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北极猫(Arctic Cat)公司是休闲运动车行业早期的先驱者之一，并已稳固地建立了在这一行业的领先地位。北极猫公司计划在未来三年内，将国际业务提高一倍。目前，全地形车（ATV）的销售额首次占公司总销售额的一半以上。与其他竞争对手公司的滞销或者低迷状态不同，北极猫公司自从开始销售ATV这种受大众欢迎的车型以来，ATV的市场份额保持了持续增长。至于雪地车，2007年快速增加75%以上的新车型，是北极猫公司历史上推出新车型最多的一年——可能也是这个行业在一年内推出新车型最多的公司。新的雪地车设计包括具有卓越操稳性的雪地车底盘(twin-spar chassis)。 （图片） 新车型的独特设计主要基于最新的技术，吸引了新的购买者，并且使其成为北极猫独特标志的新产品拥护者。“雪地车客户通常是热情的品牌拥护者，驱动他们购买雪地车的动力是技术的创新性和先进性，”北极猫公司首席执行管兼CEO，Chris Twomey说。“整体来说，92%的雪地车客户是重复购买者——新的、创新性产品是驱动他们购买的原因。为了使新设计保持快速稳定的发展，我们采用了最新的车辆开发技术。”
领先的NVH技术
据Twomey介绍，北极猫公司之所以能够如此快速的开发各种新的创新性车辆模型，主要是因为公司对NVH试验中心的投入。北极猫公司的NVH试验中心可以与汽车界的专业试验中心媲美，而且是休闲运动行业首家成立NVH试验中心的公司。3500平方英尺的试验室装备有最先进的NVH试验设备，包括用于仿真雪地驾驶和高性能驾驶条件的底盘测功仪，半消音室，以及进行车辆噪声仿真和评价的LMS声音品质室。
NVH工程部经理Bala Holalkere指出，在可控的试验室环境进行例如车辆声级的试验和测量任务，能够克服室外测量的局限性。因为室外测量会受到的很多外界因素，例如背景噪声、温度和风向，会影响数据读取，而且要到达符合试验条件的地点常常需要很多额外时间。Holalkere认为：“LMS技术已成为北极猫公司NVH工程的关键部分。”车声振测试的硬件采用的是两套高速多通道SCADAS III数采前端，以及配套的LMS Test.Lab软件，每个前端配有20个输入通道和2个转速通道， 用于采集 2个 传声器，14个加速传感器和发动机转速传感器的信号。（图片）
To determine chassis compliance, modal tests are done to determine resonate frequencies by exciting the structure to vibrate with an instrumented hammer. （图片） 他解释说LMS Test.Lab在高效地运行重复性试验任务方面表现地特别突出。只需要对试验设置和需要进行的信号处理任务定义一次，它们就被保存在一个专门的模板里。然后，这些程序可以自动地重复性运行，并且保证获得高度一致性的结果。因此，试验任务能够高速运行，并且具有非常高的可重复性，帮助工程师全面了解各种车辆模型以及不同的部件配置下的声音特征。这些是非常有价值的信息，能够比较不同分析结果，并且和设计师合作优化车辆性能。LMS Test.Lab显著提高试验效率的另一个方面是在线数据处理功能。“在测量任务进行的同时，数据可以自动地进行处理，所以工程师能够及时看到分析结果，而无需等待数小时后才进行后处理。”他说。“这样可以更加细致地了解车辆的振动噪声性能，并且可以在试验现场对数据进行验证。”
与物理样机试验相结合，北极猫公司的工程师使用仿真软件预测车辆及其子系统的性能：LMS SYSNOISE用于判定辐射噪声级，LMS Virtual.Lab Motion多体动力学用于研究运动部件的传递路径和载荷，以及车辆的机械性能。“仿真技术可以在开发周期的早期阶段研究和优化车辆设计”Holalkere说。他指出雪地车的设计和ATV必须满足多种需求。机器的声音必须具有独特的声音和品质，使其符合政府规定的噪声限制的同时满足驾驶者的期望。发动机的结构振动必须最小化才能保证驾驶时的舒适性。底盘和悬架也必须具备所需的刚度和阻尼值，这样才可以消除驾驶时的颠簸，并且保持良好的车辆操控性。（图片） （图片）
In predicting radiated noise with LMS SYSNOISE, engineers start by building acoustic models based on CAD geometry. The primary focus of their simulation is typically the air intake system, including the plenum, air box and inlet assembly shown here as the colored parts fastened to the top of the four-cycle snowmobile engine. “我们面临的挑战是平衡这些属性，包括声音品质、感觉、操稳性，将这些属性组合在一起创造整体性的驾驶体验，”他解释说。“采用虚拟样机的可预测功能完成这项任务，我们能够尽早地鉴定出问题，在开发的早期阶段尽快地评估可选方案并且优化设计。LMS公司的技术可以通过这种方式，帮助我们的工程师设计出比以往更多的产品，而且速度更快。”
塑造声音品质，降低噪声
对于休闲运动设备制造商来说，最主要的问题之一是如何确保产品符合严格的通过噪声法规。在SAEJ192标准中，明确规定了发动机在WOT（wide-open-throttle）状态下， 50英尺范围内的最大声级不能超过78dB。
“LMS Test.Lab试验设备改善了我们噪声法规试验的试验周期。”北极猫公司的工程师Abhay Rawal说。“高效的试验设置、任务的自动化过程以及在线监控功能，意味着我们能够在数小时内完成通过试验，否则可能需要数天才能完成。”
