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LMS仿真与试验解决方案
LMS仿真与试验解决方案 (编号 1107) http://www.siemens.com.cn/plm/lms
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LMS解决方案在高品质豪华SUV开发中的NVH工程应用
作者:LMS
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CAE/模拟仿真展厅
通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ...
Siemens PLM Software帮助中国汽车制造商在整个研发周期中利用精确的仿真和试验技术开发出世界级NVH性能的产品

设计高舒适性和品牌价值的豪华汽车

豪华汽车制造商能给用户带来舒适愉悦的驾驶体验,彻底解决恼人的噪声和振动问题,从而在市场竞争中脱颖而出。通常,动力总成系统的噪声情况也是反映品牌形象的关键因素。通过创造独特的价值,制造出最好的产品,高档汽车制造商才能立足全球市场。

然而对噪声、振动和舒适性(NVH)的控制和声学的设计变得越来越复杂。法律法规也不断的对噪声和振动提出愈发严格的限值要求。此外,行业要求的燃油经济性迫使汽车制造商缩小发动机尺寸以及使用轻质材料,这些都会对NVH性能造成影响。汽车上电气系统应用的增长也给驾驶舱室增加了许多潜在的噪声源。总之,开发过程中汽车的平顺性必须要在几个要素之间取得平衡,即:汽车操纵性、设计者综合了各方面因素的驾驶经验、以及市场的需求。

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NVH是至关紧要的开发环节

长城汽车股份有限公司深知制造顶级的汽车需要的是什么。为成为世界公认的豪华SUV品牌,长城汽车股份有限公司在庞大的技术研发中心投巨资,聘请了超过10000位专业人员对汽车品质的持续提高进行研究。长城汽车将NVH和声学品质作为一个不可或缺的性能要求贯穿于整个汽车的开发周期。

“在生产阶段才发现NVH问题是代价非常高的事,”长城汽车技术中心车身NVH工程部部长刘二宝解释道,“NVH问题是各种声源相互作用产生的复杂结果和综合性问题,在产品出来之后才发现问题,导致NVH问题在后续排查及整改周期长、增加额外的成本、增加人力物力的投入,有时甚至制约产品的竞争力,严重时会影响车型的上市时间。”

“鉴于此,我们绝对需要强大的工具,既可以在设计早期阶段提出NVH性能方案,又可以在后期进行NVH综合问题的排查。”所有需要的工具都可以从Siemens PLM Software的LMS解决方案中获得。通过将试验与仿真独一无二的结合,这款综合性的平台集成了非常广泛的NVH及声学相关应用。

早期设计阶段的声学仿真

无论是车身还是发动机、或是进排气等子系统,长城汽车的工程师们在得到新的可行性方案的几何模型后,就开始使用LMS Virtual.Lab进行三维模拟仿真。解决方案包括基于有限元法和边界元法的完整振动声学求解器,以及独特的高效声学网格划分、贡献度分析、气动声学声源建模等。既可以运用于内场辐射噪声又可以运用于外场辐射噪声问题。结合独特的前后处理模块以及强大的试验数据集成能力, LMS Virtual.Lab是一款旨在解决处理汽车工程挑战而精心设计开发的软件。

“ 在没有物理样机的产品研发前期阶段,LMS Virtual.Lab Acoustics在评估主体结构对内场噪声的影响方面为我们提供了许多帮助。”刘二宝说道,“受益于软件强大的求解器以及专业的建模工具,分析结果十分详尽。比如,我们可以使用集成了专门做空腔网格划分的方法和工具来创建出高质量、精确的汽车内场声学网格。”

长城汽车的工程师们充分发掘软件的特性,洞察潜在问题的根源,帮助形成解决方案。“计算结果的后处理,利用独特的呈现方法,可以精确的给我们展示噪声产生的原因。”刘二宝说道,“我们可以知道噪声是通过哪一条途径从噪声源传播到接收位置的、哪一块板件振动严重以及哪一阶结构或者声学模态比较重要。所有的路径、板件以及模态贡献量都可以根据相关性进行排序。它们的大小和相对相位可以引导我们直接找到问题的根源。除此以外,我们可以利用结构和声学灵敏度分析工具研究最有效的改进部位,这有利于帮助我们做有针对性的决策,避免在车体减重的同时出现问题。”

