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Pruebas e-NVH: Combinando la potencia eléctrica y el análisis NVH
April 10, 2026
Es una práctica habitual considerar los dominios de prueba, como la potencia eléctrica y NVH (ruido, vibración y aspereza), como entidades separadas. Sin embargo, la combinación de estos dominios es crucial para la simulación y las pruebas de prototipos. De hecho, las pruebas “multifísicas” cierran la brecha entre la teoría y el rendimiento en el mundo real. Este enfoque integrado permite a los ingenieros predecir, validar, probar y optimizar los accionamientos eléctricos, como los motores de tracción y los ejes eléctricos, con una precisión y eficiencia sin precedentes.
¿Qué es e-NVH?
e-NVH (ruido, vibración y aspereza eléctrica) es el estudio y la medición de fenómenos de ruido y vibración asociados con sistemas de propulsión eléctricos, como motores, inversores y cajas de engranajes. Combina técnicas tradicionales de NVH con análisis de potencia eléctrica para identificar y optimizar fuentes de sonido y vibración no deseados en vehículos y máquinas eléctricas.
Este enfoque multidisciplinario es esencial para mejorar el rendimiento, el confort y la calidad percibida en los sistemas modernos de movilidad eléctrica. Este artículo describe cómo se realiza el e-NVH y sus ventajas.
Conectando el diseño con la realidad
Una de las mayores fortalezas de combinar simulación con pruebas físicas es su capacidad para conectar el diseño con la realidad.
Durante las primeras etapas del desarrollo de productos, las herramientas de simulación pueden predecir el comportamiento e-NVH y las pérdidas de potencia modelando fenómenos como fuerzas electromagnéticas en motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) o el ruido de conmutación de inversores.
Sin embargo, las pruebas físicas siguen siendo indispensables para validar estas predicciones y descubrir efectos que no se capturan completamente en la simulación, como variaciones introducidas por tolerancias de fabricación o inconsistencias de materiales. Por ejemplo, una simulación de un motor eléctrico puede predecir bajos niveles de vibración. Sin embargo, las pruebas en condiciones reales pueden revelar resonancias inesperadas causadas por ligeras variaciones en la rigidez de la carcasa, problemas que permanecerían ocultos sin datos empíricos.
Este enfoque integrado también genera ahorros directos de tiempo y costes. La simulación permite a los ingenieros de NVH iterar rápidamente sobre decisiones de diseño, como optimizar la inclinación del estator o refinar estrategias de modulación por ancho de pulso, mucho antes de construir prototipos físicos. Una vez creados los componentes, probarlos con plataformas de adquisición de datos como SIRIUS, utilizando el software DewesoftX, proporciona los datos empíricos necesarios para ajustar los diseños y garantizar el cumplimiento de objetivos de rendimiento y normativos.
Muchos ingenieros, por ejemplo, utilizan herramientas de simulación como COMSOL, Altair Flux y ANSYS Maxwell para crear modelos predictivos, y luego los validan y optimizan sus prototipos realizando mediciones en condiciones reales utilizando instrumentos de análisis de potencia y e-NVH basados en SIRIUS.
Desafíos comunes en e-NVH y mitigaciones
A pesar de las numerosas ventajas de integrar el análisis de potencia eléctrica y NVH en un flujo de trabajo unificado de e-NVH, existen varios desafíos que se presentan con frecuencia durante las pruebas y la simulación y que deben abordarse para garantizar resultados fiables.
Ruido electromagnético de alta frecuencia
Los motores de tracción modernos y los inversores suelen operar a altas frecuencias de conmutación, generando interferencia electromagnética (EMI) que puede contaminar tanto las mediciones eléctricas como acústicas. Esto es especialmente problemático al medir señales NVH sutiles como zumbidos tonales o vibraciones de la carcasa.
Mitigación: Un acondicionamiento de señal de alta calidad, incluyendo entradas aisladas, medición diferencial y un adecuado apantallamiento de cables, es esencial. Los módulos Dewesoft SIRIUS, por ejemplo, cuentan con aislamiento galvánico, filtrado automático antialiasing y entradas de alto rango dinámico que reducen la susceptibilidad al ruido de modo común, EMI y aliasing de señal.
