传动系统和动力总成集成
• 传动系统扭振
• 悬置优化
• 传动轴不平衡和轰鸣声
• 混合式发动机和增程器的瞬态行为
• 驾驶性能
• 转向性能 [2] 外部噪声
• 关门声品质
• 通过噪声法规
• 驾驶员主观评价 [3] 内部声学
• 声品质
• 内饰优化 [4] 车身刚度
• 结构和空气声传递
[5] 发动机
• 燃烧、气缸和轴承力载荷路径分析
• 发动机辐射噪声
• 燃油喷射噪声
• 涡轮增压器噪声
• 传动链噪声
[6] 驾驶舒适性和路面噪声
• 轮胎噪声
• 结构传递噪声
• 车身刚度
• 稳态和瞬态 [7] 制动器
• 制动啸声
• 制动盘动态抖动 [8] 部件声学
• 空调噪声
• 电池热管理噪声
• 逆变器和电子组件噪声
[9] 变速箱
• 齿轮敲击声、啸叫声
• 变速箱辐射 [10] 发动机集成
• 结构声和空气声传递
• 高频电机噪声 [11] 排气系统
• 管路、消声器的结构激励和声学激
• 壳体辐射励
• 排气尾管小孔噪声
• 底板辐射 [12] 进气系统
• 进气噪声
• 壳体辐射
• 涡轮增压器噪声
与 行 业 领 先 汽 车 制 造 商 密 切 协 作，LMS解决方案进一步巩固了在 NVH节能工程优化领域的领先地位：
• 可靠的混合测试-仿真开发流程，
支持有效地提前做出设计决策，显 著降低开发时间和成本；它依赖于 LMS™软件独特的相关性功能，可以 将样机测试结果和CAE仿真结果进 行相关性分析。
• 市场领先的NVH和声学测试平台，
可保证在试验室内、底盘测功机和 道路上进行快速而精确的数据采 集，并为测试准备、结果分析和后 处理提供无与伦比的支持。
• 最先进的仿真平台，可以进行包括 NVH和声学在内的多种优化。
此外，LMS在成功执行工程项目方面 具有可靠的成功经验，可以为客户提 供以下服务：
• 工程服务，让汽车制造商和供应商 更加深入地了解NVH优化流程和方 法在行业内的最佳实践。
• 在执行故障排除诊断或正向开发项 目过程中解决与NVH相关的挑战，
并特别侧重于技术转让、开发过程 改进和在职培训。
LMS工程咨询
LMS Test.Lab
LMS Virtual.Lab
NVH和声学 行驶动力学 疲劳耐久性 安全性 能源管理
LMS NVH解决方案
由世界一流的试验和仿真技术所支持的软件、工程服务和硬
件设备
概念设计
预研 详细工程设计 验证
我们开创了一种独特的混合式测试-仿 真分析工程设计方法，将测试结果集 成到仿真过程中。在此过程中，将提 前设计的基于试验的模型和竞争产品 的模型混合到一起，搭建一个新设计 的部件或子系统的虚拟模型。这种创 新方法可实现：
• 提前做出NVH和舒适性决策以精确 评估不同的节能设计概念和与性能 相关的体系架构选择。
在引入新的生态相关设计概念后，采用我们的混合式工程设计方法的许多客户 的产品上市时间周期缩短了30%至50%。
NVH测试 — 仿真开发流程
• 提高生产效率和效益：由于进行基 于测试的细化，可实现高效的子 系统工程设计和可靠的整车性能认
• 在每个开发步骤实施卓越的仿真和/证。
或测试技术以对组件、子系统和车 辆设计进行NVH和声学性能优化。
子系统 系统级
组件
仿真 测试
声学
结构动力学 NVH
疲劳耐久性
适用于试验室 LMS Test.Lab
LMS SCADAS
Imagine.Lab™等仿真平台得到的结果 进行数据交换及相互验证。
LMS Test.Lab支持ASAM/ODS作为行业 标准以实现更广泛的测试数据交换，
而 LMS™ Tec.Manager软件为测试数 据提供一种协作式数据存储库环境。
作 为 对 客 户 N V H 节 能 挑 战 的 响 应，LMS Test.Lab软件增加了新的功 能，从支持多转速跟踪系统和更复杂 驱动系统的LMS SCADAS硬件系列特定 开发，到特定发动机、发动机组件和 传动系统测试与分析程序，以及新的 声音评估、定位和声品质技术。
市场领先平台——基于测试的工程设 计解决方案
