LMS帮助Honda降低摩托车曲轴噪声 - 文章

LMS帮助Honda降低摩托车曲轴噪声

作者：LMS国际公司

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由德国PolyIC、巴斯夫（BASF）、赢创工业（Evonik Industries）、ELANTAS Beck和西门子（Siemens）共同投资，并且得到德国教育和研究部（BMBF）赞助支持的科技项目－MaDriX正式启动，联盟企业将共同投入资金和技术资源，开发下一代可印刷的无线射频识别标签（RFID tags）。

目前市场主流的无限射频标签中还有硅片，并且受到制造工业和设备的影响，成本昂贵，所以很多企业都在开发新一代的无线射频标签技术。尤其是随着印刷工业的飞速发展和科技进步，一方面导电印刷的出现可以为无线射频识别标签有效的降低成本，另一方面，随着更多导电材料和半导聚合塑料等原材料的问世为无限射频识别标签提供了更多可供选择的廉价原材料。MaDriX联盟相信通过这两面的结合，将为下一代的RFID标签寻找到发展的方向，并有效降低其成本，能够为更多的消费品包装工业接受和应用。

PolyIC是这一为期三年项目的负责人。MaDriX项目获得联盟企业投资为150万欧元，同时还获得来自BMBF80万欧元的专项研发经费。同时该项目也是BMBF第5个框架项目中创新关键科技项目的一部分，分类在传导材料科技领域中，该项目还得到了德国航空中心的赞助。通过MaDriX项目形成的企业联盟，将得到德国政府在可印刷电子技术方面的技术支持。

采用无线射频识别技术的标签，将能够被射频装置所感应和识别，尤其适合在超级市场等场合进行应用。并且无线射频识别标签也可以杜绝假冒商品的危害。根据SpecialChem在欧洲和美国市场的调查显示，新一代的可印刷无线射频识别标签有望在未来十年时间内问世，这将给目前的消费品包装领域带来一次重大的技术革新。MaDriX项目中的每一个成员都是行业中出色的企业，并且在该项目中负责研发工作和项目管理。其中PolyIC将通盘负责项目发展进度，巴斯夫、赢创和Elantas Beck将为该项目提供不同的原材料，进行半导材料和绝缘材料的开发。西门子公司则重点开发可视喷墨打印系统，并控制标签印刷质量。同时还会有诸多的大学和研究机构投入MaDriX项目项目中来。

Honda公司是世界上最大的摩托车制造商，以绝对性优势占有全球30%的摩托车市场份额。

全球两轮摩托车市场发展

小型摩托车目前在全世界范围内快速发展。在欧洲，两轮摩托车由于非常适于在拥挤的城市街道间自由穿行，因此受到大众欢迎。在亚洲和拉丁美洲的许多国家，小型摩托车相当于家庭式汽车，几乎是每个成年人的必用交通工具。摩托车工业协会(Motocycle Industry Council)统计：自2000年起，美国的摩托车销售额增长了近三倍，2006年上半年的购买力提高了近20%——几乎是整个摩托车市场平均增长额的两倍。

这对于全球最大的小型摩托车制造商丰田汽车公司来说是个好消息：Honda汽车公司以绝对优势占有全球摩托车市场30%的份额。Soichiro Honda于1948年创建了Honda公司，起初他将小型的发动机装配在自行车内，以满足日本国内对小体积、低油耗和低价格交通工具的需求。经过数十年的发展，小型摩托车和两轮摩托车以及成为Honda公司的核心业务。现在，Honda公司名列世界内燃机生产商的第一名，而且在2006年取得了全球汽车市场排名第四的好成绩。

Honda公司针对小型摩托车进行了各种类型的新设计，持续领先于全球市场。小型摩托车的新型设计适合于不同国家和地区使用的需求，例如欧洲的Forza系列体型较大，比较适合欧洲的驾驶要求和环境；泰国的Click系列则是专为亚洲市场研发的，首次配有自动变速器。驱动这些创新性设计的关键动力是Honda公司对高品质和客户满意度坚持不懈的追求，以及Honda的品牌意识和领先世界的卓越性能。

