¿Sabe qué tienen en común los ingenieros y los malabaristas? A primera vista, parecen disciplinas muy diferentes. Sin embargo, profundice un poco más y verá que, al igual que un malabarista debe mantener varios objetos en el aire a la vez, los ingenieros deben mantener en equilibrio varios objetivos interconectados pero en conflicto mientras navegan por un complejo espacio de diseño.
En el mundo del desarrollo de vehículos, este delicado acto de equilibrio se realiza para encontrar las variables de diseño óptimas que cumplan simultáneamente objetivos de diseño como el rendimiento, la eficiencia y la NVH (ruido, vibración y dureza). Sin embargo, esta es una tarea difícil en la práctica, ya que no hay «almuerzos gratis» de los que aprovecharse. Cualquier modificación que mejore un objetivo de diseño tiende a deteriorar al menos otro.
Un ejemplo clásico de este tipo de variable de diseño es la reducción de peso. Los ingenieros pueden reducir estratégicamente el peso de determinados componentes (manteniendo la rigidez estructural) para conseguir un vehículo más ligero en su conjunto. Esto suele traducirse en un mejor rendimiento y eficiencia, ya que el vehículo tendrá menos masa para acelerar y una menor resistencia a la rodadura. Sin embargo, la otra cara de la moneda es que los componentes más ligeros absorben menos energía de ruido y vibración, lo que conlleva un peor rendimiento NVH en general.
Este dilema está en el centro del desarrollo actual de vehículos electrificados. Por un lado, los clientes quieren un vehículo eficiente, ya que determina la máxima autonomía disponible para una capacidad de batería determinada. Por otro lado, los clientes son más críticos que nunca con el rendimiento NVH, ya que incluso los pequeños chirridos y quejidos son audibles en ausencia de un ruidoso tren motriz impulsado por combustión.
Entonces, ¿cómo pueden los ingenieros encontrar el equilibrio óptimo que satisfaga todos los requisitos del cliente? Exploremos esta cuestión utilizando un flujo de trabajo único en Simcenter Testlab que combina dos tecnologías de vanguardia: Ensamblaje Virtual de Prototipos y Simulador NVH.
Guía de un ingeniero NVH para hacer malabarismos con los objetivos de diseño
El primer paso es implementar un proceso para predecir el rendimiento NVH a nivel de vehículo utilizando datos a nivel de componente. Con dicho proceso en marcha, podemos controlar fácilmente la sensibilidad del rendimiento NVH previsto a cualquier modificación de las variables de diseño.
Este proceso se denomina Ensamblaje de prototipos virtuales (VPA) en Simcenter Testlab. Esencialmente, cada componente del vehículo puede representarse mediante modelos independientes en el dominio de la frecuencia que contienen datos diferentes (por ejemplo, FRF de conexión, espectros de carga invariante, rigidez dinámica, …) en función del tipo de componente. A continuación, estos modelos de componentes se acoplan matemáticamente mediante Subestructuración basada en la frecuencia (FBS), que permite predecir el comportamiento NVH del conjunto virtual. Y lo que es más importante, cualquier componente puede representarse utilizando datos basados en CAE o en pruebas, en función de su madurez de desarrollo.
El segundo paso consiste en correlacionar los resultados con la percepción humana subjetiva sintetizando el rendimiento NVH previsto del vehículo en el dominio de la frecuencia en el dominio temporal. Esto permite evaluar directamente el impacto de cambios significativos en el diseño (oyendo o sintiendo la diferencia) o cuantificarlo mediante métodos de procesamiento en el dominio temporal como las métricas de calidad del sonido.
Simcenter Testlab Simulador NVH es un libro de trabajo para sintetizar las contribuciones en el dominio de la frecuencia al rendimiento NVH del vehículo en el dominio del tiempo. Esencialmente, cada contribución (cadena cinemática, viento, ruido de la carretera, …) se representa mediante un modelo NVH en el dominio de la frecuencia que cubre todas las condiciones de funcionamiento relevantes. Estos modelos NVH se obtienen utilizando métodos ascendentes (por ejemplo, predicción mediante VPA) o descendentes (por ejemplo, descomposición completa del vehículo). A continuación, se crea un entorno NVH realista del vehículo completo combinando varios modelos NVH en una topología del vehículo. Por último, cada modelo NVH se sintetiza en tiempo real mediante la supervisión de las condiciones de funcionamiento del vehículo, ya sea directamente a partir de un perfil de conducción predefinido o simulado mediante un modelo de rendimiento en tiempo real conectado a las entradas reales del conductor.
Hola viejo amigo
Volvamos a nuestro ejemplo de reducción de peso para ver cómo se puede aplicar este flujo de trabajo en la práctica. Imaginemos que estamos desarrollando una nueva variante de vehículo sobre una plataforma existente, con el objetivo específico de optimizar el ruido de rodadura transmitido por la estructura. Para estudiar la sensibilidad de esta variante a la reducción de peso, hemos creado un modelo VPA en el que los modelos de la carrocería, el subchasis y la suspensión se basan en CAE, mientras que el modelo de montaje del puntal utiliza la rigidez dinámica proporcionada por el proveedor y los neumáticos se caracterizaron en un banco de pruebas de neumáticos físico utilizando un perfil de superficie rugosa.
El resultado bruto de este modelo VPA será la predicción del ruido de rodadura transmitido por la estructura para todas las velocidades que se caracterizaron en el banco de pruebas de neumáticos. Tras asignar estas predicciones a un modelo NVH, podemos utilizar el simulador NVH para sintetizar el ruido de rodadura transmitido por la estructura utilizando cualquier perfil de velocidad aleatorio. Los resultados que se muestran a continuación se generaron utilizando una bajada por inercia sintética de 70 a 0 km/h.