测试专家在集成NVH和声学工程方面 可以依赖于LMS解决方案的生产力和 效率。LMS Test.Lab™软件包括用于车 辆、发动机和传动系统应用的解决方 案。所有的LMS测试解决方案都适用 于LMS SCADAS™硬件，从紧凑的便携 设备、自主的智能记录仪到高通道数 的试验室系统。
LMS Test.Lab软件可以将基于试验的 模型信息，与LMS Virtual.Lab™和LMS
支持多属性工程设计流程的测 试和仿真解决方案
NVH
行驶动力学 动力总成动力学
安全性 声学
疲劳耐久性
LMS Virtual.Lab 步拓展车内外噪声优化功能。
此 外 ， 我 们 正 在 快 速 扩 展 L M S Imagine.Lab平台进行机电系统仿真，
即便在没有由CAD生成的三维几何体 的情况下，也保证进一步提前做出与 节能相关的设计方案。对于动力总 成和底盘方面的特定NVH问题，LMS Imagine.Lab Amesim™软件的作动器 和振动源建模功能是对三维和测试环 境下工作的补充。
LMS Virtual.Lab是一个集成的三维CAE 仿真软件，用于对机械系统性能进行 仿真和优化。LMS Virtual.Lab涵盖所 有流程步骤和所需的技术，可以对多 种属性执行端到端的设计评估。除了 常规结构分析外，它还支持多种行业 标准器和CAD集成模型装配。我们依 靠优秀的求解器技术和卓越的流程集 成，为声学、NVH、耐久性、安全性 和多体动力学仿真提供了一系列专用 仿真工具以便进行系统集成和改进。
我们持续注重于开发市场领先的LMS Virtual.Lab Acoustics技术，延伸了对 节能趋势应用支持，对卓越声学求解 器技术的投资拓宽了求解器的计算频 率范围，使客户受益匪浅。
由于汽车轻量化设计的需要，我们不
LMS工程咨询服务帮助客户探索与开 发有关和与节能有关问题的解决方 案，涵盖从快速车辆故障排除问题到 整车正向开发的整个范围。更具体地 说，LMS工程服务提供以下支持：
• 流程重组和技术创新咨询。这需要 利用我们在行业最佳实践方面的丰 富经验。通过技术部署，我们能够 让客户实施这些创新流程，同时提 高其能力以便仔细平衡车辆各项功
• 整车和子系统联合开发中，我们全能要求。
权负责实现性能目标。我们在将 NVH、声学和舒适性等使用性能属 性与燃油经济性和轻量化相平衡方 面具有出色的技能。
• 故障排除和设计细化，这可处理仅 在样车测试期间出现的问题。在这 个后期开发阶段，需要快速解决问 题，同时充分考虑任何重大设计变 更的可能结果和限制。在这种情况 下，我们为开发后期的故障排除提 供一种集成并且行之有效的方法，
此方法搭配使用多种测试和仿真技 术，以避免使用效率低下而又耗时 的反复试验法。提前分析了可能的 不同解决方案的影响，并通过最终 原型机测试对最佳设计变更进行验 证。
与 任 何 其 他 工 程 设 计 解 决 方 案 相 比，LMS方法除了提供行之有效的开 发过程外，还具有显著优势，因为它 保证软件工具和模型可以在以后的项 目中继续使用。在项目持续期间，我 们会维护所交付的软件，提供持续支 持和版本更新。我们提倡开放式技术 共享文化，包括模型、数据和关键报 告。
另外，我们还定期组织现场技术交 流。此合作过程不仅可以实现项目目 标，而且还会完全技术转让一种基于 仿真的车辆级方法。
最重要的是，我们坚信客户参与，巩 固可信的客户关系，这是项目成功的 关键。
在传统车辆和HEV/EV(混动\纯电动)车 辆的车辆开发计划中，我们在开发流 程方面取得了很多业绩。我们成功执 行了许多NVH项目，在改进车辆驾驶 性能和NVH性能的同时，集成了新的 节能技术。
LMS NVH工程咨询服务
由于具有多学科和多属性车辆专业技术，世界各地的LMS服务团队在为汽车 OEM和供应商提供支持方面处于独特的优势地位。
• 大型半消声室内的底盘测功机
• 结构测试实验室和半消声室
• 消声室和混响室
• 安装在适应空间的振动测试平台
• 轮胎-悬架NVH测试设备
