Xe điện và những thách thức NVH: Tư duy và công cụ bạn cần biết

Câu hỏi sẽ là – bạn sẽ mua một chiếc xe điện (EV) hôm nay chứ?

Có lẽ, trong những năm sắp tới, bạn có nhiều khả năng trả lời: “Có!”. Hiệp hội châu Âu về cơ động điện ước tính rằng đã có 1 265 441 xe ô tô chạy bằng điện chở khách chạy vòng quanh châu Âu, sử dụng 161 426 điểm sạc công cộng. Và cả hai con số này sẽ tăng lên trong thời gian tới. Các quốc gia trên toàn thế giới đang đưa ra tầm nhìn sâu rộng nhằm thúc đẩy và hỗ trợ sự phát triển của ô tô điện (ví dụ như ngành Điện cơ ở Đức: Tầm nhìn 2021 và Xa hơn, v.v.). Theo Bloomberg New Energy Finance, 55% tổng doanh số bán ô tô mới và 33% đội xe toàn cầu sẽ là xe điện vào năm 2040.

Phát triển ô tô điện và những thách thức

Tuy nhiên, cũng có một số nút thắt quan trọng khiến việc chuyển sang sử dụng ô tô điện còn gặp nhiều khó khăn. Một trong những điều quan trọng nhất là quãng đường đi được sau mỗi lần sạc của xe điện. Các nhóm phát triển EV cố gắng giảm trọng lượng xe để tăng quãng đường đi được. Nhưng việc giảm trọng lượng của khung và thân xe không được đưa ra! Việc cân bằng tối ưu giữa trọng lượng xe và các thuộc tính hiệu suất, chẳng hạn như độ bền, NVH, đi xe và khả năng xử lý, trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Bạn cần tăng quãng đường đi được sau mỗi lần sạc, nhưng với sự đánh đổi là giảm hiệu suất độ bền có thể dẫn đến hư hỏng xe sớm hơn. Ngoài ra, giảm trọng lượng xe có thể làm giảm hiệu suất xử lý. Nó có nghĩa là xe của bạn có thể mất ổn định khi thực hiện một số thao tác lái xe nhất định.

Đây là một tình huống khó xử lý khác về kỹ thuật – làm thế nào để bạn cân bằng độ cứng của thân xe trong khi vẫn giữ được các đặc tính NVH phù hợp? Với Siemens Simcenter, chúng tôi nhận ra những thách thức này và chúng tôi mong muốn cung cấp cho khách hàng các giải pháp cho các nhóm phát triển xe khác nhau để giải quyết tất cả những vấn đề này và giúp tìm ra đặc tính xe nhẹ tối ưu mà không làm giảm hiệu suất.

Tiếng ồn của xe điện

Xu hướng hướng tới xe điện đặt ra cả thách thức cũng như cơ hội cho các nhà phát triển xe hơi. Việc thay thế động cơ đốt trong (ICE) bằng động cơ điện (EV) làm giảm đáng kể tiếng ồn của khoang nội thất. Việc thay đổi hệ thống truyền lực truyền thống sẽ làm lộ ra các tác nhân gây tiếng ồn khác hoặc làm cho chúng trở nên dễ cảm thấy hơn và nổi bật hơn. Vào năm 2011, G. Goetchius đã ước tính các yếu tố gây ra tiếng ồn trong các phương tiện ICE và dự đoán hình thái tiếng ồn trong các phương tiện điện. Theo báo cáo này, trong các loại xe ICE truyền thống, tác nhân gây ra tiếng ồn lớn nhất là hệ thống truyền lực, sau đó là đường, gió và hệ thống phụ trợ ồn. Trong khi ở xe điện, tiếng ồn trên đường và tiếng gió là những tac nhân gây nên tiếng ồn lớn nhất. Và hơn thế nữa, cấu trúc mới trên xe điện làm lộ ra những tiếng ồn không được phát hiện trên xe sử dụng động cơ đốt (chẳng hạn như hệ thống phụ trợ – bánh răng kêu, trục lái, hệ thống điều hòa không khí, cần gạt nước, mô-đun ABS, máy bơm, v.v.).

Thách thức NVH giữa xe EV và xe ICE

Điều tất yếu là những thay đổi về cấu trúc trong tiếng ồn của xe điện sẽ cần các phương pháp kỹ thuật mới để tối ưu hóa hiệu suất NVH với chất lượng âm thanh tốt hơn.