Sincronización entre dominios
El análisis e-NVH requiere una correlación precisa entre señales en el dominio del tiempo provenientes de múltiples dominios, incluyendo eléctrico, mecánico y acústico. Incluso desviaciones de milisegundos entre estos canales pueden ocultar las causas raíz de vibración o ruido.
Mitigación: La sincronización a nivel de hardware mediante bases de tiempo comunes, como GPS, IRIG y PTP V2, y el muestreo determinista en todos los módulos DAQ garantizan la alineación de señales entre dominios. Cualquiera de estos métodos puede utilizarse para sincronizar módulos SIRIUS XHS.
Suposiciones de modelado frente a la variabilidad del mundo real
Los modelos de simulación suelen asumir condiciones de contorno ideales y propiedades uniformes de los materiales. En la práctica, pequeñas variaciones de fabricación, como el desequilibrio del rotor o la desalineación del estator, pueden tener un impacto significativo en la vibración y el ruido.
Mitigación: Las pruebas en condiciones reales deben utilizarse para validar y refinar los modelos. Correlacionar salidas simuladas, como ondas de fuerza radial, con datos medidos de vibración y nivel de presión sonora mejora la fidelidad del modelo y reduce el número de iteraciones de diseño.
Captura de eventos transitorios
Muchos fenómenos de ruido y vibración, como el juego de engranajes o la ondulación de par, son transitorios y ocurren bajo condiciones operativas específicas, como aceleración o frenado regenerativo. Estos pueden pasarse por alto en mediciones en estado estacionario.
Mitigación: La adquisición de alta velocidad con disparo por evento y buffers suficientes antes y después del disparo ayuda a capturar eventos de corta duración. Las pruebas en condiciones reales utilizando plataformas DAQ móviles de alta velocidad, como SIRIUS XHS, son ideales para este propósito.
Volumen y complejidad de datos
Las pruebas e-NVH generan grandes volúmenes de datos de alta resolución y multidominio. Esto crea desafíos en almacenamiento, procesamiento e interpretación.
Mitigación: El uso de plataformas de software integradas, como DewesoftX, simplifica la gestión de datos al almacenar toda la información sincronizada en un único formato de archivo. Las rutinas de análisis automatizadas y los paneles en tiempo real facilitan la interpretación y generación de informes.
Al abordar proactivamente estos desafíos mediante hardware DAQ robusto, adquisición sincronizada, simulación validada y flujos de trabajo inteligentes de software, los ingenieros pueden maximizar la precisión y eficiencia de sus programas de prueba e-NVH, logrando un tiempo de comercialización más rápido y un rendimiento de producto más refinado.
Casos de uso de e-NVH
A diferencia de los motores de combustión interna, que producen una amplia gama de fuentes mecánicas y acústicas de ruido, los sistemas de propulsión eléctricos introducen nuevas y a menudo más sutiles fuentes de vibración y sonido, lo que hace que el análisis e-NVH sea esencial. Las aplicaciones de pruebas e-NVH van mucho más allá del análisis del zumbido del motor. Se utilizan habitualmente en:
Pruebas de tren motriz de vehículos eléctricos: Identificación de ruido tonal inducido por inversores y armónicos en motores eléctricos.
Desarrollo de ejes eléctricos: Correlación de mapas de eficiencia con ruido acústico, vibración y vibración estructural.
Sistemas de refrigeración de baterías: Medición de vibraciones inducidas por bombas y el ruido tonal asociado.
Aplicaciones aeroespaciales y drones (eVTOL): Relación entre frecuencias de conmutación del inversor y emisiones acústicas de hélices.
Estos ejemplos demuestran cómo la integración de dominios eléctricos, acústicos y vibracionales permite a los ingenieros diagnosticar problemas que serían difíciles de identificar utilizando flujos de medición separados.
Casos de estudio relevantes:
Diagnóstico de problemas complejos y multidisciplinarios
Más allá de la validación, esta combinación de métodos desempeña un papel fundamental en el diagnóstico de problemas complejos y multidisciplinarios. El análisis de frecuencia eléctrica puede revelar anomalías como armónicos de corriente o cargas desequilibradas. Al mismo tiempo, las pruebas e-NVH simultáneas vinculan estos fenómenos eléctricos con ruido audible o vibración mecánica, como en la identificación de un zumbido de orden 48 en un vehículo eléctrico causado por armónicos de ranuras del estator.