• 发动机和变速箱NVH测试台
• 试验场
为NVH节能工程设计提供集成 方法
电气设备
来自电机的噪声属于高频噪声。电磁力为电机提供必要的扭矩，但是会导致电 机振动并产生辐射噪声。对于电机而言，更高的效率、增强的扭矩和更低的成 本往往与改进噪声性能相冲突。我们可以提供解决方案来评估并优化来自电动 机以及其他子系统的噪声，如雨刮、座椅或车窗运动以及电子组件电源的噪 声。
空调和冷却系统
对于混合动力和电动汽车而言，虽然不存在传统的ICE噪声，但HVAC噪声渐成 显著问题。
• 风扇产生的单频噪声，通过空调壳体向车内传播结构声或者空气声
• 从HVAC管道传播的空气扰动是另一个显著噪声源
• 制冷剂回路中的压缩机也会导致高压脉动
为了延长混合动力和电动汽车的电池寿命，车辆内部的空气被抽出用于电池的 冷却。基于测试的噪声源分级技术与基于仿真的技术相结合，为车辆集成问题 和组件优化提供了正确的解决方案。
从汽车组件和子系统到整车系统，节能压力对汽车NVH性能开发提出了新的挑 战和机遇。
车辆在加速时会发生燃油冲击而产生噪声，客户会以为这是质量问题。启动- 停止功能增加了对此类噪声的关注。为了减轻冲击噪声，必须仔细设计供油系 统。我们提供专门的应用程序，可以结合CFD、结构化FE和基于时间的声学仿 真技术以便支持精确的噪声预测。
发动机动力学
为了提高燃油效率，研究并实施了经过细化的发动机系统配置，例如可变汽门 机构以及新的发动机策略(如可变排量发动机或停缸技术)。需要进行深入的测 试和仿真才能正确对瞬态行为进行定量和定性。我们提供集成的测试和仿真解 决方案，可实现完全同步的采集和分析，从而支持深入的工程量化。
喷射系统
我们提供专用解决方案以支持高性能喷射系统的开发。类似冲击的喷射器嘀嗒 噪声由针-基座冲击和脉冲波所致，沿燃油管路传播。LMS解决方案的关键是能 够精确并高效地对这种激励进行建模以便分析喷射器单个部件以及集成喷射系 统(包括轨道、软管、连接器和发动机)的噪声和振动。同样，高压喷油泵是一 个主要噪声源，我们为此提供了解决方案。
涡轮增压器
由于叶轮高速旋转，涡轮增压器相关噪声属于高频谐波噪声。结构传递噪声由 复杂的转子动力学导致，而空气传递的噪声是由涡轮增压器内部的脉动空气所 致。连接到涡轮增压器上的涡轮谐振器可减少尖锐噪声(通常称为涡轮啸叫声)
。为了降低该噪声，我们为这两种类型的问题都提供了解决方案。
变速器
由于燃油经济性要求，变速器系统中的扭矩变化不断提高，由此导致齿轮敲击 声问题。轮齿的咔嗒噪声问题越来越显著，尤其是在HEV汽车中，因为此类车 辆采用更复杂的变速器技术，例如行星齿轮组和双离合器。我们提供的测试和 仿真解决方案可以用于预测齿轮相互作用产生的载荷，也可以用于优化变速箱 壳体的辐射噪声。
传动系统
持续小型化趋势的最重要的后果之一就是车辆传动系统的扭转激励提高。在针 对重量和效率对动力总成进行优化时发生的这种演变会导致许多舒适性问题。
它还可能产生远超扭矩的载荷。我们提供门类齐全的基于测试的解决方案，可 在任何运行条件下测量实际的旋转振动或传动系统载荷。
传动系统集成
扭矩变换器在低转速时锁定，启动-停止功能由于瞬态车辆激励而导致舒适性问 题。扭矩锁定情形可导致特定的非线性抖动现象。与轻踩油门/松开油门相关的 舒适性是另一个相关的性能问题，因为新一代发动机会在较低转速下产生较高 的扭矩，从而导致更大的传动系统隆隆声。我们提供一种基于测试和CAE仿真 的可扩展解决方案，包括发动机和变速器控制战略(当相关时)。我们提供支持 宽频率范围传递路径分析的适应性技术，适用于瞬态和稳态发动机和传动系统 集成应用。
驾驶平顺性
通过仿真和测试相结合的方法解决了低频驾驶舒适性问题。在设计验证期间，
可使用灵活的多体仿真模型解决瞬态和稳态驾驶舒适性问题。在原型机阶段，
通过将模型分析和传递路径分析与运行数据分析相结合，可进一步分析驾驶平 顺性。