Dưới đây là ba phương pháp các kỹ sư NVH cần tập trung vào để làm cho việc lái xe điện được cảm thấy thoải mái nhất

Xử lý nguồn gây ra rung, ồn

Trước tiên, kỹ sư NVH cần phải tìm ra nguyên nhân gốc của tiếng ồn và xử lý nó. Tùy thuộc vào nguồn gốc của tiếng ồn mà yêu cầu các kỹ thuật phân tích NVH khác nhau. Ví dụ, giảm tiếng ồn của gió được thực hiện hiệu quả nhất trong các đường hầm gió. Điều này cho phép cô lập hiệu quả tiếng ồn của gió với các nguồn tiếng ồn khác và tìm ra các giải pháp hiệu quả nhất để giảm nguồn gây khó chịu này. Tuy nhiên, vì những thử nghiệm này cực kỳ tốn kém, và phải kiểm tra bằng các kỹ thuật đo cần độ chính xác cao. Việc sử dụng các quy trình thử nghiệm dựa trên công nghệ beamforming arrays cho phép xác định các nguồn nhiễu bên ngoài và sử dụng dữ liệu này để làm tiền đề cho các thử nghiệm tiếp theo ngày càng trở thành một tiêu chuẩn.

Tiếng ồn trên đường cần được xử lý bằng các kỹ thuật hiệu quả và đáng tin cậy, chẳng hạn như phân tích đường truyền (TPA). Kỹ thuật này cho phép xác định chính xác các đường dẫn tới tiếng ồn trên khung gầm và thùng xe góp phần gây ra tiếng ồn bên trong xe. Để có thể xử lý tải trọng phức tạp của hệ thống treo, các kỹ thuật tiên tiến hơn là strain-based TPA cần được áp dụng.

Đối với các nguồn tiếng ồn khác, thông tin về ồn, rung có thể được cung cấp bởi bộ công cụ đa dạng về các kỹ thuật phân tích và thử nghiệm NVH. Và một lần nữa, đối với nhiều hệ thống nhỏ này, phân tích đường truyền truyền thống (TPA) có thể giúp xác định thành phần hoặc cấu trúc gây ra vấn đề ồn, rung.

Tuy nhiên, xử lý nguồn rung, ồn không phải lúc nào cũng đưa ra các giải pháp đủ sớm. Trong chu kỳ phát triển xe, nhóm chịu trách nhiệm có thể tiến hành các cải tiến và điều chỉnh thiết kế thành phần. Nhưng trong quá trình sản xuất đại trà, có những tình huống, việc thay đổi thiết kế là không thể hoặc gây ra xung đột với các thuộc tính khác (chẳng hạn như trọng lượng, độ bền, v.v.). Hoặc thông thường, kết quả của TPA dẫn đến việc bổ sung giảm xóc gây tốn kém. Điểm bất lợi nữa là vật liệu giảm xóc làm tăng trọng lượng xe – điều này sẽ trực tiếp làm giảm quãng đường đi được của xe sau một lần sạc, tăng thêm chi phí và kéo dài thời gian lắp ráp xe. Hơn nữa, chiến lược này còn hạn chế và không đưa ra giải pháp tối ưu trong mọi trường hợp.

Làm chủ chất lượng âm thanh xe điện bao gồm cả âm thanh chủ động

Có một tin tốt. Cấu trúc tiếng ồn của xe điện mang đến nhiều nguồn tiếng ồn mới mà xe trang bị động cơ đốt trong (ICE) không cảm nhận được. Điều này mở ra cơ hội để tạo ra trải nghiệm lái xe mới và thú vị cho khách hàng. Từ quan điểm này, kỹ thuật phân tích chất lượng âm thanh là công cụ quan trọng để cải thiện chất lượng âm thanh trong xe. Công nghệ này hiện đang chiếm được vị thế trong ngành công nghiệp ô tô.

Tất cả bắt đầu với việc thu thập dữ liệu âm thanh một cách trung thực nhất, bao gồm cả ghi âm hai tai. Thứ hai, để có thể phân tích âm thanh thu được, cần tiến hành phát lại âm thanh, sử dụng các bộ lọc khác nhau và phân tách thông qua các chỉ số chất lượng âm thanh khác nhau. Và cuối cùng, cần thực hiện một thử nghiệm thực tế, dựa trên cảm nhận âm thanh một cách chủ quan. Kỹ thuật phân tích chất lượng âm thanh kết hợp các chỉ số phân tích khách quan với phân tích chủ quan. Điều này sẽ cung cấp cho bạn thông tin chi tiết để tìm câu trả lời cho những câu hỏi như – khách hàng thích nghe gì? Họ thích âm thanh nào nơi khác nhau trên thế giới?

