FaSiP：提升驾乘舒适性的精密测试平台

低沉的轰鸣声几乎难以通过听觉捕捉，感觉更像是对耳膜的一种轻微压迫。为了追溯其源头，测试工程师拿起了他的平板电脑。他通过一个滑动控件，最小化车辆的垂向激励。轰鸣感变得更为突出。为进一步缩小源头范围，工程师再次轻点平板：他关闭了前桥的激励，使得仅后桥在车辆纵向上受到激励。

这一切之所以成为可能，是因为此次测试并非在真实道路上进行，而是在位于保时捷魏斯阿赫研发中心的全新道路模拟测试台 (FaSiP) 上完成的。这里可以高度真实地复现道路特性，以优化驾乘舒适性。为此，甚至可以单独控制各车桥——例如用以定位轰鸣声的来源。停用前桥激励后，问题迅速明朗化：干扰依然存在，原因是后桥激励导致尾门随之共振。“针对这种情况，可以在尾门加装一个经过专门调校的减振器，以抑制这类振动，”保时捷股份公司整车特性验证与模拟部门 NVH 负责人塞巴斯蒂安·伊尔勒 (Sebastian Ihrle) 博士解释道。

车辆的声学与振动特性对驾乘舒适性至关重要。无论车速多快、路面状况如何，都不应出现令人不适的噪音与振动（即噪音、振动、声振粗糙度，英语为：Noise, Vibration, Harshness，缩写：NVH）。这对于像保时捷这样产品线宽广的制造商而言尤其是一项挑战，因为每款车型都应具备独特且能为驾驶者带来积极感知的振动特性——业内专家称之为动态指纹。“对于运动型车辆，客户期望获得来自路面和车辆状态的相关且清晰的反馈；而对于侧重舒适性的车辆，他们则期望更好的隔振效果，”保时捷股份公司驾乘舒适性专业顾问雷纳·格布哈特 (Rainer Gebhardt) 解释道。例如，在舒适型豪华轿车中，轻微的颤动会显得尤为恼人，因为它无法被路面激励所掩盖。

为优化车辆的 NVH 特性，除虚拟测试外，还需要进行大量实车路试。然而在过去，这类测试只有在一辆获得驾驶许可的完整样车就绪后才能开始。而到了开发进程中如此靠后的时间点，任何根本性的概念变更通常意味着极其高昂的成本。道路模拟测试台消除了这两点限制。借助道路模拟测试台，研发人员可在开发流程的早期阶段就对原型车的振动特性进行研究，即便是大幅度的调整也能轻松实现。甚至可以对单个部件或模块进行测试（硬件在环测试，英语：Hardware-in-the-Loop-Tests，缩写：HiL）。例如，工程师们可以将单个车桥夹持在一个特制框架中，模拟其“测试行驶”状态。“这使我们能在开发流程中更早地进入‘路试’状态，”NVH 专家伊尔勒总结道。

为能精确复现实路驾驶，测试台采用了精密的技术：在 FaSiP 上，车辆（直线行驶时）被柔性固定，所有车轮置于四个独立的带式单元上。每个轮胎都在一个厚 0.4 毫米的循环钢带上滚动，该钢带由一台高动态性能电机驱动。通过改变钢带速度，向轮胎施加纵向力，从而使车辆在纵向（前进和后退）上产生振动。此外，带式单元下方的伺服液压缸提供垂向（上下）方向的脉冲。协同作用之下，可以精确复现真实驾驶中产生的力，无论是源于糟糕的路面、路面材质变化还是井盖。

关键在于测试中车轮始终保持转动——这与那些车轮静止、由液压缸激励的测试台不同。因为静止的车辆与滚动的车辆之间存在着诸多物理特性差异。“车轮静止时，轮胎刚度会改变，共振频率也会发生偏移，”专家格布哈特解释道。FaSiP 在这两个维度上都能真实地模拟驾驶。

此外，工程师们可以更轻松地专注于特定细节。实路驾驶提供的始终是整体的声学图像，而在 FaSiP 上，可以像在录音室一样，精确且可重复地激励特定的振动频段。测试台的功能就好比一个放大镜。“例如，我们可以有针对性地研究车轮和轮胎的不平衡特性，”伊尔勒解释说。当一个因素保持恒定时，通过实验能更快找到最佳技术方案。

