NVH模拟器助力发动机引擎音效

2019-10-21 18:27:51·  来源:Brüel & Kjær  
 
我的车我的发动机我的音效天空万里无云,空旷的高速公路在您的挡风玻璃前无限延伸。您轻轻踩下脚踏板,使其更贴近汽车底板,发动机发生欢快的轰鸣声。
天空万里无云,空旷的高速公路在您的挡风玻璃前无限延伸。您轻轻踩下脚踏板,使其更贴近汽车底板,发动机发生欢快的轰鸣声。但这种轰鸣声的发声方式是由谁决定的呢?

如果您驾驶的是现代(Hyundai),在Brüel & Kjær的帮助下,由您决定发动机的鸣响方式。

自2015年以来,现代汽车公司(HMC)为专用车型配备发动机个性化音效系统(PESS),使客户能在驾驶同一辆车时享受不同的发动机音效体验。

HMC高级研究工程师Eun Soo Jo谈到:“PESS是世界上能满足客户个性化需求的首款功能性部件,且可为客户提供愉悦乘驾体验。”

但直至最近,现代对发动机个性化音效系统(PESS)的设计方式在很大程度上更侧重于设计在试车跑道行使的原型车的发动机音效,这是一个极其耗费资源且有时不太可靠的过程。

 “挑战在于需研制一种能基于NVH模拟器内的运行状态,真正连接不同类型的主动式音效设计(ASD)控制器的工具,因为每个ASD控制器都需要一组可用的不同控制信号。”
Brüel & Kjær研究工程师Wookeun Song博士

设计发动机音效

近十年来,包括现代在内的多家汽车制造企业均采用主动式音效设计(ASD),使发动机能产生预设的目标音效。ASD控制器基于转速(RPM)、油门输入和扭矩输入等多个发动机参数,产生车辆发动机音效。ASD工具在与车辆相连的音频放大器内运行(详见补充报道“主动式音效设计的常规工作方式”)。ASD也对这家韩国汽车巨头的发动机个性化音效系统具有重要的作用。

Brüel & Kjær研究工程师及创新实验室重要成员Wookeun Song博士解释道:“ASD最初能使现代的发动机个性化音效系统得以实施,但这需要对设计出的音效执行大量的行车调谐工作。有人必须驾驶原型车,其他人需负责更改设置。这并非一步式设计过程。你必须反复调试、更改,因此相当耗时。”

对设计出的音效进行调谐时,务必将不同天气状况和不同路况等每个因素都考虑在内。由于背景噪声和运行工况持续变化,因此测量结果的重复性可经受在原型车上执行的行车调谐。同时,无法对不同的ASD放大器或不同的调谐工作实施连续比较。

更重要的一点,原型车的需求量相当大。Wookeun谈到:“无论是ASD设计师、车门设计师,还是放大器设置人员,每个设计环节的工作人员都需要接触这辆车。”

主动式音效设计(ASD)的常规工作方式

车辆发动机和车身的物理特性通常决定了机舱内的发声方式。但ASD采用车辆音频系统,使用户能体验制造商预设的“目标”音效。标准型CAN总线装置采集车辆实时行驶信息,再将该信息发送给ASD控制器。基于这种输入和扬声器传输功能(即扬声器如何在某一时间点在机舱内发出声音),该控制器实现了通过各个扬声器发送的发动机配置音效。

从行车到实验室实验阶段

除了在原型车上使用ASD,现代还采用Brüel & Kjær研发的噪声、振动与声振粗糙度(NVH)桌面型模拟器,以促进汽车业的发展。但NVH模拟器并非发动机个性化音效系统初始开发流程的环节之一。

“驾车”通过桌面显示器上显示的某种虚拟场景时,用户可利用NVH模拟器以交互方式评估、修改和设计车辆运行音效。将驾驶员控件(加速器、齿轮组、转向系统、制动)用作实时音效模型的输入项,精确再现车辆音效。所有这些工作均在实验室内完成,而非在路上试验。

主动式音效设计(ASD)过程也能在桌面模拟器上完成,这难道不是很棒吗?这确实节省了使用实际原型车时所耗费的时间。

这也是现代的设计理念。

 
优化个性化音效设计(PSD)过程

现代公司研究员Dong Chul Park博士谈到:“我们希望能实现各种功能性,从而使个性化客户能利用ASD技术并根据其偏好,优化车辆发动机的音效。我们认为与Brüel & Kjær的NVH模拟器相关的技术能使我们为广大客户开发出各种发动机音效设计方案。”