thử nghiệm Simcenter Testlab Jury để phát triển EV NVH

Một ứng dụng khác về chất lượng âm thanh hiện đang trở nên quan trọng, là âm thanh nhân tạo bên ngoài được tạo ra bởi hệ thống cảnh báo phương tiện âm thanh-acoustic vehicle alerting system (AVAS). Hệ thống này cảnh báo người đi bộ về một phương tiện đang đến gần. Phát triển âm thanh cảnh báo bên ngoài là một điềumới lạ. Các quốc gia khác nhau trên toàn cầu hiện đang áp đặt các yêu cầu chứng nhận mới cho ô tô điện. Các nhà sản xuất ô tô cần thiết kế và chứng nhận âm thanh cảnh báo rằng ô tô điện phải vượt quá khi di chuyển ở tốc độ thấp. Đồng thời, các OEM ô tô rất quan tâm đến cảm nhận về âm thanh của phương tiện mới. Thiết kế âm thanh nhân tạo mới phản ánh DNA thương hiệu đòi hỏi phải có bộ công cụ phù hợp cho kỹ thuật chất lượng âm thanh.

Rút ngắn thời gian phát triển xe bằng cách kết hợp mô phỏng và thử nghiệm

Để theo kịp thị trường, các OEM trong lĩnh vực sản xuất ô tô cần phản ứng nhanh và phát triển nhanh các mẫu xe tiên tiến. Điều này tạo ra nhu cầu kiểm soát hiệu suất NVH của xe càng nhanh càng tốt, sớm hơn trong chu kỳ phát triển. Điều này dẫn đến một yêu cầu là cần xác định các đặc tính NVH của thành phần hoặc hệ thống nhỏ trước khi tích hợp chúng vào xe. Trên thực tế, điều này cũng dẫn đến sự ra đời của công nghệ mới kết hợp mô phỏng và thử nghiệm vật lý với nhau trong suốt chu trình phát triển xe. Trong quá khứ, mô phỏng và thử nghiệm là thế giới riêng biệt, tương lai hướng đến sự phát triển sang các phương pháp tiếp cận mới tích hợp giữa thử nghiệm và mô phỏng. Khái niệm này có thể tác động mạnh mẽ và cải thiện thời gian phát triển.

Component-Based TPA là một ví dụ. Sự kết hợp hấp dẫn giữa thử nghiệm và mô phỏng cho phép các kỹ sư NVH dự đoán hiệu suất NVH cuối cùng của xe trước khi lắp ráp nguyên mẫu đầu tiên. Tóm lại, công nghệ này cho phép bạn dự đoán đặc tính NVH của một thành phần hoặc hệ thống con trước khi lắp ráp hoàn chỉnh 1 chiếc xe. Do đó, nó cho phép tạo ra một nguyên mẫu xe ảo bằng cách lắp ráp các thành phần khác nhau (ví dụ: động cơ điện, hệ thống treo, thân xe, v.v.). Component-based TPA là một lĩnh vực rất mạnh mẽ không chỉ cho phép bạn có thể nhận được dự đoán chính xác về đặc tính NVH của xe trong giai đoạn phát triển, khi việc thực hiện các cải tiến về thiết kế vẫn dễ dàng hơn. Ngoài ra, Component-based TPA cho phép bạn làm việc với một nền tảng tiêu chuẩn hóa để xây dựng mô hình của hầu như vô số biến thể xe với mức đầu tư về thời gian thấp hơn nhiều.

Một ví dụ khác là xu hướng kết hợp mô phỏng 1D và thử nghiệm theo cách tiếp cận lai với mô phỏng, vì vậy được gọi là thử nghiệm hệ thống dựa trên mô hình Model-based system testing (MBST). Với công nghệ MBST, việc sử dụng thành phần vật lý kết hợp với các mô hình 1D ngày càng trở thành tiêu chuẩn công nghiệp.

Đây là những xu hướng chính trong thử nghiệm NVH sẽ thúc đẩy sự phát triển của xe điện trong tương lai gần. Bên cạnh đó, điều quan trọng cần nhận ra, đó không chỉ là sản phẩm thay đổi. Công việc cơ bản của OEM cũng sẽ sớm thay đổi. Sẽ có những yêu cầu và kỳ vọng mới mà các thành viên trong nhóm sẽ phải đáp ứng và các kỹ năng mà các kỹ sư sẽ cần học hỏi.

Bạn có muốn hiểu chi tiết hơn về xu hướng phát triển của EV?https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/industries/automotive-transportation/nvh-acoustics-hybrid-electric-vehicles.html

This post is also available in: enEnglish

Chia sẻ bài đăng này



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *