嗡嗡声几乎难以分辨，似乎只是有点耳压，为了找出声音来源，测试工程师拿起了他的平板电脑。他使用一个滑块，最小化了车辆的垂直激励。嗡嗡声似乎变得更明显了。为了进一步定位源头，工程师再次点击平板电脑。他关闭了前轴的激励，使得只有后轴在车辆纵向上受到激励。这之所以能实现，是因为测试并非在真实道路上进行，而是在新加入魏斯阿赫保时捷研发中心的道路模拟测试台（FaSiP）上进行。该模拟测试台能够真实地复现道路特性，旨在优化驾驶舒适性。它还能够单独控制车桥——例如，用以查找嗡嗡声的来源。关闭前轴激励后噪音仍然存在，问题迅速明朗：尾箱盖因后轴激励产生共振。
“在这种情况下，可以在尾箱盖上加装特制吸振器来抑制振动。” 保时捷整车验证特性与模拟部门 NVH 验证高级经理 Sebastian Ihrle 博士解释道。
声学和振动特性在驾驶舒适性中起着决定性作用。无论车速和行驶路面如何，都不应出现令人不快的噪音、振动或声振粗糙度（简称 NVH）。对产品线丰富的保时捷而言，确保每款车型都具备能被驾驶员感知为愉悦的特征振动行为——即专家所称的“动态指纹”，是一项持续挑战。
“运动车型用户期待获得清晰的路面反馈与驾驶感知，而舒适取向车型则需实现更彻底的振动解耦。” 保时捷驾驶舒适性高级专家 Rainer Gebhardt 解释道。例如，在一辆豪华轿车中，细微的振动异响会因缺乏路面激励掩盖而更显突出。
开发阶段的测试前移
为优化车辆的 NVH 性能，除了虚拟测试外，还需要进行许多实车测试。然而，在过去，这些测试只有在具备可行驶能力的完整车辆后才能开始。然而，在开发过程中这个相对较晚的阶段，进行根本性的设计更改通常成本非常高昂。新型测试台则突破了这些限制。在这里，可以在开发过程的早期阶段测试原型车的振动特性，为深度优化预留充足空间。甚至支持针对单个部件或模块的硬件在环测试（HiL）。例如，固定在专用框架中的独立车桥亦可进行模拟路试。
“因此，我们在开发过程中能更早地‘上路’。” NVH 专家 Ihrle 说。采用复杂技术来精确复现实车驾驶：车辆被柔性安装在 FaSiP 上以模拟直线行驶，所有车轮分别位于四个独立的皮带单元上。每个轮胎都在一个由高动态性能电机驱动，0.4 mm 厚的钢带上滚动。通过改变皮带速度，向轮胎施加纵向力，使得车辆在纵向上振动。除此之外，皮带单元下方的伺服液压缸产生垂直脉冲。这些因素之间的相互作用能够精确复现真实驾驶条件下出现的力，模拟出路面状况不佳、路面材质变化或者是轮胎压过井盖。关键在于测试过程中车轮是转动的，这与那些在静止状态下由液压活塞提供力的测试台形成对比。毕竟，旋转状态下的轮胎刚度与共振特性更符合实际工况。
“车轮静止时轮胎刚度不同，共振点也会偏移，” 专家 Gebhardt 解释道。FaSiP 在这两个维度上都真实地复现了驾驶情况。而且，工程师也更容易专注于个别方面。虽然在道路上驾驶总是提供整体的声学特征，但 FaSiP 允许精确且可重复地控制振动范围，就像在录音室一样。测试台的功能有点像放大镜。“例如，我们可以专门测试车轮和轮胎的不平衡行为。” Ihrle 解释道。
实现控制变量，就可通过实验更快地找到最佳技术解决方案。如果没有像 FaSiP 这样精确的工具，未来驾驶舒适性的开发和验证将会复杂得多。这是因为汽车中技术的相互作用正变得越来越复杂，例如由于智能机电系统确保了性能和驾驶舒适性之间的最佳平衡，比如根据驾驶情况向减震器提供可变电流。检查所有可能的组合及其对道路测试驾驶的影响将涉及大量工作。“像 FaSiP 这样的工具在管理两方面冲突时特别有用，它有效解决了日益增长的系统性验证需求与开发周期缩短之间的矛盾。” Ihrle 说。
精准定位噪声
该测试台也非常适合业界所谓的“救火”任务：工业客户会因为一批试制车上意外出现了声学问题而使用 FaSiP。当坐在车辆中时，开发工程师可在实车座舱内通过平板调节特定激励分量与频段，快速锁定问题根源。基于采集数据将主观感知转化为客观参数后，即可系统化推进解决方案。无论问题源头位于何处，工业客户的测试工况均可精准“复现”。
“我们能在 FaSiP 上重现在全球任何地区出现的振动现象，进行根因分析与优化改进。” Gebhardt 说。
自 2024 年中投入运营以来，该测试台不仅服务于保时捷自身研发，也通过保时捷工程公司向其他工业客户开放，例如其他汽车制造商，也可以通过保时捷工程公司预订使用。有两个因素使该测试台在全球范围内独一无二：一是可以模拟高达 250 km/h 的速度和道路激励，这对于跑车开发至关重要。二是皮带单元的垂直运动幅度可达正负 40 mm。激励可以在 0 到 50 赫兹的宽频率频谱内施加。
“如此大的动态范围对捕捉车身运动轨迹至关重要。” 专家 Ihrle 解释道。使用平板电脑实时方便地操作系统也是独一无二的。新的测试台是车辆开发中的重要一环，车辆开发正变得越来越虚拟化，尤其是在早期阶段。当存在明确的虚拟早期阶段时，在真实条件下详细检查声学和振动行为，并在后期道路测试结果出来之前进行任何必要的修正是恰当的做法，现在新的道路模拟测试台使之成为可能。借助这种早期的“混合测试”，未来将能够更高效地开发驾驶舒适性特性，最终节省时间和成本。
最重要的是，测试台在车辆部件因其材料特性而表现复杂、因此难以基于虚拟方法进行模拟的领域展现出其优势。这包括弹性体，例如，这是一种在变形后能恢复原状的塑料。“对于这些材料而言，加倍的力并不意味着加倍的变形。” Ihrle 解释道。要探索它们在整车中的行为，测试是关键。
虚实融合
鉴于这种复杂性，开发工程师有两种选择：要么投入大量精力完善模拟模型——要么使用物理硬件进行测试。在实践中，混合解决方案正日益涌现。“对所有复杂或高度非线性的部分进行物理测试，其余部分进行模拟测试。” Ihrle 说。
这样做时，来自真实世界和数字世界的发现相互补充。保时捷使用来自 FaSiP 的数据，例如来自车桥测试的数据，使计算机模拟更加精确。此外，FaSiP 未来可能会辅以一种全新的方法：AI 支持的驾驶舒适性优化。
保时捷工程公司目前正在开发神经网络，这些网络通过强化训练学会客观评估驾驶舒适性。与 FaSiP 一起，它们实现了更自动化的开发，这反过来又与更低的成本和投入相关：在基于全虚拟应用进行基本调校后，车辆将在测试台上重复行驶相同路线且无需测试工程师在车中，由专门安装的加速度传感器记录发生的振动。利用这些数据， AI 可以根据特征评估舒适性。然后更改单个系统的底盘参数并重复测试。在最后一步，驾驶动力学专家介入，开始进行体现品牌特色的精细打磨。
信息
本文初刊于《保时捷工程杂志》2025 年第一期
撰稿：Constantin Gillies
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