倘若没有像 FaSiP 这样的精密工具，未来驾乘舒适性的开发与验证工作将变得明显更加耗时费力。因为车内技术的相互作用日益复杂，例如智能机电一体化系统（根据驾驶情况可变地对减震器通电，以实现性能与舒适性的最佳平衡）。若想通过道路测试来检验这些系统所有可能的组合及其影响，其成本将极其高昂。“面对系统复杂性提升带来的验证需求增长与开发周期缩短这一双重挑战，正是需要借助像 FaSiP 这样的工具来有效应对，”伊尔勒说道。

测量结果与测试台数据的对比显示了 FaSiP 复现车轮支架处加速度的精确度（上图）。无论是在纵向 (x) 还是垂向 (z)，实路测量曲线与测试台测量曲线几乎完全吻合。在测量车内噪音水平时，FaSiP上的模拟行驶也证明非常接近实际情况（中图）。通过有针对性地启停纵向及垂向激励，开发人员追踪到低沉轰鸣声的根源——纵向激励。这出乎工程师们的意料。垂向激励对此现象没有影响。

该测试台也完美适用于业内所谓的“救火” (Firefighting)任务：某行业客户租用 FaSiP，是因为一款已达量产成熟度的车型意外出现了声学问题。开发工程师坐在车内，可以通过操作平板电脑，精准地调整或滤除特定的激励分量与频率区间，从而精确锁定令人不适的声学问题根源。随后，基于记录的数据，将人类的主观感知转化为客观的量化指标，从而系统且高效地解决问题。干扰效应最初出现的地点并不重要，因为在本例中，该行业客户的测试路段可以轻松地在台架上“重建”。“全球任何车辆上出现的任何振动现象，我们都能在 FaSiP 上复现、分析原因并进行优化，”格布哈特总结道。

这座全新道路模拟测试台自 2024 年中期投入运营，服务于保时捷股份公司的开发工作。此外，其他行业客户（如其他汽车制造商）也可通过保时捷工程租用该设备。该测试台有两个特性，使其在全球范围内独树一帜：其一，可模拟高达 250 公里/小时的速度和道路激励，这对于跑车开发至关重要。其二，带式单元可实现高达±40 毫米的垂向位移。激励可在 0 至 50 赫兹的宽频率范围内施加。“如此大的行程对于观察车身的运动至关重要，”专家伊尔勒解释道。不仅如此，团队还可通过平板电脑实现舒适便捷的实时操控。

这座新测试台是车辆开发中的一个重要衔接环节，尤其是在日益虚拟化的早期开发阶段。在虚拟化程度很高的早期阶段，在后期实路测试结果出炉之前，在真实条件下详细验证并在必要时修正声学与振动行为非常有帮助。这一点，如今可以在新的道路模拟测试台上实现。借助这种早期的所谓“混合测试”，未来可以更高效地开发驾乘舒适性特性，最终节省时间和成本。该测试台的优势，尤其体现在那些因其材料特性而导致行为复杂、难以基于虚拟方法模拟的车辆部件上。例如弹性体（即变形后能恢复初始状态的塑料）就属于此类。“对于这些材料，作用力加倍并不意味着形变会加倍，”伊尔勒解释道。要探究它们在整车中的行为，最有效的方法就是——测试。

面对这种复杂性，开发工程师有两种选择：要么投入大量精力细化仿真模型——要么使用物理硬件进行测试。在实践中，一种中间路线正日益明晰。“将复杂或高度非线性的部分交由物理测试验证，其余部分则进行仿真，”伊尔勒总结道。来自真实世界和数字世界的认知由此相互补充。保时捷利用来自 FaSiP 的数据资料（例如车桥测试数据），使计算机仿真更加精确。

此外，未来 FaSiP 可能会辅以一种全新的方法：基于人工智能的驾乘舒适性优化。因为保时捷工程目前正在开发的神经网络，已通过强化训练学会了客观评估驾乘舒适性。与 FaSiP 结合，它们能实现自动化程度更高且成本更低的开发：在基于纯虚拟应用完成基础调校后，车辆未来将在测试台上（无需测试工程师随车）反复行驶同一路段，期间由专门安装的加速度传感器采集所产生的振动数据。利用这些数据，人工智能可根据预设的特征指标评估舒适性。随后，调整单个系统的底盘参数——并重复测试。最后一步，车辆动力学专家将介入，进行品牌独有的精细调校。

四个独立的带式单元构成了道路模拟测试台的核心。每个单元包含一个厚 0.4 毫米的钢带（银色），它通过一根传动轴（黄色）由一台电机（浅蓝色）驱动，测试车辆的轮胎在其上滚动。改变钢带速度会产生纵向振动，伺服液压缸（黑色）则提供垂向脉冲。

本文首次发表于《保时捷工程杂志》2025年第1期。

文字：Constantin Gillies

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