Дорожный шум для разработки электромобилей. Когда я сообщил сыну, что работаю инженером в автомобильной сфере, он не проявил особого интереса. Однако когда я объяснил, что инженеры могут выполнять некоторые магические задачи, он сразу же заинтриговался. Он хотел своими глазами увидеть это волшебство, поэтому приходил ко мне за стол, чтобы узнать, в чем на самом деле заключается моя работа. Хотя трудно судить об уровне согласия пятилетнего ребенка, я считаю, что он был очарован тем, что увидел. Давайте вместе исследуем то, что я ему показывал.
Разработка электромобилей – с чего начать?
Когда дело доходит до разработки NVH транспортных средств, возникает вопрос, с чего начать и как к этому подойти. Кроме того, мы стремимся начать работу над всем автомобилем при первой же возможности.
К счастью, в последние годы наблюдается быстрый рост использования инновационных методологий TPA, особенно в автомобильной промышленности, для виртуального объединения компонентов в сборки и прогнозирования их шумовых и вибрационных характеристик. Эти методологии оказались мощными инструментами для инженеров, позволяющими оценить сценарии модификации компонентов и эффективно оценить общие характеристики NVH (шум, вибрация и резкость) транспортных средств. Позвольте мне показать вам пример того, что мы сделали с дорожным шумом, и вместе увидеть волшебство.
C-TPA и сборка виртуального прототипа для борьбы с дорожным шумом
Анализ пути передачи на основе компонентов (TPA) позволяет прогнозировать анализ NVH в сборке, используя независимые характеристики отдельных компонентов. Эти компоненты виртуально связаны с помощью частотной субструктуризации (FBS). Компоненты источника характеризуются неизменными нагрузками и импедансом на своих выходных соединениях, тогда как компоненты приемника характеризуются импедансом и чувствительностью передачи между входными и выходными соединениями.
Для определения сил блокировки колес шин используется метод TPA in-situ. Во многих случаях анализ главных компонентов (PCA) затем применяется к матрице перекрестной мощности каждого индикатора. Этот метод декомпозиции позволяет идентифицировать различные явления возбуждения и анализировать спектры отклика рабочих индикаторов по основным компонентам.
Во второй установке измеряются импедансы FRF шины и колеса. И снова применяется преобразование виртуальных точек (VPT).
Теперь мы могли бы продолжить измерение FRF нашего тела и точечного импеданса, но в данном случае мы хотим использовать данные моделирования. На изображении ниже показана такая установка сборки виртуального прототипа (VPA) с данными тестирования и CAE.
Как мы можем создать библиотеку компонентов VPA на основе результатов моделирования?
Вы уже наверняка знаете, что Virtual Prototype Assembly (VPA) имеет специальную настройку, включающую стандартизированные шаблоны и таблицы сопоставления, а также набор компонентов, которые позволяют создавать полную модель Simcenter Testlab на основе испытаний или моделирования.
Ниже показан процесс создания компонентов с использованием файлов OP2, взятых из Simcenter 3D. Время публикации файла OP2 в запись базы данных VPA <1 минуты благодаря автоматическому сопоставлению точек и использованию шаблонов.
А вот и маленькое волшебство случая приложения, связывающего данные тестирования/CAE.
В этой части основное внимание уделяется оценке и улучшению шумовых характеристик автомобиля. Анализируется общий уровень шума в четырех целевых точках, и выясняется, что самые высокие уровни спектра отклика возникают в диапазоне 300–400 Гц, с двумя пиками в диапазоне 300–340 Гц.
Давление в ушах водителя разлагается на частичные вклады в расчете на каждое колесо, при этом переднее левое колесо определяется как доминирующий компонент. Дальнейшее разложение на частичные вклады на каждый путь для переднего левого колеса показывает, что прямая степень свободы RX является доминирующим путем. Анализ контактных сил сборки и FRF передачи на этом пути показывает, что высокие уровни силы перекрываются с относительно высокой чувствительностью передачи в проблемном диапазоне 300–400 Гц.
Если копнуть глубже, то можно оценить уровень шума от отдельных точек крепления тела. Становится очевидным, что основной причиной пиков интереса являются силы, возбуждающие переднюю часть автомобиля. Существенное влияние на дорожный шум оказывают как точки крепления подрамника, так и непосредственные крепления стоек подвески к кузову.
Если мы сделаем шаг назад и посмотрим, чего мы достигли, это будет весьма примечательно. Используемый нами рабочий процесс, который включает в себя объединение данных измерений с результатами моделирования в виртуальной сборке, кажется почти волшебством. Это позволяет с точностью определить критическую зону сборки, а трудозатраты на создание этой сборки составляют несколько минут. Но мы не остановимся на достигнутом. Как только мы определим критическую зону, мы сделаем еще один шаг вперед и определим лучший подход к решению проблемы.
Анализ чувствительности
Благодаря такому рабочему процессу у нас есть возможность быстро протестировать различные альтернативы в течение нескольких минут. Внося довольно большие изменения в компоненты (жесткость, демпфирование и т. д.), мы можем сразу оценить, повлияет ли компонент на результаты. Эффективный общий рабочий процесс позволяет просматривать большое количество вариантов за короткое время.
Принимая во внимание приведенные выше результаты, касающиеся крепления кузова, мы направляем наше исследование непосредственно на подрамник и крепление передней стойки. Наша цель — оценить, как эти компоненты влияют на уровень дорожного шума.
Для оценки подрамника мы тестируем три разные модификации: увеличивающую жесткость, увеличивающую демпфирование и уменьшающую жесткость.
Исследуется влияние этих модификаций на функции частотной характеристики (FRF) компонента. FRF очень ограничивает изменения местоположения и амплитуды пиков, равно как и влияние на уровни звукового давления в ушах водителя, при этом для двух ключевых пиков, представляющих интерес, наблюдается снижение примерно на 1,5–2 дБ(А).
Далее обращаем внимание на крепление передней стойки. Уменьшив его вращательную жесткость, мы исследуем влияние уровня звукового давления на ухо водителя. Мы видим, что эта модификация не только значительно уменьшает один из целевых пиков, но и улучшает некоторые более высокочастотные пики.
Процесс VPA оказался легко адаптируемым и эффективным при внедрении и оценке этих модификаций. Результаты анализа чувствительности подчеркивают эффективность этого процесса при поиске и устранении неисправностей и решении проблем NVH в автомобиле.
Вы, вероятно, также были свидетелями некоторых волшебств, о которых я упомянул. Я нахожу впечатляющим то, чего можно достичь в NVH с помощью виртуальных сборок, особенно когда результаты направляют нас непосредственно к критическому месту автомобиля, которое необходимо устранить. Я думаю, что больше всего на моего сына произвело впечатление соединение реальных и виртуальных частей в компьютере. Там изображение очень помогло.
Если вы хотите узнать больше, пожалуйста, воспользуйтесь ссылками ниже и свяжитесь с нами.
Откройте для себя наш Возможности прогнозирования NVHи узнайте больше о теория ТПА и ВПА в этих ссылках.
Хотите узнать больше о испытательном соединении CAE? Ознакомьтесь со статьей в блоге ниже!