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業務挑戰

豪華SUV的NVH性能優化

在產品設計早期階段部署高效的問題解決流程

構建高端聲學應用知識

樹立NVH性能世界級品牌

成功關鍵

運用振動聲學仿真有針對性的進行車身改進設計

結合試驗和仿真，利用混合建模進行產品改進

在高端應用中部署先進的聲學解決方案

采用精確可靠的試驗測試進行原型樣機驗證

結果

豪華汽車NVH性能最優化

為未來項目的持續改進積累技術資料

成為中國汽車行業NVH工程的標桿

行業

汽車及交通運輸

客戶主要業務

長城汽車股份有限公司是中國最大的SUV和Pickup制造商。其主要業務包括自主研發，制造，銷售和售后服務。

解決方案/服務

LMS

客戶位置

保定, 河北省

中國

Great Wall Motor Company (長城汽車技術中心)

Siemens PLM Software幫助中國汽車制造商在整個研發周期中利用精確的仿真和試驗技術開發出世界級NVH性能的產品

設計高舒適性和品牌價值的豪華汽車

豪華汽車制造商能給用戶帶來舒適愉悅的駕駛體驗，徹底解決惱人的噪聲和振動問題，從而在市場競爭中脫穎而出。通常，動力總成系統的噪聲情況也是反映品牌形象的關鍵因素。通過創造獨特的價值，制造出最好的產品，高檔汽車制造商才能立足全球市場。

然而對噪聲、振動和舒適性(NVH)的控制和聲學的設計變得越來越復雜。法律法規也不斷的對噪聲和振動提出愈發嚴格的限值要求。此外，行業要求的燃油經濟性迫使汽車制造商縮小發動機尺寸以及使用輕質材料，這些都會對NVH性能造成影響。汽車上電氣系統應用的增長也給駕駛艙室增加了許多潛在的噪聲源。總之，開發過程中汽車的平順性必須要在幾個要素之間取得平衡，即：汽車操縱性、設計者綜合了各方面因素的駕駛經驗、以及市場的需求。

NVH是至關緊要的開發環節

長城汽車股份有限公司深知制造頂級的汽車需要的是什么。為成為世界公認的豪華SUV品牌，長城汽車股份有限公司在龐大的技術研發中心投巨資，聘請了超過10000位專業人員對汽車品質的持續提高進行研究。長城汽車將NVH和聲學品質作為一個不可或缺的性能要求貫穿于整個汽車的開發周期。

“在生產階段才發現NVH問題是代價非常高的事，”長城汽車技術中心車身NVH工程部部長劉二寶解釋道，“NVH問題是各種聲源相互作用產生的復雜結果和綜合性問題，在產品出來之后才發現問題，導致NVH問題在后續排查及整改周期長、增加額外的成本、增加人力物力的投入，有時甚至制約產品的競爭力，嚴重時會影響車型的上市時間。”

“鑒于此，我們絕對需要強大的工具，既可以在設計早期階段提出NVH性能方案，又可以在后期進行NVH綜合問題的排查。”所有需要的工具都可以從Siemens PLM Software的LMS解決方案中獲得。通過將試驗與仿真獨一無二的結合，這款綜合性的平臺集成了非常廣泛的NVH及聲學相關應用。

早期設計階段的聲學仿真

無論是車身還是發動機、或是進排氣等子系統，長城汽車的工程師們在得到新的可行性方案的幾何模型后，就開始使用LMS Virtual.Lab進行三維模擬仿真。解決方案包括基于有限元法和邊界元法的完整振動聲學求解器，以及獨特的高效聲學網格劃分、貢獻度分析、氣動聲學聲源建模等。既可以運用于內場輻射噪聲又可以運用于外場輻射噪聲問題。結合獨特的前后處理模塊以及強大的試驗數據集成能力, LMS Virtual.Lab是一款旨在解決處理汽車工程挑戰而精心設計開發的軟件。

“ 在沒有物理樣機的產品研發前期階段，LMS Virtual.Lab Acoustics在評估主體結構對內場噪聲的影響方面為我們提供了許多幫助。”劉二寶說道，“受益于軟件強大的求解器以及專業的建模工具，分析結果十分詳盡。比如，我們可以使用集成了專門做空腔網格劃分的方法和工具來創建出高質量、精確的汽車內場聲學網格。”