En algunos casos, lo que parece ser una falla mecánica, como una vibración excesiva de la hélice en un dron, puede, mediante análisis FFT, rastrearse hasta una ondulación de par inducida por el inversor, lo que resalta el valor de un enfoque de diagnóstico integrado.
El seguimiento de órdenes es especialmente esencial en este contexto. Al mapear el ruido y la vibración a los órdenes del motor, frecuencias de engrane y también a los armónicos de conmutación del inversor, los ingenieros pueden identificar rápidamente las causas raíz e implementar cambios de diseño que aborden la verdadera fuente de los fenómenos no deseados.
El módulo de análisis de órdenes de DewesoftX permite el procesamiento demodulado con seguimiento de órdenes según la frecuencia de conmutación del inversor, lo que permite la investigación directa de efectos armónicos inducidos por el inversor, incluso en línea mientras la máquina está en funcionamiento. Puedes realizar este tipo de análisis en línea, por ejemplo, ajustando las velocidades, la temperatura y las cargas de par, así como utilizando una frecuencia de conmutación variable.
SuperCounters para el seguimiento de órdenes
Los datos del ángulo de rotación son necesarios para los cálculos con seguimiento de órdenes, y pueden obtenerse midiendo una señal de pulso de tacómetro analógica, pero este método tiene una precisión angular limitada. Una mejor solución es la tecnología SuperCounter® de Dewesoft. Los SuperCounters proporcionan información de referencia angular de ultra alta precisión, lo que permite una correlación exacta entre los órdenes de rotación y las mediciones de vibración/ruido, incluso a velocidades de rotación muy bajas.
Aprende más:
Optimización multifísica: la simulación se encuentra con la realidad
La combinación de simulación y pruebas también permite la optimización multifísica. Las plataformas de modelado avanzadas permiten el acoplamiento de dominios electromagnéticos, estructurales y acústicos para optimizar el diseño de componentes de manera integral.
Las pruebas físicas proporcionan los datos del mundo real necesarios para calibrar estos modelos, mejorando su precisión predictiva al incorporar coeficientes de amortiguamiento obtenidos empíricamente, ruido electromagnético, vibración y otros efectos de interferencia electromagnética (EMI), así como otros parámetros relevantes.
Tesla, por ejemplo, es conocida por simular ondas de fuerza radial para minimizar la vibración de la carcasa del motor, y luego verificar los resultados con mediciones físicas. Este proceso combina conocimientos virtuales y del mundo real para lograr un rendimiento óptimo.
Finalmente, este flujo de trabajo integrado sustenta las estrategias modernas de mantenimiento predictivo y análisis impulsados por IA. La monitorización continua de señales eléctricas y vibraciones, recopiladas por sensores de corriente, acelerómetros y otros instrumentos, puede alimentar datos en tiempo real a modelos de gemelos digitales. Estos modelos utilizan el análisis de tendencias de NVH y firmas de potencia para estimar la vida útil restante y predecir fallos inminentes.
Por ejemplo, algunos proveedores aplican el análisis de firma de corriente del motor (MCSA) junto con la monitorización de vibraciones para anticipar la degradación de rodamientos en turbinas eólicas, lo que permite un mantenimiento proactivo que reduce el tiempo de inactividad y los costes del ciclo de vida.