路面噪声是汽车内部噪声的一个主要贡献，尤其是在匀速行驶时。对于混合动 力或电动车辆，由于隔声性能较低，路面噪声变得更重要。通过结构和空气传 递的路面噪声来自轮胎与路面之间的解除。它通过汽车传播到接受者。为了解 决这些NVH问题，我们始终如一地运用基于源-传递路径-接收者的技术。可以在 车辆开发过程中提前通过仿真识别关键的传递路径。
风噪
在匀速或高速行驶时，具有宽频特征的风噪，在混合动力或电动汽车中要比在 标准ICE汽车中更明显。后视镜、雨刮、立柱、天窗和其他流动干扰部件等汽车 辅助设备会导致不必要的风噪声。创新型组件设计和用于将这些辅助设备连接 到汽车的替代连接方式可降低空气扰动，导致低噪声水平。我们提供基于测试 的声学阵列技术和声学仿真解决方案，可在部件级和整车级有效地解决这些与 流动有关的噪声问题。
车身设计和声学包
平衡车辆声学包的重量和性能是一项细致的工作，需要使用经过优化的轻量材 料来管理更高范围的频率。轻量材料可有效促进车辆生态排放量的降低。我们 提供一系列高级解决方案，用于测试和预测轻质材料对车内噪声和车外噪声的 影响。基于试验和基于仿真的技术可以将代表发动机、进排气和轮胎等噪声源 数据和整车声学仿真模型有效地结合在一起。随着汽车声学内饰的频率达到 8kHz及以上时，仿真模型会变得非常大，而难以计算。为此，LMS在整车声学 仿真方面开发了独特的技术。
基准测试和声品质
根据所选的动力总成体系架构，不同频域内结构声和空气声的贡献之间的平衡 具有显著差异。这为目标设置和基准测试举措带来了新挑战，尤其对于混合动 力和电动汽车。通过进行富有竞争力的基准测试，我们开发出了一种结构化流 程，用于将目标逐级分解到系统级和部件级。在汽车开发过程中，会对这些目 标进行监控。
通过噪声
由于环境噪声越来越受到关注，因此制定了用于通过噪声(PBN)认证的新 ISO362标准，该标准要求开发外部PBN测试解决方案。在持续的发动机小型化 和更轻材料的使用背景下，需要了解更深入的工程设计知识才能成功运行这些 测试。我们提倡将室内通过噪声测试与声源定位(SSL)相结合。这会在设计过程 中最大程度地洞悉产生最大噪声的部件。使用计算方法生成源-接受体-传递路径 的数值估算可以让车辆开发人员在虚拟原型设计阶段获得通过噪声估计值。
音频和多媒体
对音频和多媒体系统日益增长的品质需求，要求更多地使用仿真技术来支持音 频组件的尺寸设计和位置布置。我们开发出了最先进的技术，旨在通过声场仿 真软件缩短开发时间并提高车内音频声品质。
行人安全性
在低速行驶时，电动或混合动力汽车极为安静，因此会给行人带来危险。为了 提高安全性并符合即将推出的法规，汽车制造商正在向混合动力和电动车辆中 安装声音警报系统。由这些系统发出的声音旨在警示，而非骚扰行人。我们提 供用于设计这些声音系统的解决方案。更具体地说，可以研究并优化所发出声 音的指向性、频率和质量。
特汽车具有全球平台和统一的认证体系，我们必须实现全球化。今天，我们正 在努力在我们的所有车辆上实现相同的标准，不管是动力总成声品质、汽车制 动性能还是操纵性能。我们计划尽快在我们的所有车辆中实现统一的标准。”
Mr.Barb Samardzich 欧洲福特公司副总裁
关于 Siemens PLM Software
西门子工业自动化业务部旗下机构Siemens PLM Software 是世界领先的产品生命周期管理(PLM)软件、系统和服 务供应商，在全球拥有77,000家客户，装机量达到九 百万套。总部设在德克萨斯州布莱诺市的Siemens PLM Software，帮助数以千计的公司通过优化其生命周期 流程(从规划和开发到制造和支持)来制造出色的产品。
我 们 的 H D - P L M 愿 景 是 为 参 与 产 品 制 造 的 每 个 人 在 他 们需要时提供所需的信息，从而进行最明智的决策。
有关Siemens PLM Software产品和服务的详细信息，请访问 www.siemens.com.cn/plm。
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