ロードノイズを予測するための4つのステップ – Hyundai Motor Groupとのプロジェクト
内燃機関のマスキングがない電気自動車 (EV) では、路面からの音が目立ち、運転手や同乗者にとって主要な騒音源となっています。ロードノイズは、ほぼすべての運転条件で発生します。しかし、ロードノイズの予測は非常に難しく、EVの開発に携わるエンジニアにとって重要な課題の1つとなっています。
「豊富な車両バリエーションの各開発段階において、多様な走行条件でのロードノイズを正しく評価するにはどうすれば良いのでしょうか。」
この質問は、Hyundai Motor Group (HMG) の研究チームが提起しました。自動車技術の先駆的な研究で評価の高いHMGは、ロードノイズに関する確かな専門知識を持っていますが、これをさらに深めたいと考えていました。
HMGのエンジニアは、テスト技術とシミュレーション技術を組み合わせて、より信頼性の高いデジタルツインを作成する方法をすでに模索し始めていました。特に、サスペンション・モデルの特性評価を行いたいと考えていたため、シミュレーション・モデルと互換性のあるテストモデルの作成に注力していました。しかし、大きな障害がありました。
ステップ1: 各サブシステムの境界把握
自動車エンジニアはご存知のように、各コンポーネントがどの程度ロードノイズの一因になっているかを測定することは困難です。その騒音の主な原因は、ホイール、サスペンション、または車体でしょうか？最初の課題は、各サブシステムの動作境界条件をより大きなアセンブリの一部として理解することでした。構造試験には、両端自由条件を適用しました。サブシステムは互いに影響し合うため、適切なシミュレーションを構築するのは簡単ではありません。
Simcenterエンジニアリングおよびコンサルティングサービスでは、複雑な問題に取り組むことで、お客様の技術目標と事業目標の達成を支援することに力を発揮しています。シーメンスの仕事は、ハードウェア、ソフトウェア、および人々と連携し、指示を果たすために必要なスキルとリソースを使用するという点で興味深いものです。当然、HMGの上級研究員であるSangyoung Park氏から自分のチームとパートナーになれないかと頼まれたとき、当社はぜひ支援したいと考えました。
ステップ2: サスペンションの分離
私たちはまず、レシーバーとしてのサスペンションを含む (ノイズ源としての) タイヤと車体との関係に注目しました。コンポーネント・ベースの伝達経路解析 (コンポーネント・ベースのTPA) を使用して、各部分構造の性質を理解し、荷重を推定しました。HMGのエンジニアが、これらの荷重とタイヤのシミュレーションを別の車に使用すると正確なロードノイズが予測されることを確認した上で、当社は独立したタイヤ荷重を推定する本手法を検証しました。
コンポーネント・ベースのTPA手法についての詳細は、このホワイトペーパーをご覧ください。
自信を持って、周波数ベースの部分構造 (FBS) を使用した車体、サスペンション、ホイールのノイズ影響の理解を進めました。サスペンションは、特定の初期荷重の下でさまざまなコンポーネントが連鎖しているため、両端自由条件下で簡単に測定することはできません。代わりに、FBSデカップリングという新しい手法を使用して、支持構造やテストベンチの影響を排除することで、コンポーネントの振動挙動を特性評価しました。
昨年6月にグラーツで開催されたISNVH会議で、当社はHMGと共同で、初期荷重と操作の非線形性を含むサスペンション・アセンブリにおける最初のテストベースの同定に関する文書を発表しました。このリンクから技術文書をご覧いただけます: サスペンション・レベルのFBSデカップリングにおけるロードノイズへの適用。
ステップ3: テストベンチの設計、構築、および検証
FBSデカップリングの手法を適用するために、サスペンション・モデルを評価するためにカスタマイズされたテストベンチの設計、構築、および検証に取り組みました。このベンチは、後でHMGのエンジニアが社内で使用できるように設計する必要がありました。これにより、インターフェース・ポイントにさまざまなサスペンションを取り付けることができます。
