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汽车噪声振动控制技术发展的几点思考
2020-12-27 20:50:27· 来源：汽车NVH充电宝
关键词：数字化、主动降噪、主动发声、声场分区、智能化、交互在2020年的NVH行业交流会上，主题演讲中有好几个专家都提到了主动降噪、主动发声、声场分区控制等
关键词：数字化、主动降噪、主动发声、声场分区、智能化、交互
在2020年的NVH行业交流会上，主题演讲中有好几个专家都提到了主动降噪、主动发声、声场分区控制等最新技术应用进展，随着对汽车品质提升，噪声控制技术的更加精细化、主动化、自动化；随着智能网联汽车的逐步应用，智能化噪声控制已经成为未来发展的趋势。
电动化、智能化、网联化的汽车发展趋势对传统NVH控制方法带来了不小的挑战，但也充满机遇，以下是对NVH控制领域未来技术发展的几点思考，分享于你，也欢迎交流。
1、数字化虚拟集成仿真技术
汽车仿真技术的广泛应用，大量减少了汽车研发设计后期的设计修改率，使得汽车研发设计成本在汽车开发总成本中的比重得到极大降低，同时大大提高了新车型的开发速度，极大提高车企的投资收益。
在车型开发前期，如何通过虚拟仿真技术进行整车的噪声和振动性能的预测是各大主机厂的共性难点，预测的精度直接影响目标的达成判断。如果有比较好的精度，那么就能在设计阶段尽早的固化方案，缩短开发周期，实现敏捷开发，减少后期因性能改善造成的设计变更费用。
云计算技术的快速发展极大的推动了汽车仿真技术应用，很多企业都在进行数字化的转型，单纯投资硬件设备来满足大规模的计算已经落后，随着计算量的快速膨胀，特别是自动驾驶、流体、碰撞等计算的增多，原先部署的硬件设备很快无法满足新的计算量的需求，所以很多企业将计算转向云端，通过租赁的方式完成车型的快速开发。
在NVH领域，计算是通过源-路径-响应模型计算车内的噪声。计算量相对较少的是对动力总成和路面激励噪声预测，因为二者都是低频的问题，对网格尺寸大小要求较低。
对网格计算要求较高的就是流体领域，影响风噪的车身几何尺寸一般在几毫米，就要求网格更加精细，一个整车模型网格数量少则几千万，多则上亿，这就需要大规模的超算中心，上千核的计算内存才能在较短的时间完成仿真任务。对于一般的工作站，算一个后视镜的风噪可能需要半个月，那么就完全不能满足工程开发的要求。
在如何打造汽车NVH精品中，我们谈到了汽车精品设计的多属性平衡要求，为了达到多属性的较好的平衡，就需要将跟动力总成相关的动力性、经济型，驾驶性和NVH属性在设计阶段做一个较好的平衡。
对于在架构开发，那么就需要对底盘架构所涉及到的操控、舒适、耐久和静音性进行仿真计算，选择一个平衡较好的架构方案。
2、主动降噪与主动发声技术
随着数字信号处理、芯片和计算机技术、人工智能技术的发展，在消费领域应用的主动降噪技术和语音识别技术开始向汽车行业逐步渗透。
①主动降噪：
传统的被动降噪技术主要是基于隔振原理、模态避频、吸隔声、阻尼控制、吸振器减震等措施， 对汽车的结构辐射、悬置衬套隔振、声学包装等进行优化，提升车内静音水平。
传统的NVH开发设计方法的应用背景是我们的NVH开发水平处于一个初级阶段，车内的噪声量级大，降噪的空间大，声压级优化3-4dB 一般都不是问题，传统的降噪方法能起到立竿见影的效果。但是随着汽车轻量化、成本竞争的压力下，特别是对于电动车而言，整车重量直接影响续航里程，单纯依靠增加重量和成本的方法在新能源车型开发中遇到了很大的阻力。
智能化背景下的NVH开发依靠芯片算法等方法，集成化程度高，体积小，可解决复杂声源环境下的NVH问题，开发周期短，具有较明显的优势。
最早在1936年，德国物理学家Lueg提出了主动降噪的技术并申请了专利，他是最早提出主动降噪概念的科学家，受限于当时计算机和芯片技术的发展，仅仅是一个概念而已，是一种典型的反馈控制系统，随后在直升机和飞机上得到工业化应用。
