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Simcenter Testlab VPA—虛擬裝配

2021-09-14 23:40:20·  來源：Simcenter TEST  作者：王振  
　
前言隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車型更新?lián)Q代的速度越來越快，同一車型的配置越來越豐富，同時個性化的需求也越來越強烈。這些都給我們的車型開發(fā)帶來了一定的挑戰(zhàn)，特
前言
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車型更新?lián)Q代的速度越來越快，同一車型的配置越來越豐富，同時個性化的需求也越來越強烈。這些都給我們的車型開發(fā)帶來了一定的挑戰(zhàn)，特別是NVH性能工程師越來越繁忙和焦慮，因為傳統(tǒng)的研發(fā)模式意味著他們需要對每一種車型以及不同的配置進行NVH性能開發(fā)，大量的仿真分析和試驗驗證工作使我們的工程師們焦頭爛額。

在此背景下，2019年，西門子在Simcenter Testlab平臺下隆重推出了C-TPA（Component based TPA，部件傳遞路徑分析）分析功能。通過C-TPA技術，可以得到獨立于被動端結(jié)構(gòu)的激勵源載荷特性，并可以預測將該激勵源裝配到不同被動端結(jié)構(gòu)上的NVH表現(xiàn)。這樣一來不僅減少了仿真和測試的工作量，而且減少了主機廠和供應商之間的溝通障礙和責任推諉。

但C-TPA軟件本身只是就某種組裝形式，進行整機的NVH性能分析及預測。如果想要基于所有零部件的特性數(shù)據(jù)，全面地對各種類型的組裝形式，完成各種工況下的整機性能的預測及分析對比，就需要在平臺化、模塊化的大環(huán)境下，進一步充分發(fā)揮和利用這項技術，這就是我們今天所介紹的—SimcenterTestlab VPA（Virtual Prototype Assembly，虛擬原型裝配）技術所要實現(xiàn)的功能。

SimcenterTestlab VPA是一種基于虛擬裝配技術的全新模塊，它能夠在早期設計階段對車輛NVH性能進行評估，最大限度地利用所有子系統(tǒng)和部件的數(shù)據(jù)，無論是試驗數(shù)據(jù)還是仿真數(shù)據(jù)。在一個全新的獨特環(huán)境下，首先對車輛和子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行定義，其次實現(xiàn)系統(tǒng)級的虛擬裝配，對各種組裝形式下的整車NVH性能進行預測及對比分析。此項技術將使得目標設定過程更加有效，并加強了整個研發(fā)流程中不同團隊之間的合作。有了這個過程，我們就能夠評估不同的替代方案，充分發(fā)揮這些數(shù)據(jù)價值的同時讓其能夠為大量的工程師所用。

Simcenter Testlab VPA它主要包含兩個部分的功能，第一部分是如何準確地創(chuàng)建NVH部件數(shù)據(jù)，第二部分是如何利用這些部件數(shù)據(jù)用來進行NVH性能評價。

圖1 Simcenter Testlab Component Definition & VirtualPrototype Assembly

（一）NVH部件定義
Simcenter Testlab NVH Component Definition模塊用于創(chuàng)建和定義部件模型，多個部件以圖形化形式被定義和存儲在數(shù)據(jù)庫中，部件和部件變體模型可以很方便的重復使用，這樣就可以很輕松地重新使用任何歷史上存儲的部件進行NVH性能預測。

目前可支持的部件類型包含結(jié)構(gòu)部件、載荷、測試場景。結(jié)構(gòu)部件主要包含載體結(jié)構(gòu)（例如車身等）、連接結(jié)構(gòu)（例如懸置等）、激勵結(jié)構(gòu)（例如動力總成等）。對于載體結(jié)構(gòu)和激勵結(jié)構(gòu)來說有強耦合和弱耦合之分，強耦合結(jié)構(gòu)必須考慮兩者之間的相互作用，所以結(jié)構(gòu)連接點的原點頻響函數(shù)（FRF）數(shù)據(jù)必須包含在數(shù)據(jù)模型中。載荷部件主要包含結(jié)構(gòu)載荷和空氣載荷，也有強耦合和弱耦合之分，對于弱耦合來說載荷部件數(shù)據(jù)可以是直接載荷（界面力）或者懸置剛度載荷（懸置剛度和主被動測加速度），對于強耦合來說載荷部件數(shù)據(jù)可以是約束力或者自由振速。測試場景主要包含裝配體可運行的工況數(shù)據(jù)，可以是時域數(shù)據(jù)或者是數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)，可以針對現(xiàn)有的載荷進行預測也可以自定義工況進行預測。