Cumplimiento de normas
Para garantizar la trazabilidad y la comparabilidad, las pruebas e-NVH a menudo se alinean con normas internacionales, como:
| Norma | Dominio | Módulo Dewesoft |
|---|---|---|
| ISO 9614-1 / 9614-2 | Intensidad sonora | Módulo de intensidad sonora |
| ISO 7779:2010 | Relación de prominencia | Módulo de calidad sonora |
| ISO 3744 / 3745 / 6395 / 6396 | Potencia sonora | Módulo de potencia sonora |
| ISO 532-1 / 532-2 | Sonoridad psicoacústica | Psicoacústica en el módulo de calidad sonora |
| IEC 61672 | Medición del nivel sonoro | Sonómetro |
| ISO 2631 / 5349 / 8041 | Vibración del cuerpo humano | Módulo de vibración del cuerpo humano |
| ISO 20816 | Vibración de maquinaria rotativa | Módulo de seguimiento de órdenes y vibración torsional y rotacional |
| IEC 61000-4-7 | Medición de armónicos | Módulo de calidad de energía |
| IEC 61000-4-30 | Calidad de energía | Módulo de calidad de energía |
| ISO 16750 | Pruebas eléctricas/electrónicas de vehículos | Módulo de calidad de energía |
| SAE J1715 | Ruido de propulsión de vehículos eléctricos | Módulo de seguimiento de órdenes y sonómetro, FFT |
| VDA 303 | Pruebas de ruido de frenos | Pruebas de ruido de frenos |
Flujo de trabajo para pruebas e-NVH
Un flujo de trabajo típico de pruebas e-NVH combina simulación, pruebas de prototipos y fusión de datos multifísica:
Simulación y pre-diseño: Utilizando plataformas como ANSYS Maxwell o COMSOL para modelar fuerzas magnéticas, ruido de conmutación de inversores y respuestas de vibración estructural.
Prototipado y pruebas integradas: Capturando datos sincronizados acústicos, de vibración y eléctricos utilizando SIRIUS y otros equipos DAQ de Dewesoft junto con el software DewesoftX.
Fusión y análisis de datos: Aplicando seguimiento de órdenes, mapeo de intensidad sonora, análisis de calidad de energía y mapeo de eficiencia dentro de DewesoftX para generar información útil.
Correlación y optimización: Comparando predicciones de simulación con mediciones del mundo real para refinar modelos y realizar cambios de diseño fundamentados. Por ejemplo, las herramientas de simulación pueden predecir el ruido radiado de motores eléctricos, pero solo las mediciones reales, como niveles de vibración y presión sonora, pueden validar estas predicciones con confianza.
Gemelo digital y mantenimiento predictivo: Alimentando conjuntos de datos multifísicos combinados en marcos de gemelo digital para la monitorización del ciclo de vida y el mantenimiento predictivo.
Este proceso unificado garantiza que los comportamientos del mundo real se capturen tempranamente y se incorporen en el ciclo de diseño, permitiendo diseños correctos desde la primera vez y reduciendo iteraciones costosas.
Un ecosistema DAQ unificado
Los instrumentos DAQ de Dewesoft, como la línea SIRIUS y SIRIUS XHS, están disponibles en diversos formatos, desde módulos altamente portátiles de 8 canales hasta instrumentos más grandes integrados con ordenador y pantalla. Por ello, son igualmente adecuados para bancos de pruebas dinamométricos y para pruebas en conducción real en un vehículo.
Todos los instrumentos DAQ de Dewesoft pueden interconectarse y sincronizarse, formando un ecosistema cohesivo. Esto reduce significativamente los costes de hardware y garantiza que todos los instrumentos sean interoperables, permitiendo intercambiarlos según sea necesario.
Este ecosistema DAQ unificado también reduce los costes de formación y evita errores operativos. Elimina la necesidad de múltiples sistemas independientes, elimina la fusión de datos que consume tiempo y simplifica la formación al estandarizar en una única plataforma de software.
Una solución de software DAQ integrada
Los sistemas e-NVH de Dewesoft se basan en una única aplicación de software: DewesoftX. Los costes de inversión se reducen al limitar la necesidad de licencias de software separadas y tarifas continuas de mantenimiento. El paquete base de software se incluye sin coste con el hardware DAQ de Dewesoft, y las actualizaciones y mejoras son gratuitas durante toda la vida útil del sistema. Algunos módulos avanzados específicos, como el analizador de calidad de energía, son opciones de pago; sin embargo, también cuentan con actualizaciones gratuitas durante toda la vida del sistema.
Al emplear un único sistema DAQ versátil en lugar de múltiples sistemas especializados, la arquitectura general de pruebas se vuelve menos compleja, y todos los datos adquiridos se almacenan en un formato de archivo unificado, eliminando la tarea que consume tiempo de combinar datos de distintas fuentes.
Esta consolidación también puede conducir a ciclos de desarrollo más cortos, ya que integrar un solo sistema DAQ es mucho más sencillo que gestionar varios. También reduce los requisitos de formación al permitir que el personal aprenda una única plataforma de software, DewesoftX. La misma plataforma puede servir para múltiples aplicaciones.
