Simulation

Dylemat żonglera: jak zrównoważyć NVH z wydajnością i wydajnością

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Erica Sorbera

Czy wiesz, co mają wspólnego inżynierowie i żonglerzy? Na pozór wydają się to zupełnie różne dyscypliny. Jednak kopnij trochę głębiej, a zobaczysz, że tak jak żongler musi utrzymywać w powietrzu wiele obiektów na raz, tak inżynierowie muszą utrzymywać w równowadze wiele wzajemnie powiązanych, ale sprzecznych celów, poruszając się w złożonej przestrzeni projektowej.

W świecie projektowania pojazdów ten delikatny balans ma na celu znalezienie optymalnych zmiennych projektowych, które jednocześnie spełniają cele projektowe, takie jak osiągi, efektywność i NVH (hałas, wibracje i szorstkość). W praktyce jest to jednak trudne zadanie, gdyż nie ma „darmowych obiadów”, z których można skorzystać. Każda modyfikacja poprawiająca jeden cel projektowy ma tendencję do pogorszenia co najmniej jednego innego.

Każda zmiana projektu może zmienić równowagę pomiędzy tymi celami projektowymi

Klasycznym przykładem takiej zmiennej konstrukcyjnej jest redukcja masy. Inżynierowie mogą strategicznie zmniejszyć masę niektórych komponentów (przy zachowaniu sztywności konstrukcyjnej), aby uzyskać ogólnie lżejszy pojazd. Zwykle skutkuje to lepszymi osiągami i efektywnością, ponieważ pojazd będzie miał mniejszą masę niezbędną do przyspieszenia i niższy opór toczenia. Jednak drugą stroną jest to, że lżejsze komponenty pochłaniają mniej energii hałasu i wibracji, co ogólnie prowadzi do gorszej wydajności NVH.

Ten dylemat leży u podstaw dzisiejszego rozwoju pojazdów zelektryfikowanych. Z jednej strony klienci chcą pojazdu wydajnego, bo to od niego zależy maksymalny dostępny zasięg przy danej pojemności akumulatora. Z drugiej strony klienci bardziej niż kiedykolwiek krytycznie odnoszą się do wydajności NVH, ponieważ nawet niewielkie piski i wycie są słyszalne w przypadku braku hałaśliwego układu napędowego napędzanego silnikiem spalinowym.

Redukcja masy zwykle poprawia wydajność i wydajność, jednocześnie pogarszając NVH

Jak więc inżynierowie mogą znaleźć optymalną równowagę, która spełni wszystkie wymagania klienta? Zbadajmy to pytanie, korzystając z unikalnego przepływu pracy w Simcenter Testlab, który łączy dwie najnowocześniejsze technologie: wirtualny montaż prototypu i symulator NVH.

Przewodnik inżyniera NVH dotyczący łączenia celów projektowych

Pierwszym krokiem jest wdrożenie procesu przewidywania wydajności NVH na poziomie pojazdu przy użyciu danych na poziomie komponentów. Dzięki takiemu procesowi możemy z łatwością monitorować wrażliwość oczekiwanej wydajności NVH na wszelkie modyfikacje zmiennych projektowych.

Proces ten nazywa się Wirtualny montaż prototypu (VPA) w Simcenter Testlab. Zasadniczo każdy komponent pojazdu można przedstawić za pomocą niezależnych modeli w dziedzinie częstotliwości zawierających różne dane (np. współczynniki FRF połączeń, widma obciążenia niezmiennego, sztywność dynamiczna itp.) w zależności od typu komponentu. Te modele składowe są następnie łączone matematycznie za pomocą Substrukturyzacja oparta na częstotliwości (FBS), co pozwala przewidzieć wydajność NVH wirtualnego zestawu. Co najważniejsze, każdy komponent można przedstawić za pomocą danych CAE lub testów, w zależności od jego dojrzałości rozwojowej.

VPA to proces przewidywania wydajności NVH pojazdu na podstawie niezależnych modeli komponentów opartych na CAE i testach

Drugi etap polega na skorelowaniu wyników z subiektywną percepcją człowieka poprzez syntezę przewidywanej wydajności pojazdu NVH w dziedzinie częstotliwości w dziedzinie czasu. Umożliwia to bezpośrednią ocenę wpływu znaczących zmian w projekcie (poprzez usłyszenie lub wyczucie różnicy) lub określenie ilościowe przy użyciu metod przetwarzania w dziedzinie czasu, takich jak metryki jakości dźwięku.

Laboratorium testowe Simcenter Symulator NVH to skoroszyt służący do syntezy udziału w dziedzinie częstotliwości w działaniu NVH pojazdu w dziedzinie czasu. Zasadniczo każdy wkład (układ napędowy, wiatr, hałas drogowy itp.) jest reprezentowany przez model NVH w dziedzinie częstotliwości, który obejmuje wszystkie istotne warunki pracy. Te modele NVH uzyskuje się metodą oddolną (np. przewidywaną przy użyciu VPA) lub odgórną (np. całkowity rozkład pojazdu) techniki. Następnie tworzone jest realistyczne środowisko NVH całego pojazdu poprzez połączenie wielu modeli NVH w topologię pojazdu. Wreszcie każdy model NVH jest syntetyzowany w czasie rzeczywistym poprzez monitorowanie warunków pracy pojazdu, albo bezpośrednio z predefiniowanego profilu jazdy, albo poprzez symulację przy użyciu modelu wydajności w czasie rzeczywistym podłączonego do rzeczywistych danych wejściowych kierowcy.

NVH Simulator syntetyzuje wydajność NVH w dziedzinie czasu na podstawie modeli NVH w dziedzinie częstotliwości w czasie rzeczywistym

Witaj, stary przyjacielu

Powróćmy do naszego przykładu redukcji wagi, aby zobaczyć, jak można zastosować ten przepływ pracy w praktyce. Wyobraź sobie, że opracowujemy nowy wariant pojazdu na istniejącej platformie, a konkretnym celem jest optymalizacja hałasu drogowego przenoszonego przez konstrukcje. Aby zbadać wrażliwość tego wariantu na redukcję masy, stworzyliśmy model VPA, w którym modele wnęki nadwozia, ramy pomocniczej i zawieszenia są oparte na CAE, podczas gdy model mocowania amortyzatora wykorzystuje sztywność dynamiczną dostarczoną przez dostawcę, a opony scharakteryzowano na podstawie opony fizycznej stanowisko badawcze przy użyciu profilu o szorstkiej powierzchni.

Model VPA do przewidywania hałasu drogowego przenoszonego przez konstrukcje przy użyciu odbiorników opartych na CAE oraz modeli mocowania amortyzatora i elementów opon opartych na testach

Surowym wynikiem tego modelu VPA będzie przewidywany hałas drogowy przenoszony przez konstrukcję dla wszystkich prędkości scharakteryzowanych na stanowisku do testowania opon. Po odwzorowaniu tych przewidywań na model NVH możemy użyć symulatora NVH do syntezy hałasu drogowego przenoszonego przez konstrukcje przy użyciu dowolnego losowego profilu prędkości. Poniższe wyniki wygenerowano przy użyciu syntetycznego wybiegu od 70 do 0 km/h.