低噪声小型摩托车

来自Honda公司的高端小型摩托车以其突出的设计和低噪声特点而著称——它的品牌价值在于建立了稳固的客户忠诚度和重复性销售。Honda对品质的承诺充分体现在Giorno Crea 系列模型的开发中。在开发Giorno Crea车型时，Honda公司对物理样机的液冷式四驱OHC单杠发动机存在的轻微噪声，进行了消除。在热发动机的WOT过程中听见的噪声，音量不是特别大，也并不表示存在机械问题。然而，Honda公司的工程师们认为这是不能接受的噪声，因为这种噪声是发动机内部零件松动的表征，并且与Honda公司力创的低噪音型摩托车不相匹配。为了解决这个问题，Honda公司与LMS公司的工程咨询部密切合作，快速地识别出噪声源，并且提出了适当的解决方案。

“LMS工程咨询部帮助我们尽早地在摩托车设计中考虑低噪声，而无需在开发后期才进行问题诊断。”

“Honda工程师详细地阐述了他们的问题和目标，然后我们在城镇周围驾驶Scooter进行测试，‘聆听’了机车发出的噪声。这是这个项目最主要的阶段之一：细致地了解对于客户来说至关重要的主要技术和商业问题，”LMS公司项目负责人Win Hendricx解释说。“我们的关注点不仅仅是降低噪声，还要帮助Honda公司培养自己的能力来提高小型摩托车的声音品质。” LMS公司工程咨询部在解决这样的振动噪声问题方面积累了数十年的经验。在研究噪声问题方面，他们细致探究了声音产生过程的三个因素：声源（通常有振动现象存在），传递路径（振动通过结构传递的路径），和声音辐射（部分结构的振动产生噪声）。Hendricx表示在这一方面研究中采用了很多LMS专有的技术。“多通道数据采集系统与集成性分析仿真软件，是我们的主要工具，一方面帮助客户快速地识别这些因素中存在的问题，另一方面用来判定如何打破他们之间的关联，来减少噪声辐射。”

为了准确研究小型摩托车的噪声，声级测量规定在全速运转的WOT试验中：频率带宽在900至2,000Hz之间的声音为噪声。通过各个幅值和频率的频谱分析以及声音品质的研究，发现噪声与气门装置（valve train），发动机制动或者任何独立的结构共振（single resonance）都没有关系。真正的噪声源是与曲轴的动态性能相关的，发动机点火时，曲轴的动态响应产生的力作用于球轴承及其外圈，这导致发动机外壳振动，因此产生噪声辐射。

声音产生的三个因素

LMS工程师的下一步就是创建曲轴的装配模型，把它作为噪声源，创建传递噪声的机械装置——轴承，以及导致噪声辐射的发动机外壳。工程师使用LMS仿真软件的各种结构建模功能，创建了发动机外壳的有限元模型，其中包括小型摩托车框架和发动机装配。以曲轴装配系统为例，通过压嵌方式连接的零部件之间的连接关系，例如曲柄销，和通过螺栓连接的零件之间的内部关联，例如自动传送曲轴皮带盘，可以利用刚度线性和旋转弹簧进行虚拟表述。

为了证实构建的曲轴和发动机外壳有限元模型的有效性，工程师对已有的物理零部件进行了实验模态分析（EMA）试验，并且使用LMS模态相关性分析(MAC)技术将测量结果与有限元仿真结果进行了比较。根据这些试验数据，有限元模型进行轻微的调整，以反映出物理零件的真实响应。球轴承的径向和轴向的动态刚度表述可以通过物理试验更简单地实现。在特殊的试验台上，电动振子产生5KHz的脉冲，可以测得内部和外部经向环套之间的位移。计算结果显示，当轴承在非常高的温度下运转时，产生明显的噪声。因为，铝制的外壳的热膨胀比钢制轴承经向环套的热膨胀程度大。基于这些数据，轴承模型的创建采用六个线性弹簧，并且考虑轴承的径向和轴向的间隙。