探索高端解决方案

除了前期开发的车身优化,长城汽车的专家们也为高端声学应用部署了先进的方法。对于一些特殊的问题,例如发动机辐射噪声、进排气系统噪声,要实现精确模拟只有标准的声学解决方案是不充足的。LMS Virtual.Lab独到的技术例如解决噪声辐射问题的自动匹配层技术 (AML),允许用户通过极少的建模工作便可以从有限空间扩展到无限域。自适应网格技术(FEMAO)根据所需的求解频率自动调节模型的尺寸从而加速计算。通过结合这些正确描述问题特性的方法,例如,特殊材料或者考虑温度影响的声场问题,长城汽车可以以一种有效地方法精确地计算排气系统的传递损失。此外,基于声学传递向量(ATV)的解决方案,极大地提高了求解发动机加速过程中辐射噪声问题的效率。

“在过去的几年里我们取得了巨大的进步,”刘二宝说道,“针对SUV汽车车型的NVH发展,不仅是体系建设还是能力提升。我们部门撰写的SUV NVH体系建设的总结,获得了保定市科技进步奖。”

长城汽车的研发也包括在未来更加重要的技术中投入资源。由于新一代的混合动力和纯电动汽车进一步降低了噪声,向安静驾驶迈进了一大步,其他次级噪声源例如风噪和路噪就显得突出。LMS Virtual.Lab Acoustics包含了可以将流体动力学的计算结果等效为噪声源的功能,从而有效的进行气动声学的分析。这项功能可以用于很多领域,例如后视镜的设计。通过在早期设计阶段给出一定的选择,工程师们可以大幅减少昂贵的风洞试验时间。对于特定的路噪问题,软件具有处理部分相关载荷信号的特点,与动力系统相关的信号不同,这些信号通常具有明确固定相位关系。“目前面临的挑战主要集中在整车集成的问题上,”刘二宝证实,“我们正在学习如何获取真实的道载荷数据,以及真实路谱载荷对应下的整车响应。”

长城汽车的研发也包括在未来更加重要的技术中投入资源。由于新一代的混合动力和纯电动汽车进一步降低了噪声,向安静驾驶迈进了一大步,其他次级噪声源例如风噪和路噪就显得突出。LMS Virtual.Lab Acoustics包含了可以将流体动力学的计算结果等效为噪声源的功能,从而有效的进行气动声学的分析。这项功能可以用于很多领域,例如后视镜的设计。通过在早期设计阶段给出一定的选择,工程师们可以大幅减少昂贵的风洞试验时间。对于特定的路噪问题,软件具有处理部分相关载荷信号的特点,与动力系统相关的信号不同,这些信号通常具有明确固定相位关系。“目前面临的挑战主要集中在整车集成的问题上,”刘二宝证实,“我们正在学习如何获取真实的道载荷数据,以及真实路谱载荷对应下的整车响应。”

进一步完善与验证

随着开发的逐步进行,可以使用一些实测数据或者是样件的试验数据,这些数据可以被导入到仿真模型中。长城汽车工程师们操作LMS SCADAS硬件和LMS Test.Lab软件有丰富的经验。LMS试验解决方案是具备快速且全面的综合分析以及完备报告工具的多通道数据采集系统,可用于NVH及声学工程应用。测试结果数据可以无缝集成导入到LMS Virtual.Lab的仿真软件中。有几个层次的应用:可以简单地应用于提高材料属性及边界条件的精度,或者利用试验模态数据或频响函数替换仿真模型的整个部件,从而将一个完整的汽车模型转换为试验仿真混合模型。LMS Virtual.Lab Noise and Vibration模块,具有专门为混合模型而设计的求解器,运行迅速而且特别适合虚拟场景分析和整车NVH性能改善。

“这种混合建模方法给我们很多的灵活性,它允许我们使用所有可用数据。”刘二宝说,“在设计早期阶段,将新的结构和以往基于试验验证的类似模型部件相结合,这十分有用,最重要的是,这种方法可以大幅提高样机改进的效率。求解器计算十分迅速,而且提供的结果能更深入解释NVH机理。除了整车上声源到目标点的贡献以外,我们还可以得到振动能量在独立部件之间的传递,以及传递方式。这在我们考虑采取何种解决措施时是一项非常大的优势,比如如何修改连接刚度。”开发后期阶段,LMS试验解决方案作为验证方法相对仿真工具来说更加重要。

