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汽車噪聲振動控制技術發(fā)展的幾點思考
2020-12-27 20:50:27· 來源：汽車NVH充電寶
關鍵詞：數(shù)字化、主動降噪、主動發(fā)聲、聲場分區(qū)、智能化、交互在2020年的NVH行業(yè)交流會上，主題演講中有好幾個專家都提到了主動降噪、主動發(fā)聲、聲場分區(qū)控制等
關鍵詞：數(shù)字化、主動降噪、主動發(fā)聲、聲場分區(qū)、智能化、交互
在2020年的NVH行業(yè)交流會上，主題演講中有好幾個專家都提到了主動降噪、主動發(fā)聲、聲場分區(qū)控制等最新技術應用進展，隨著對汽車品質提升，噪聲控制技術的更加精細化、主動化、自動化；隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的逐步應用，智能化噪聲控制已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢。
電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的汽車發(fā)展趨勢對傳統(tǒng)NVH控制方法帶來了不小的挑戰(zhàn)，但也充滿機遇，以下是對NVH控制領域未來技術發(fā)展的幾點思考，分享于你，也歡迎交流。
1、數(shù)字化虛擬集成仿真技術
汽車仿真技術的廣泛應用，大量減少了汽車研發(fā)設計后期的設計修改率，使得汽車研發(fā)設計成本在汽車開發(fā)總成本中的比重得到極大降低，同時大大提高了新車型的開發(fā)速度，極大提高車企的投資收益。
在車型開發(fā)前期，如何通過虛擬仿真技術進行整車的噪聲和振動性能的預測是各大主機廠的共性難點，預測的精度直接影響目標的達成判斷。如果有比較好的精度，那么就能在設計階段盡早的固化方案，縮短開發(fā)周期，實現(xiàn)敏捷開發(fā)，減少后期因性能改善造成的設計變更費用。
云計算技術的快速發(fā)展極大的推動了汽車仿真技術應用，很多企業(yè)都在進行數(shù)字化的轉型，單純投資硬件設備來滿足大規(guī)模的計算已經(jīng)落后，隨著計算量的快速膨脹，特別是自動駕駛、流體、碰撞等計算的增多，原先部署的硬件設備很快無法滿足新的計算量的需求，所以很多企業(yè)將計算轉向云端，通過租賃的方式完成車型的快速開發(fā)。
在NVH領域，計算是通過源-路徑-響應模型計算車內的噪聲。計算量相對較少的是對動力總成和路面激勵噪聲預測，因為二者都是低頻的問題，對網(wǎng)格尺寸大小要求較低。
對網(wǎng)格計算要求較高的就是流體領域，影響風噪的車身幾何尺寸一般在幾毫米，就要求網(wǎng)格更加精細，一個整車模型網(wǎng)格數(shù)量少則幾千萬，多則上億，這就需要大規(guī)模的超算中心，上千核的計算內存才能在較短的時間完成仿真任務。對于一般的工作站，算一個后視鏡的風噪可能需要半個月，那么就完全不能滿足工程開發(fā)的要求。
在如何打造汽車NVH精品中，我們談到了汽車精品設計的多屬性平衡要求，為了達到多屬性的較好的平衡，就需要將跟動力總成相關的動力性、經(jīng)濟型，駕駛性和NVH屬性在設計階段做一個較好的平衡。
對于在架構開發(fā)，那么就需要對底盤架構所涉及到的操控、舒適、耐久和靜音性進行仿真計算，選擇一個平衡較好的架構方案。
2、主動降噪與主動發(fā)聲技術
隨著數(shù)字信號處理、芯片和計算機技術、人工智能技術的發(fā)展，在消費領域應用的主動降噪技術和語音識別技術開始向汽車行業(yè)逐步滲透。
①主動降噪：
傳統(tǒng)的被動降噪技術主要是基于隔振原理、模態(tài)避頻、吸隔聲、阻尼控制、吸振器減震等措施， 對汽車的結構輻射、懸置襯套隔振、聲學包裝等進行優(yōu)化，提升車內靜音水平。
傳統(tǒng)的NVH開發(fā)設計方法的應用背景是我們的NVH開發(fā)水平處于一個初級階段，車內的噪聲量級大，降噪的空間大，聲壓級優(yōu)化3-4dB 一般都不是問題，傳統(tǒng)的降噪方法能起到立竿見影的效果。但是隨著汽車輕量化、成本競爭的壓力下，特別是對于電動車而言，整車重量直接影響續(xù)航里程，單純依靠增加重量和成本的方法在新能源車型開發(fā)中遇到了很大的阻力。
智能化背景下的NVH開發(fā)依靠芯片算法等方法，集成化程度高，體積小，可解決復雜聲源環(huán)境下的NVH問題，開發(fā)周期短，具有較明顯的優(yōu)勢。