圖2 Component Definition軟件模塊及部件模型分類

為了讓更多的工程師參與此項開發(fā)工作的同時也從中受益，原始部件模型可以在SimcenterTestlab、Simcenter 3D、Simcenter Amesim甚至第三方工具中編寫。同時我們還可以選擇使用部件模板，其中規(guī)定了接口自由度等信息，這樣就可以減少不同工具在定義部件時產(chǎn)生的差異，同時可以在后續(xù)流程中實現(xiàn)自動化的裝配。NVH工程師創(chuàng)建的這些部件數(shù)據(jù)我們要確保非專家級工程師也能從這些數(shù)據(jù)中受益，那么很重要的一點是讓所有這些部件數(shù)據(jù)在公司內(nèi)部可以很方便被其他工程師所獲取和使用。 目前我們的Component Definition模塊既支持在本地文件夾上工作，也可以在本地服務器上工作，這樣一來大家可以很方便的獲取和利用這些部件數(shù)據(jù)。最后，ComponentDefinition模塊可支持測試行業(yè)的標準數(shù)據(jù)格式ASAM ODS，使我們的工程師在發(fā)布數(shù)據(jù)時不用擔心數(shù)據(jù)來源問題。
圖3 數(shù)據(jù)庫模型

（二）NVH部件虛擬裝配

Simcenter Testlab Virtual Prototype Assembly虛擬原型裝配模塊能夠創(chuàng)建不同配置的虛擬樣車，并以一種簡單和直觀的方式比較性能。裝配體中的部件可以在現(xiàn)有部件數(shù)據(jù)庫中快速查找和替換，新的裝配體可以被保存下來，這樣一來可以很輕松地進行不同裝配形式的NVH性能對比分析。

用戶可以按照“源-傳遞-響應”原理的“弱”耦合模型來進行裝配，此時載荷被施加在被動側(cè)載體結(jié)構(gòu)上，假設結(jié)構(gòu)或空氣載荷不受被動側(cè)載體結(jié)構(gòu)的影響，可以按原樣加載。同時用戶也可以按照“源-傳遞-響應”原理的“強”耦合模型，此時需要考慮到源和載體之間的相互作用，按照頻域的空間子結(jié)構(gòu)方法來預測被動測載體結(jié)構(gòu)連接處的界面載荷，最后這些預測的界面載荷被應用于被動測載體結(jié)構(gòu)的目標響應預測。


圖4 部件添加工具

虛擬裝配體定義好以后接下來求解器將被啟動，它將收集所有的數(shù)據(jù)，使用部件的傳遞函數(shù)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)組件，并在源-載體結(jié)構(gòu)連接位置施加預期的載荷，按照部件創(chuàng)建環(huán)節(jié)定義的測試場景將我們關心的轉(zhuǎn)速或者車速點結(jié)果計算出來，最后預測目標位置（如駕駛員的耳朵）的響應以及各個路徑對目標位置的貢獻水平。這個工程過程允許快速的性能驗證和深入的根源分析，同時這也使得在子系統(tǒng)層面上的目標設定具有現(xiàn)實意義。

圖5 虛擬裝配圖

（三）NVH性能預測

隨著前面兩個過程的操作，虛擬裝配體的預測結(jié)果也隨之而然的計算出來。首先，我們可以在此結(jié)果上進行性能的評估，包括和設計目標值的對比和競爭產(chǎn)品量級的對比。其次，我們還可以在此基礎上進行路徑貢獻量的判斷，包括結(jié)構(gòu)傳播路徑和空氣傳播路徑，從而確定主要能量傳播路徑。最后，我們可以進行詳細的路徑根源分析，一旦某條路徑貢獻大已經(jīng)確定之后我們需要詳細的判斷是載荷比較大還是傳遞過程對能量進行了放大，從而讓我們的工程方案更加精準有效。

圖6 NVH性能預測結(jié)果及詳細路徑分析
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