现代汽车公司(HMC)研究员Dong Chul Park博士说道:“我们希望能实现各种功能性,从而使个性化客户能利用ASD技术并根据其偏好,优化车辆发动机的音效。”

现代一提出其所面临的挑战,Brüel & Kjær都能制定出相应的应对计划。

主要障碍之一就是现代当时所采用的NVH模拟器和ASD控制器在两个不同环境下运行:ASD控制器与车辆音频系统集成,而NVH模拟器在计算机内运行。更重要的一点,不同供应商提供的不同ASD控制器具有需调谐的不同参数,这大大增加了通用方法的实施难度。

Wookeun谈到:“挑战在于需研制一种能基于NVH模拟器内的运行状态,真正连接不同类型的主动式音效设计(ASD)控制器的工具,因为每个ASD控制器都需要一组可用的不同控制信号。”

现代公司与Brüel & Kjær一同设定了特殊项目目标:首先,需开发能实时组合NVH模拟器输出与ASD音频输出的专用计算机软件,从而提供与ASD控制器相兼容的数据;其次,需针对现代的ASD设置,实施主观评估与客观分析,以论证更为优化的音效设计过程。

保持个性化特征

现代公司于2015年首次提出的发动机个性化音效系统(PESS)这一概念,非常符合通过定制化采购体现个人品味与偏好这一消费趋势。尽管标准化ASD系统设置可使客户实现制造商预设的目标音效,但现代的PESS系统可根据车辆预定义动感、运动、极限等不同模式的发动机音效。驾驶员可利用仪表板上的音频-视频导航系统,轻松选择和调节每种发动机音效类型、音量和音调,以及加速器的灵敏度。

一种独特的解决方案

Wookeun及其Brüel & Kjær创新实验室的同事们大约在一年后实现了这些目标,现代公司于2018年将专为ASD研发的各款新型软件工具投入使用。据Brüel & Kjær所知,这是有史以来开发出的首个此类解决方案。NVH桌面模拟器作为该解决方案的一部分,其本身并不产生可与现代的ASD控制器发生交互作用的CAN总线信号。然而,Brüel & Kjær专为该模拟器研发了一款能产生适当CAN总线信号的工具,并且独特的新型软件可连接NVH模拟器与ASD控制器,从而根据模拟器的运行工况产生ASD音效。
Wookeun谈到:“行车时,各台扬声器的ASD音效会与车辆在行驶途中发出的声音混合在一起。我的目的是通过对各台扬声器的ASD音效实施双耳合成,并在实验室环境下将之与NVH模拟器发出的双耳信号相结合,模拟这种混合场景。”

CAN总线是什么?

CAN总线是采集车辆转速(RPM)和扭矩等行驶数据的一种标准型控制器局域网(CAN)。

现代公司现可在有车辆运行声和无运行声的条件下分别实施桌面ASD调谐,从而研究现有车辆音效与ASD音效间的交互作用。

由于调谐结果也应与目标音效类型(例如,运动或强劲音效模式)相符,因此现代公司现可通过桌面听音实验,找出该音效模式下的哪种ASD调谐结果最接近目标音效。同时,还能分析哪些客观参数会使人们对其所研究的音效产生消极反应。

现代汽车公司(HMC)高级研究工程师Eun Soo Jo谈到:“PESS是世界上能满足客户个性化需求的首款功能性部件,且可为顾客提供愉悦乘驾体验。”



共创更美好的未来

Park博士解释说:“Brüel & Kjær专为该项目开发的NVH模拟器和各类工具使我们加快了发展进程。现代汽车公司在多个国家开发出各类发动机和音频规格。因此,要想在同一辆原型车上实现所有发动机音效,这确实极具挑战性。很有必要建立虚拟开发环境。”

他谈到:“NVH模拟器与ASD调谐过程的整合就是一个ASD音效设计虚拟环境的良好实例。”

Park博士补充道:“我们看到了基于计算机辅助工程(CAE)和利用此类新型工具得出的实验数据而实施的NVH开发与音效设计的潜力。这些工具可能对电动汽车(EV)、环保型车辆以及未来移动性的发展也很有用。”

现代汽车集团简介
现代汽车集团成立于1967年,是一家总部设在韩国首尔的跨国公司,也是全球第五大汽车制造企业。旗下品牌包括现代(Hyundai)、起亚(Kia)、Genesis luxury、N系及其新推出的高性能子品牌。现代自2008年以来就噪声、振动与声振粗糙度(NVH)模拟器相关的各种项目与Brüel & Kjær展开合作。

查询进一步信息,请联系:Brüel & Kjær
电话:4009003165
邮箱:cn.info@bksv.com
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