直到1992年才开始在汽车上应用，首次应用是日产蓝鸟车型，经过几十年的发展，已经是一项很成熟的技术，目前在美系、日系车型上规模应用，并逐步搭载在某些自主品牌车型上。
②主动发声
对于电动车而言，缺少了发动机的掩蔽效应，路噪和风噪更加凸显，电机的高频噪声容易让人烦躁。缺少了内燃机的阶次声，驾驶者难以获得愉悦的驾驶体验；对于车外行人，过于安静的电动车存在巨大的安全隐患。所以需要对电动车的声音进行主动设计。
ASD 主动声音设计是一项主要汽车应用技术概念，通过信号处理人工合成声音，改变或者增强车内和车外的声音，ASD一般与主动降噪和声音增强技术一起使用。各个企业有不同的叫法，本田讴歌称为 Active Sound Control，起亚名叫 Active Sound System, 大众为 Soundaktor，但是功能和目的都是一样的。
在传统车型上，根据用户的驾驶模式发出不同的声音，比如在运动模式下，四缸机发出六缸机或者八缸机的动力感声音，增强驾驶者的乐趣，更好的体验驾驶动力。这种策略大多数是通过排气和进气系统结构设计的调音出来，当然还有车型通过扬声器发出来。
在电动车型上，目前有两种思路：①模拟传统内燃机的阶次声；②设计具有科幻感的声音；
对于策略①，应用最多就是谐波合成算法，发动机阶次声音是由一系列谐波的线性组合而成，其基本原理就是根据短时傅里叶变化，提取阶次特征，然后对其逆变换，实现随时域变化的合成信号。
对于策略②，由于人们对电动车声音还未有统一的认识，对塑造品牌具有很好的效果，所以也是未来的发展趋势，关于电动车的声音设计可参考如何对电动汽车进行音效设计那一篇文章。
3、智能座舱声场控制技术
近年来，汽车行业高速发展的主要驱动力已经由过去供给端的产品和技术驱动逐步转换为不断提高的客户需求，驱动消费者对汽车的认知也逐渐从 “单一的交通工具”向“第三空间”转变，而座舱则是实现空间塑造的核心载体。
智能化的座舱会给用户带来更好的体验，其中声学也是必不可少，比如车载语音交互，能够实现交互的前提就是背景噪声不能大，需要对路面噪声、风噪进行深度降噪。再比如独立声场，当你不希望车上其他人听到你与家人的私密谈话时，当你不希望你的音乐影响到其他人，当你不想让其他乘客的谈话声打扰你休息时，就需要对各个区域的声场进行分区控制。或者多人说话时，你的指令能够被识别、或者能够被唤醒。这些都是客户用车时的常用场景。
传统座舱域是由几个分散子系统或单独模块组成，每个系统像“孤岛”一般，这种架构无法支持多屏联动、多屏驾驶等复杂电子座舱功能，因此催生出座舱域控制器这种域集中式的计算平台。
在这样的一种背景下，高度集成的域控制器就为降噪模块提供了很大的支持，大大降低了单独开发的成本，主动降噪、主动发声、独立声场与全方位发声控制器和芯片就可以融合到其中，给座舱内的成员提供更好的语音交互，让机器更好的感知人，理解人。
图片来自地平线
4、结尾
100多年前，福特公司的创始人亨利·福特先生到处跑去问客户：“您需要一个什么样的更好的交通工具？”几乎所有人的答案都是：“我要一匹更快的马”。很多人听到这个答案，于是立马跑到马场去选马配种，以满足客户的需求。但是福特先生却没有立马往马场跑，而是接着往下问。
福特：“你为什么需要一匹更快的马？”
客户：“因为可以跑得更快！”
福特：“你为什么需要跑得更快？”
客户：“因为这样我就可以更早的到达目的地。”
福特：“所以，你要一匹更快的马的真正用意是？”
客户：“用更短的时间、更快地到达目的地！”
于是后来，福特就发明了汽车流水线，大批量生产，将汽车带进千家万户。
汽车变革的时代已经悄然到来，在未来，汽车也许不仅仅就是一种交通工具，而是一种更加智能，舒适、高效的生活方式。以客户需求为中心，我们才知道该走什么路。
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