另一个关键因素是声音品质，这决定了北极猫公司的品牌价值。工程师们的目的在于获得特定的音质，并且不会受到机械的叮当声或者其他杂音的影响。目标是使声音响度具有一种总体上的线性，即其幅值可以随着发动机的转速增加而稳定地增大。这种声音性能对于双冲程和四冲程发动机来说通常非常难以实现，因为声音响度在不同速度下通常都是不稳定的。
北极猫公司塑造车辆声音品质的流程中通常需要将目标信号与物理样机试验数据进行比较。（图片）
LMS Virtual.Lab Motion represented the masses, inertia and interrelated physics of this CVT clutch, providing engineers with detailed load data on individual components for redesigning the assembly. LMS Test.Lab中的谱分析使NVH工程师能够研究整体的声音品质，并且可以鉴定各种子系统，包括发动机、进气、排气以及齿轮、履带和底盘共振等，对总音效的影响。使用LMS SYSNOISE，工程师们可以快速了解各种修改方案的效果，以消除噪声，并使需要的声音强度降低。北极猫公司NVH分析和设计工程师Mark Claywell解释说LMS声学预测软件能够提供详细的信息来寻找设计修改的方法，以改善声音品质。工程师更多地关注于进气系统，外界空气流过空气流量计，经由进气道进入进气歧管，再由进气门送入发动机汽缸内。这一过程通常总长度达几英尺，相对壁薄的进气系统能够由点火振动引起混响。大量的内部零部件以及复杂曲折的外形——这样的轮廓适于提高气体密度——使得预测进气系统产生的噪声，变得非常困难。
“在过去，我们需要手动计算来试图得到进气系统的最佳外形，以及共鸣器在气箱内部的尺寸和位置。然后，构建物理试验样机，通过不断的试验和修改直到获得比较满意的声音品质，”Claywell说。“LMS SYSNOISE使我们能够对进气系统设计的评估时间从几周缩短至数小时。此外，最终的声音与我们的设定目标非常接近，因为与实际的试验相比，我们能够更仔细的检查更多的修改方案。”（图片） （图片） （图片）
In redesigning a snowmobile suspension from a torsion spring to a coil spring configuration, Arctic Cat engineers studied stiffness and load-carrying capabilities using Virtual.Lab Motion to quickly perform multiple iterations of a suspension analysis that included different pivot locations, linkage lengths, motion ratios, and spring rates. 车辆操稳性与驾乘感融为一体
北极猫工程师使用LMS Test.Lab，并结合LMS Virtual.Lab Motion多体动力学软件，能够研究发动机的机构辐射噪声，行驶时的颠簸，以及车辆转弯时的操控性。通过各种驾驶员的调查统计研究，北极猫公司决定采用LMS的产品来验证不同的目标特征。各种目标需求从整系统级到子系统和部件级，级联在一起。北极猫公司快速推出多种车型的主要策略是尽可能地采用统一部件，例如，公司2007年80%的车辆使用同样的底盘。“我们付出很多努力确保获得最佳的底盘性能，适应各种类型的车辆，”试验工程师Abhay Rawal说，他认为这就是通常所说的“黑色艺术”，因为涉及相当多的工程经验，臆测和反复试验的过程。
在北极猫公司的开发流程中，LMS Test.Lab用于鉴定底盘的灵活性——主要采用结构刚度的逆工程测量方法。模态试验通过测量力锤激励结构产生的振动，判定共振频率。然后，由这些动态试验测得的结果与静态试验的结果进行相关性分析，其中在静态试验中，结构在各种扭振载荷，垂直与行向载荷情况下弯曲和扭曲。从这些测量中，Abhay可以真实地判定底盘的灵活性。“我们的目标是为了最佳的操控性而达到刚度的平衡，并且不降低驾驶速度，因为低速会导致驾乘者感觉到颠簸和振动，”Abhay解释说。“LMS Test.Lab是非常有用的工具，能够通过试验快速、高效、精确的判定关键底盘柔性。”
NVH产品开发工程部的Dale Hahn解释说LMS Virtual.Lab Motion多体动力学分析软件越来越多地用于北极猫公司的仿真项目，主要涉及车辆的机械性能。例如，最近的一个雪地车悬架重新设计项目中，从扭转弹簧到螺旋弹簧的配置，LMS的软件用于快速预测新设计中的刚度和载荷承受，帮助工程师更好地了解车辆的操稳性。在另一个例子中，使用LMS的软件创建CVT离合器模型，用于研究装配总成的振动和可靠性。“由于系统是在离心力作用下运行，所以使用LMS Virtual.Lab Motion多体动力学对于精确表述复杂零部件的质量和惯性，以及其他关于机械的相关物理量来说，非常有用。我们可以在数小时内获得详细的载荷数据，而不必花费数周对物理样机进行试验才能获得。”
NVH工程的商业价值
北极猫公司雪地车工程部副总裁，Roger Skime指出，NVH工程是公司产品开发流程和商业战略中的重要组成部分。“使用LMS Test.Lab有效且有目的性的测试功能，使我们的工程师团队能够加强对现有硬件的NVH技术基础，这样有助于指导新模型的创新性设计。LMS Virtual.Lab仿真技术的预测功能帮助工程师在开发的早期修改新设计，在任何样机构建之前，获得良好的机械性能。仿真技术为产品开发节省了大量时间，并降低成本，使我们获得了车辆所需的声音品质、驾乘感以及操稳性，”Skime说。“试验与仿真的结合正是休闲运动行业中NVH的发展趋势，北极猫公司对能够引领这一趋势非常骄傲。我们采用当今最先进的工具，提升了我们有才能的专业工程人员的能力，开发满足市场的最具创新性，受大众欢迎的雪地车和ATV。”
5/19/2010
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