创建混合模型

曲轴和发动机外壳的有限元模型，结合轴承的动态刚度模型，都集成在整个发动机和传动系统的多体动态混合模型中。使用LMS专业的数据管理流程可以创建上述的混合仿真模型，也就是将虚拟的和基于试验的表述结合在一个统一的虚拟模型中。这种突破性技术使得试验采集的数据，或者有限分析数据，以及其他仿真结果，都毫无差别地作用于混合模型中。

燃烧产生的力可以由发动机试验测量获得，将这些数据应用于虚拟模型中，可以预测辐射噪声。为了验证仿真的精确度，可以将预测的噪声与试验测量的声级进行比较。结果，仿真分析数据和测量数据之间的相关性非常接近，因此充分验证了仿真模型。

“在开发项目的早期阶段创建虚拟模型需要大量的时间和精力，”LMS公司虚拟仿真项目工程师Bart Vandenplas说。“然而，通过这种方式开展的开发流程可以节省大量时间，因为工程师能够轻松地修改虚拟模型的不同零部件，并且评估修改对系统的影响，例如，辐射噪声。使用LMS的虚拟模型，我们能够为客户提供所需的工具，来识别问题，评价修改方案，并且在证实物理硬件之前优化设计。我们采用团队方法，使我们能够与客户密切合作，这样他们也能够使用这些工具以及自己独特的专业技术和产品技能，来解决他们开发程序中的重要问题。”

最佳的解决方案的细节分析

Vandenplas解释说了解虚拟发动机的不同参数特性，为各种设计修改方案提供非常有价值的见解，能够进一步解决噪声问题。噪声源、传递路径和辐射零部件的修改包括：增加机轴（crankshaft）质量，采取不同的机轴设计，改变轴承的间隙，并使用不同的轴承，还利用肋材增加发动机外壳的刚度。多次仿真结果显示降低噪声最显著的是将滚球轴承替换为平面轴承，也称为经向轴承。这种轴承设计相对简单，成本低，质量轻，易于修理，并且能够承受较高的载荷。在真实的物理样机中采用了平面轴承的确减少了噪声，因此也验证了虚拟仿真技术的准确度。

可持续的研发解决方案

“在这个项目中，在保持已有的发动机设计基础上，将曲轴中的球轴承替换为经向轴承，并且不是通过增加吸声材料减低噪声，这样不仅减轻了摩托车的重量还降低了制造成本。混合仿真方法获得了证实，是改善摩托车设计的关键因素，同时避免了大量的试验－修改的重复性工作，”参加这个项目的Honda公司工程师认为。

“我们除了在这个特定项目中获益以外，LMS公司工程咨询部还帮助我们在今后的产品开发项目中，仍使用这个流程，这样我们就能够在开发的初始阶段考虑摩托车的低噪声，而不是到开发后期才努力进行噪声的问题诊断。这样使得我们可以比以前更快地推出新车型，保持高品质设计标准，并降低成本。从这一角度考虑，LMS公司不仅仅提供的是工具和服务。他们和我们共同合作，了解我们的最终目标，是Honda公司的密切合作伙伴，能真正帮助我们开发世界上最好的摩托车。”

关于LMS国际公司

比利时LMS国际公司，总部设在比利时鲁文，专门为机械产品开发的功能品质工程提供解决方案。公司开发的软件，生产的硬件及其它相关产品可以帮助工程人员根据运动学与动力学、平顺性、操纵的稳定性、结构的整合、振动、声学、NVH和疲劳历程等特征对设计进行改进，这样用户就可以了解并解决出现的问题。与此同时LMS先进的属性优化技术也就转化成为LMS在市场上的战略性竞争优势。LMS提供的解决方案是以数字开发为基础，以过程开发为中心，最终提高生产厂家的劳动生产率。LMS公司的工程服务部门可以为整车的开发提供很多技术性支持，从项目承包到问题诊断，技术转让，合作开发等等。LMS公司的产品符合ISO9001质量体系标准，全球共有20个分支机构，员工700多人。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/20/2008)


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