我々2つのチームは非常に緊密に協力しました。ベルギーのルーヴェンにあるエンジニアリング・サービス・チームは、センサー位置と励磁位置を提案するためのCADファイルを作成し、韓国のHMGに提出しました。そこでは、テスト・エンジニアがこれらのCADモデルを使用して計測器を作成し、必要な伝達関数を測定し、さらなる検証のためにベルギーにフィードバックを提供しました。
理想的なテスト設定を特定し、センサーを配置し、アクセシビリティを確保した後、治具を使用して、適切な境界条件と適切な初期荷重の下で代表的な統合フロント・サスペンション・モデルをテストしました。
私たちは、アセンブリ全体の挙動を測定しました。次に、全体からサスペンションを物理的に取り外し、ベンチのみを再測定しました。集中的な反復過程を通じて、徐々に結果を検証していきました。サスペンションの仮想モデルを構築しましたが、これらはすべて、アセンブリ全体からベンチのみの測定値を差し引いて生成された実際のテストデータに基づいています。
ステップ4: NVHシステム性能の予測
プロセスの次のステップは、すべてのコンポーネントを組み合わせ、タイヤの荷重を車両全体のアセンブリまたはデジタルツインに適用して、ロードノイズを聞き、検証することでした。
実際の測定値から導き出された仮想モデルがあれば、信頼性が高く、そのロードノイズを聞けることがわかります。聞こえた音が気に入らない場合は、仮想モデルを変更して再度聞くことができます。各コンポーネントの影響度に基づいて、最適な音について目標を設定し、選択することができます。設計エンジニアにとって、これは柔軟性がはるかに高まることを意味します。
テストベンチをHMGに納入し、現場で使用することで、調査したサスペンションの詳細な分析、他のサスペンションの測定、サスペンションのコンポーネントやマウントの交換、改造などを行い、ロードノイズへの影響を検討することができました。これは、車両のNVH性能を実質的に予測し、モデルベースの仮想車両開発に移行するための同社の能力が一歩前進したことを示しています。
この車両のNVH予測ブログでは、仮想プロトタイプでNVH性能を会得する方法の詳細を確認できます。
チームワークが夢を叶える
このプロジェクトは複数の段階を経ており、高い水準と役割が期待されていました。一方で、このプロジェクトでは技術革新に取り組み、シーメンスとHMGのエンジニアの間には並外れた協力関係がありました。これがFBSデカップリング手法初の商用適用であると考えており、製作した精巧なテスト治具には、私たち全員が誇りを持っています。
2つのチームは引き続き協業しています。現在、種々のタイヤとサスペンションに対して、HMGの設計エンジニアが目標とパラメーターを入力し、オプションを選択し、ロードノイズに対して最適な組み合わせを見つけるまで簡単に切り替えることができるように、テスト結果のデータベースを作成することに注目しています。
このインフォグラフィックでは、EVのロードノイズの課題と、Simcenterのシミュレーションとテスト・ソリューションの使用方法について詳しく説明しています。
ロードノイズ予測に関する知見の共有
11月30日のライブ・ウェビナー「ロードノイズ予測 - 仮想NVH開発へのMBSEアプローチ」のゲストスピーカーは、Sangyoung Park氏です。
NVH車両モデル・プロジェクトの方法、結果、成果について、また、シーメンスとの協力や、EVのロードノイズ改良に向けたHMGのロードマップについてお話します。
本ウェビナーでは、優れた車両モデルを構築するための課題を説明し、CAEとテストベースのコンポーネント表現について説明し、不変荷重を定義する方法を解説します。車両と強く連結しているソース (タイヤなど) を処理およびモデル化する方法について説明します。また、1つのコンポーネントまたはサブシステムを代替バージョンに簡単に置き換えられるツールについても説明します。
