通往NVH数字孪生之路

NVH（噪声、振动、声振粗糙度）模拟器以交互方式模拟驾驶时的噪声和振动，如图 1 所示。驾驶员像在实车中一样操作档位杆和踏板，并实时听到重新拟合的驾驶噪音。根据所选的模拟器硬件，还会对座椅和方向盘等施加振动。与使用准备好的声音样本进行聆听测试相比，在NVH模拟器中，驾驶员可自行决定车辆的工况，并有意识地触发车况相关的噪声和振动现象。

图1：NVH模拟器软件的概念与结构

驾驶动力学模型根据驾驶输入计算NVH仿真所需的参数，例如转速、车速、负载等。驾驶动力学模型的参数包括扭矩曲线、传动比以及空气阻力和滚动阻力。模拟器根据工况（发动机转速、负载、车速），重新拟合动力总成、胎噪/路噪和风噪，并通过双耳回放系统输出。只需一个NVH模拟器，用户即可在驾驶过程中实现用滤波器修改声音，用竞品车的风噪替换原车声音，一键变更音量等功能。NVH模拟器的声音模型是基于测试和/或CAE仿真数据，这些数据根据应用场景和细节层次在范围和类型上做了调整。

图2：NVH模拟器可以从桌面应用扩展到便携式模拟器，再到整车模拟器中的子系统

基于详细测量数据的传递路径分析（TPA）模型可让我们在零部件或路径级别的对噪声的传播有更深入的了解[2]。有此模型，NVH模拟器能提供巨大的附加值，它能帮助所有参与者以互动的方式全方位体验复杂的TPA分析结果。

有了这些，客户可以评估“假设”场景，并快速确定最有可能有效改善噪声问题的关键路径，例如，传递27阶的变速箱悬置，见图 4。此外，即使在开发的早期阶段，仅在测试台上运行的动力总成也可以使用TPA虚拟装配到整车上[3]。来自发动机台架的数据，可以与胎噪和风噪声一起，在NVH模拟器中使用实时TPA进行体验。

图4：在驾驶模拟器中，可以在驾驶过程中使用目标滤波器进行虚拟修改并检查效果

NVH 模拟器还可以充当测试和 CAE 仿真之间的桥梁。在CAE仿真中，很难表征噪声的绝对状态，尤其是在没有验证对象的情况下。实践证明，用基于真实物体的测量数据来构建CAE模型，对其进行评估并在虚拟模型中计算变更后的声学效果，是有益的。该信息可以直接用于NVH模拟器中，也可以应用于TPA过程中的测量数据，以感知虚拟变化的结果。TPA 方法同样适用于零部件噪声振动的仿真激励与实测传递函数结合在一起。

仅基于仿真模型建立完整虚拟车辆的愿景，受到创造力、认可度和可实现的频率范围等因素的限制。然而，纯虚拟的NVH模拟器可以尽早实现数字TPA模型的可听化，有利于做出重要决策。数字TPA可以在CAE软件中完整地模拟源的激励和传输，还可基于测量和仿真数据的数据集提供很多信息，例如，在实测的掩蔽噪声下，是否还会感知到模拟电机中不想要的音调噪声成分。

驾驶模拟器也可以通过软件和硬件接口[5]与用于声音生成的第三方系统进行集成，便于NVH工程师和创意人员使用他们熟悉的声音生成工具进行创作。为此，NVH模拟器会给声音设计软件或硬件发送运行工况，再接收反馈回来的ASD声音，并模拟扬声器的传递特性，最终将拟合声音与实车声音一起复现。通过这种方式，可以有效地模拟不同音响系统的效果。

声音设计师既不需要物理样车，也不需要试车场。在NVH模拟器中，他们可以在最短的时间内以简单、安全且可重复的方式驾驶各种场景，从而交互地进行声音设计。真正的驾驶噪音仍然存在，且任何可能产生的音调噪声成分都可以以掩蔽或融合的方式与ASD结合，以产生更好的声音和驾驶体验。而实车仅会在最终调试的验证阶段会用到。

另一个应用领域是开发车辆行人警示音（AVAS），其声音可作为车辆附近人员和其他道路使用者的警示系统。车外的扬声器会向周围区域发出警示音，但车内人员有何感觉？通过从AVAS扬声器到车内的传递函数，可以调查乘客是否觉得AVAS声音烦人，或者是否在设计阶段就评估与潜在的ASD车内声音是否协调。该方法还可以用于设计提示音和通知声音。从转向信号灯到ADAS，在合适的环境中设计和评估信号声音至关重要。例如，转向信号灯在最高车速下是否还听得到，或者警示声是否能够引起人们的足够的注意，这些问题都能轻松回答。