長 城汽車的工程師們充分發掘軟件的特性，洞察潛在問題的根源，幫助形成解決方案。“計算結果的后處理，利用獨特的呈現方法，可以精確的給我們展示噪聲產生的 原因。”劉二寶說道，“我們可以知道噪聲是通過哪一條途徑從噪聲源傳播到接收位置的、哪一塊板件振動嚴重以及哪一階結構或者聲學模態比較重要。所有的路 徑、板件以及模態貢獻量都可以根據相關性進行排序。它們的大小和相對相位可以引導我們直接找到問題的根源。除此以外，我們可以利用結構和聲學靈敏度分析工 具研究最有效的改進部位，這有利于幫助我們做有針對性的決策，避免在車體減重的同時出現問題。”

探索高端解決方案

除了前期開發的車身優化，長城汽車的專家們也為高端聲學應用部署了先進的方法。對于一些特殊的問題，例如發動機輻射噪聲、進排氣系統噪聲，要實現精確模擬只有標準的聲學解決方案是不充足的。LMS Virtual.Lab獨到的技術例如解決噪聲輻射問題的自動匹配層技術 (AML)，允許用戶通過極少的建模工作便可以從有限空間擴展到無限域。自適應網格技術(FEMAO)根據所需的求解頻率自動調節模型的尺寸從而加速計算。通過結合這些正確描述問題特性的方法，例如，特殊材料或者考慮溫度影響的聲場問題，長城汽車可以以一種有效地方法精確地計算排氣系統的傳遞損失。此外，基于聲學傳遞向量(ATV)的解決方案，極大地提高了求解發動機加速過程中輻射噪聲問題的效率。

“在過去的幾年里我們取得了巨大的進步，”劉二寶說道，“針對SUV汽車車型的NVH發展，不僅是體系建設還是能力提升。我們部門撰寫的SUV NVH體系建設的總結，獲得了保定市科技進步獎。”

長城汽車的研發也包括在未來更加重要的技術中投入資源。由于新一代的混合動力和純電動汽車進一步降低了噪聲，向安靜駕駛邁進了一大步，其他次級噪聲源例如風噪和路噪就顯得突出。LMS Virtual.Lab Acoustics包 含了可以將流體動力學的計算結果等效為噪聲源的功能，從而有效的進行氣動聲學的分析。這項功能可以用于很多領域，例如后視鏡的設計。通過在早期設計階段給 出一定的選擇，工程師們可以大幅減少昂貴的風洞試驗時間。對于特定的路噪問題，軟件具有處理部分相關載荷信號的特點，與動力系統相關的信號不同，這些信號 通常具有明確固定相位關系。“目前面臨的挑戰主要集中在整車集成的問題上，”劉二寶證實，“我們正在學習如何獲取真實的道載荷數據，以及真實路譜載荷對應 下的整車響應。”

長城汽車的研發也包括在未來更加重要的技術中投入資源。由于新一代的混合動力和純電動汽車進一步降低了噪聲，向安靜駕駛邁進了一大步，其他次級噪聲源例如風噪和路噪就顯得突出。LMS Virtual.Lab Acoustics包 含了可以將流體動力學的計算結果等效為噪聲源的功能，從而有效的進行氣動聲學的分析。這項功能可以用于很多領域，例如后視鏡的設計。通過在早期設計階段給 出一定的選擇，工程師們可以大幅減少昂貴的風洞試驗時間。對于特定的路噪問題，軟件具有處理部分相關載荷信號的特點，與動力系統相關的信號不同，這些信號 通常具有明確固定相位關系。“目前面臨的挑戰主要集中在整車集成的問題上，”劉二寶證實，“我們正在學習如何獲取真實的道載荷數據，以及真實路譜載荷對應 下的整車響應。”

進一步完善與驗證

隨著開發的逐步進行，可以使用一些實測數據或者是樣件的試驗數據，這些數據可以被導入到仿真模型中。長城汽車工程師們操作LMS SCADAS硬件和LMS Test.Lab軟件有豐富的經驗。LMS試驗解決方案是具備快速且全面的綜合分析以及完備報告工具的多通道數據采集系統，可用于NVH及聲學工程應用。測試結果數據可以無縫集成導入到LMS Virtual.Lab的仿真軟件中。有幾個層次的應用：可以簡單地應用于提高材料屬性及邊界條件的精度，或者利用試驗模態數據或頻響函數替換仿真模型的整個部件，從而將一個完整的汽車模型轉換為試驗仿真混合模型。LMS Virtual.Lab Noise and Vibration模塊，具有專門為混合模型而設計的求解器，運行迅速而且特別適合虛擬場景分析和整車NVH性能改善。