尽管如此,在出现问题时仿真计算模型仍扮演重要的角色。在模型上进行方案修改要比在实际样机上快速且成本低廉的多。当然,这种级别的结构设计需要高度精确的计算。通过使用LMS Virtual.Lab解决方案,长城汽车的工程师们可以对比仿真模型和试验结果,并将其优化至更加接近现实。通过这种方式,试验和仿真互相配合,直到形成最优的解决方案。最终的结果是经过NVH性能优化验证后的汽车原型以及与真实结构精确匹配的仿真模型。“这些解决方案的结合允许我们做最准确而详细的分析,”刘二宝说,“这帮助我们在NVH性能上取得最好的结果。”

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成功部署解决方案

LMS解决方案在整车开发周期中最重要的性能指标优化流程中作用显著,在用户间的协同部署以及和已有工作无缝集成等环节贡献突出。Siemens PLM Software技术支持团队和长城汽车的工程师之间的完美合作,让一切研发工作变得简单而顺畅。“Siemens PLM Software专家提供一流的技术支持与培训,”刘二宝说,“他们组织学习活动,提供详尽的资料,而且还组织超过千名专业人员相互交流的公共论坛。我们之间有多年的良好合作关系,在中国汽车行业,Siemens PLM Software的NVH专家以及他们的LMS产品具有良好的声誉。”据刘二宝说,这种专业水准是长城汽车选择LMS解决方案以及不断扩大使用LMS技术的一个重要原因。他特别提到了该工具功能强大、平台开放以及简单易操作等特点。“ LMS Virtual.Lab已经成为我们开发过程中的重要工具,”刘二宝说,“因其友好的图形用户界面,专业综合的可视化效果,以及和我们已有的CAD工具及试验工具的无缝集成,十分受工程师们欢迎。在原型验证阶段应用LMS测试解决方案,可以及时交付高质量的数据结果。”刘二宝提到,通过在标准开发流程中纳入Siemens PLM Software的NVH技术,长城汽车的工程师们学到了很多。“通过选择合理的工具,我们首要是避免正在进行的设计出现问题,”刘二宝说,“不仅如此,我们也希望当前的工作能为下一代设计汲取经验。如果想持续开发出更好的产品,那么,在每个研发项目工作中获得并积累经验,总结潜在问题,这对于下一个设计来说非常重要。”LMS解决方案给长城汽车的工程师们提供了这种准确的洞察力。“我们在过去几年里积累了大量的NVH相关知识和技术经验,这些知识经验正在转化为价值,清晰地体现在我们的产品上。当谈论到NVH性能,长城汽车可以说是中国市场最领先的,这也得益于LMS解决方案”刘二宝总结说道。

"Siemens PLM Software的专家提供一流的技术支持与培训,他们组织学习活动,提供详尽的资料,而且还搭建超过千名专业人员相互交流的公共论坛。我们之间有多年的良好关系,在中国汽车行业,Siemens PLM Software的NVH专家以及他们的LMS产品具有良好的声誉。"

"LMS Virtual.Lab已经成为我们开发过程中的重要工具,因其友好的图形用户界面,专业综合的可视化效果,以及和我们已有的CAD工具及试验工具的无缝集成,十分受工程师们欢迎。"

"这种混合建模方法给我们很多的灵活性,它允许我们使用所有可用数据。在设计早期阶段,将新的结构和以往基于试验验证的类似模型部件相结合,这十分有用,最重要的是,这种方法可以大幅的提高样机改进的效率。" --刘 二宝,NVH工程研究院 车身NVH工程部,长城汽车技术中心

业务挑战

豪华SUV的NVH性能优化
在产品设计早期阶段部署高效的问题解决流程
构建高端声学应用知识
树立NVH性能世界级品牌

成功关键

运用振动声学仿真有针对性的进行车身改进设计
结合试验和仿真,利用混合建模进行产品改进
在高端应用中部署先进的声学解决方案
采用精确可靠的试验测试进行原型样机验证

结果

豪华汽车NVH性能最优化
为未来项目的持续改进积累技术资料
成为中国汽车行业NVH工程的标杆(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/8/2015)
LMS仿真与试验解决方案联系方式:
网址: http://www.siemens.com.cn/plm/lms 电话:86--4000920665
地址: 中国·北京·北京市朝阳区望京中环南路7号西门子大厦9层 邮编100101 传真:86--85292998
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