最早在1936年，德國物理學家Lueg提出了主動降噪的技術并申請了專利，他是最早提出主動降噪概念的科學家，受限于當時計算機和芯片技術的發(fā)展，僅僅是一個概念而已，是一種典型的反饋控制系統(tǒng)，隨后在直升機和飛機上得到工業(yè)化應用。
直到1992年才開始在汽車上應用，首次應用是日產(chǎn)藍鳥車型，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)是一項很成熟的技術，目前在美系、日系車型上規(guī)模應用，并逐步搭載在某些自主品牌車型上。
②主動發(fā)聲
對于電動車而言，缺少了發(fā)動機的掩蔽效應，路噪和風噪更加凸顯，電機的高頻噪聲容易讓人煩躁。缺少了內燃機的階次聲，駕駛者難以獲得愉悅的駕駛體驗；對于車外行人，過于安靜的電動車存在巨大的安全隱患。所以需要對電動車的聲音進行主動設計。
ASD 主動聲音設計是一項主要汽車應用技術概念，通過信號處理人工合成聲音，改變或者增強車內和車外的聲音，ASD一般與主動降噪和聲音增強技術一起使用。各個企業(yè)有不同的叫法，本田謳歌稱為 Active Sound Control，起亞名叫 Active Sound System, 大眾為 Soundaktor，但是功能和目的都是一樣的。
在傳統(tǒng)車型上，根據(jù)用戶的駕駛模式發(fā)出不同的聲音，比如在運動模式下，四缸機發(fā)出六缸機或者八缸機的動力感聲音，增強駕駛者的樂趣，更好的體驗駕駛動力。這種策略大多數(shù)是通過排氣和進氣系統(tǒng)結構設計的調音出來，當然還有車型通過揚聲器發(fā)出來。
在電動車型上，目前有兩種思路：①模擬傳統(tǒng)內燃機的階次聲；②設計具有科幻感的聲音；
對于策略①，應用最多就是諧波合成算法，發(fā)動機階次聲音是由一系列諧波的線性組合而成，其基本原理就是根據(jù)短時傅里葉變化，提取階次特征，然后對其逆變換，實現(xiàn)隨時域變化的合成信號。
對于策略②，由于人們對電動車聲音還未有統(tǒng)一的認識，對塑造品牌具有很好的效果，所以也是未來的發(fā)展趨勢，關于電動車的聲音設計可參考如何對電動汽車進行音效設計那一篇文章。
3、智能座艙聲場控制技術
近年來，汽車行業(yè)高速發(fā)展的主要驅動力已經(jīng)由過去供給端的產(chǎn)品和技術驅動逐步轉換為不斷提高的客戶需求，驅動消費者對汽車的認知也逐漸從 “單一的交通工具”向“第三空間”轉變，而座艙則是實現(xiàn)空間塑造的核心載體。
智能化的座艙會給用戶帶來更好的體驗，其中聲學也是必不可少，比如車載語音交互，能夠實現(xiàn)交互的前提就是背景噪聲不能大，需要對路面噪聲、風噪進行深度降噪。再比如獨立聲場，當你不希望車上其他人聽到你與家人的私密談話時，當你不希望你的音樂影響到其他人，當你不想讓其他乘客的談話聲打擾你休息時，就需要對各個區(qū)域的聲場進行分區(qū)控制?；蛘叨嗳苏f話時，你的指令能夠被識別、或者能夠被喚醒。這些都是客戶用車時的常用場景。
傳統(tǒng)座艙域是由幾個分散子系統(tǒng)或單獨模塊組成，每個系統(tǒng)像“孤島”一般，這種架構無法支持多屏聯(lián)動、多屏駕駛等復雜電子座艙功能，因此催生出座艙域控制器這種域集中式的計算平臺。
在這樣的一種背景下，高度集成的域控制器就為降噪模塊提供了很大的支持，大大降低了單獨開發(fā)的成本，主動降噪、主動發(fā)聲、獨立聲場與全方位發(fā)聲控制器和芯片就可以融合到其中，給座艙內的成員提供更好的語音交互，讓機器更好的感知人，理解人。
圖片來自地平線
4、結尾
100多年前，福特公司的創(chuàng)始人亨利·福特先生到處跑去問客戶：“您需要一個什么樣的更好的交通工具？”幾乎所有人的答案都是：“我要一匹更快的馬”。很多人聽到這個答案，于是立馬跑到馬場去選馬配種，以滿足客戶的需求。但是福特先生卻沒有立馬往馬場跑，而是接著往下問。
福特：“你為什么需要一匹更快的馬？”
客戶：“因為可以跑得更快！”
福特：“你為什么需要跑得更快？”
客戶：“因為這樣我就可以更早的到達目的地。”
福特：“所以，你要一匹更快的馬的真正用意是？”
客戶：“用更短的時間、更快地到達目的地！”
于是后來，福特就發(fā)明了汽車流水線，大批量生產(chǎn)，將汽車帶進千家萬戶。
汽車變革的時代已經(jīng)悄然到來，在未來，汽車也許不僅僅就是一種交通工具，而是一種更加智能，舒適、高效的生活方式。以客戶需求為中心，我們才知道該走什么路。
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