“這種混合建模方法給我們很多的靈活性，它允許我們使用所有可用數據。”劉二寶說，“在設計早期階段，將新的結構和以往基于試驗驗證的類似模型部件相結合，這十分有用，最重要的是，這種方法可以大幅提高樣機改進的效率。求解器計算十分迅速，而且提供的結果能更深入解釋NVH機理。除了整車上聲源到目標點的貢獻以外，我們還可以得到振動能量在獨立部件之間的傳遞，以及傳遞方式。這在我們考慮采取何種解決措施時是一項非常大的優勢，比如如何修改連接剛度。”開發后期階段，LMS試驗解決方案作為驗證方法相對仿真工具來說更加重要。

盡管如此，在出現問題時仿真計算模型仍扮演重要的角色。在模型上進行方案修改要比在實際樣機上快速且成本低廉的多。當然，這種級別的結構設計需要高度精確的計算。通過使用LMS Virtual.Lab解決方案，長城汽車的工程師們可以對比仿真模型和試驗結果，并將其優化至更加接近現實。通過這種方式，試驗和仿真互相配合，直到形成最優的解決方案。最終的結果是經過NVH性能優化驗證后的汽車原型以及與真實結構精確匹配的仿真模型。“這些解決方案的結合允許我們做最準確而詳細的分析，”劉二寶說，“這幫助我們在NVH性能上取得最好的結果。”

成功部署解決方案

LMS解決方案在整車開發周期中最重要的性能指標優化流程中作用顯著，在用戶間的協同部署以及和已有工作無縫集成等環節貢獻突出。Siemens PLM Software技術支持團隊和長城汽車的工程師之間的完美合作，讓一切研發工作變得簡單而順暢。“Siemens PLM Software專家提供一流的技術支持與培訓，”劉二寶說，“他們組織學習活動，提供詳盡的資料，而且還組織超過千名專業人員相互交流的公共論壇。我們之間有多年的良好合作關系，在中國汽車行業，Siemens PLM Software的NVH專家以及他們的LMS產品具有良好的聲譽。”據劉二寶說，這種專業水準是長城汽車選擇LMS解決方案以及不斷擴大使用LMS技術的一個重要原因。他特別提到了該工具功能強大、平臺開放以及簡單易操作等特點。“ LMS Virtual.Lab已經成為我們開發過程中的重要工具，”劉二寶說，“因其友好的圖形用戶界面，專業綜合的可視化效果，以及和我們已有的CAD工具及試驗工具的無縫集成，十分受工程師們歡迎。在原型驗證階段應用LMS測試解決方案，可以及時交付高質量的數據結果。”劉二寶提到，通過在標準開發流程中納入Siemens PLM Software的NVH技 術，長城汽車的工程師們學到了很多。“通過選擇合理的工具，我們首要是避免正在進行的設計出現問題，”劉二寶說，“不僅如此，我們也希望當前的工作能為下 一代設計汲取經驗。如果想持續開發出更好的產品，那么，在每個研發項目工作中獲得并積累經驗，總結潛在問題，這對于下一個設計來說非常重要。”LMS解決方案給長城汽車的工程師們提供了這種準確的洞察力。“我們在過去幾年里積累了大量的NVH相關知識和技術經驗，這些知識經驗正在轉化為價值，清晰地體現在我們的產品上。當談論到NVH性能，長城汽車可以說是中國市場最領先的，這也得益于LMS解決方案”劉二寶總結說道。

"Siemens PLM Software的專家提供一流的技術支持與培訓，他們組織學習活動，提供詳盡的資料，而且還搭建超過千名專業人員相互交流的公共論壇。我們之間有多年的良好關系，在中國汽車行業，Siemens PLM Software的NVH專家以及他們的LMS產品具有良好的聲譽。"

"LMS Virtual.Lab已經成為我們開發過程中的重要工具，因其友好的圖形用戶界面，專業綜合的可視化效果，以及和我們已有的CAD工具及試驗工具的無縫集成，十分受工程師們歡迎。"

"這種混合建模方法給我們很多的靈活性，它允許我們使用所有可用數據。在設計早期階段，將新的結構和以往基于試驗驗證的類似模型部件相結合，這十分有用，最重要的是，這種方法可以大幅的提高樣機改進的效率。"

劉二寶

NVH工程研究院 車身NVH工程部

長城汽車技術中心