Con menos instrumentos que calibrar y sin costes de mantenimiento de software, los gastos de mantenimiento se mantienen al mínimo. Además, simplificar la cadena de herramientas reduce el número de posibles problemas de soporte, manteniendo al mismo tiempo alta calidad de datos y plena funcionalidad. En algunos casos, este enfoque incluso reduce el número de especialistas necesarios para las pruebas, ya que expertos en áreas como e-NVH o accionamientos eléctricos pueden formarse de manera transversal para trabajar eficazmente en distintas disciplinas.
Para los usuarios finales, el software DAQ DewesoftX ofrece una experiencia intuitiva y optimizada dentro de un único entorno que abarca una amplia gama de escenarios de prueba. La plataforma admite múltiples usuarios, facilitando la colaboración entre equipos y reduciendo la cantidad de software que se necesita aprender, lo que disminuye significativamente la complejidad. Al mantener todos los datos en un único archivo sincronizado en el tiempo, se elimina la necesidad de exportar, convertir o combinar datos, lo que permite un intercambio mucho más rápido y eficiente entre expertos de distintos dominios.
Conclusión
Al combinar el análisis de trenes de potencia eléctricos con la evaluación e-NVH en un entorno unificado de simulación NVH multifísica, los ingenieros pueden reducir significativamente el número de prototipos físicos necesarios durante el desarrollo. Cuando este enfoque se combina con pruebas multifísicas extensivas, idealmente realizadas dentro de un único ecosistema integrado, se garantiza que los comportamientos críticos del mundo real se capturen sin añadir complejidad innecesaria al flujo de trabajo.
La estrecha correlación entre simulación y medición permite un proceso de diseño correcto desde la primera vez, acelerando el tiempo de desarrollo mientras se cumplen todos los requisitos clave de rendimiento. Las pruebas multifísicas, aplicadas tanto en simulación como en pruebas reales, son hoy una base fundamental para lograr un rendimiento óptimo, eficiencia y satisfacción del usuario en los sistemas modernos de accionamiento eléctrico.
Preguntas frecuentes
¿Qué es exactamente el ensayo “e-NVH”?
Una medición combinada de fenómenos eléctricos (potencia) y NVH (ruido, vibración, aspereza) en accionamientos eléctricos, sincronizada en el tiempo para análisis multidominio.¿En qué se diferencia e-NVH del NVH tradicional?
El NVH tradicional se centra solo en salidas mecánicas/acústicas, mientras que e-NVH las vincula con señales eléctricas como corrientes de conmutación del inversor.¿Por qué son esenciales los SuperCounters para el seguimiento de órdenes?
Proporcionan información angular de ultra alta precisión, permitiendo correlación exacta entre órdenes de rotación y mediciones de vibración/ruido, incluso a bajas velocidades.¿Qué plataformas de simulación soportan flujos de trabajo e-NVH?
Herramientas como COMSOL Multiphysics, ANSYS Maxwell con System Coupling y Altair Flux.¿Cómo se calibra un modelo de simulación con datos reales?
Importando parámetros medidos como amortiguamiento, rigidez, formas modales y firmas EMI en el modelo multifísico.¿Qué hardware DAQ se necesita para e-NVH?
Analizadores de potencia multicanal, acelerómetros, micrófonos, tacómetro de alta velocidad o SuperCounter y un sistema DAQ sincronizado como SIRIUS.¿Cómo se sincronizan múltiples sensores?
Mediante EtherCAT u otro bus determinista con reloj común y verificación con señales de prueba.¿Qué es el seguimiento de órdenes y por qué es importante?
Relaciona vibraciones o ruido con armónicos de velocidad rotacional para identificar fuentes específicas.¿Se puede adaptar e-NVH a un banco existente?
Sí, añadiendo canales DAQ sincronizados, sensores adecuados e integración con el analizador de potencia existente.¿Qué normas internacionales aplican?
ISO 9614, ISO 3744, ISO 2631 e IEC 61000-4-7.¿Cómo contribuye e-NVH al gemelo digital y mantenimiento predictivo?
Actualiza modelos con datos reales y permite predecir vida útil mediante análisis de tendencias.¿Qué retorno de inversión ofrece e-NVH?
Menos iteraciones de prototipos reducen costes y tiempo, y mejoran la satisfacción del cliente.