背景

在汽車工業(yè)發(fā)展的早期階段，主要需要解決的是生產(chǎn)、制造、工藝實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，而隨著汽車工業(yè)的不斷更新迭代，產(chǎn)品的性能已經(jīng)轉(zhuǎn)為當(dāng)前的重中之重，NVH源頭把控是關(guān)鍵?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)根據(jù)不同的架構(gòu)和工作模式，其NVH特性也有較大的差異。因此對(duì)于混動(dòng)總成的NVH性能的正向開(kāi)發(fā)是行業(yè)中追求的關(guān)鍵技術(shù)。西門子工程咨詢經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐深耕，可以從正向開(kāi)發(fā)流程、技術(shù)更新與經(jīng)驗(yàn)參考、NVH性能集成與匹配、仿真和試驗(yàn)手段有效結(jié)合等方面幫助客戶建立完整的NVH正向開(kāi)發(fā)流程，積累前沿的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。

 對(duì)于總成的系統(tǒng)級(jí)和整車級(jí)的NVH性能開(kāi)發(fā)，很難在早期對(duì)總成集成在實(shí)車性能中的表現(xiàn)進(jìn)行很好的預(yù)測(cè)，這是前期的開(kāi)發(fā)工作中面臨的很大的難度及挑戰(zhàn)。西門子采用測(cè)試與仿真結(jié)合的方式，盡可能早期的獲取騾車或樣機(jī)的NVH策略及特性初評(píng)，使用該策略在總成仿真中更真實(shí)的反饋實(shí)際NVH特性，同時(shí)有效結(jié)合西門子歷史數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)性能開(kāi)發(fā)給予明確的參考。這樣大大縮減了總成集成到整車后帶來(lái)相關(guān)的不可逆NVH設(shè)計(jì)問(wèn)題的機(jī)率。

西門子工業(yè)軟件工程咨詢服務(wù)部門，綜合工業(yè)4.0概念，將仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的手段運(yùn)用到混動(dòng)總成的NVH開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)Simcenter 3D優(yōu)化計(jì)算軟件、Simcenter Amesim 1D仿真分析軟件、LMS Test.Lab試驗(yàn)平臺(tái)、流體仿真分析等軟硬件將測(cè)試手段有效與仿真手段結(jié)合，對(duì)混動(dòng)總成的NVH振動(dòng)噪聲特性進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。極大的縮減了混動(dòng)總成的NVH性能開(kāi)發(fā)效率，并在可用實(shí)物樣機(jī)出現(xiàn)的早期，基于虛擬樣機(jī)仍可獲得更全面可靠的分析預(yù)測(cè)結(jié)果，最終結(jié)合物理樣件進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步落實(shí)及推動(dòng)方案實(shí)施。

本次專題主要聚焦于1D 仿真相關(guān)的NVH性能優(yōu)化，其他方向及專題待后續(xù)持續(xù)更新。

案例1：怠速暖機(jī)（無(wú)負(fù)載或小負(fù)載工況）工況混動(dòng)箱敲擊

對(duì)于任何變速器，rattle噪聲的分析仍可以沿用傳統(tǒng)的激勵(lì)-路徑-響應(yīng)的思路，其中

? 激勵(lì)：嚙合輪齒對(duì)、花鍵、離合器/制動(dòng)器等間隙處的隨機(jī)接觸力（impact forces）? 響應(yīng)：近場(chǎng)麥克風(fēng)或殼體上的加速度傳感器的測(cè)量值? 傳遞：從間隙經(jīng)由變速器內(nèi)部軸系、變速器殼體等的結(jié)構(gòu)傳遞路徑（直接透過(guò)殼體的空氣聲傳遞路徑忽略）

但往往rattle噪聲分析中存在一定的難點(diǎn)，如

? 直接獲取激勵(lì)，因?yàn)榧?lì)位置眾多而且通常難以實(shí)測(cè)獲取

? 直接獲取激勵(lì)到響應(yīng)的傳函，原因同上

? 因此不論從仿真還是測(cè)試的角度研究rattle問(wèn)題的機(jī)理均存在一定的挑戰(zhàn)性。

像NX motion這樣3D多體仿真軟件可以有效的模擬帶有載荷的齒輪相互作用的齒輪箱，但對(duì)于無(wú)負(fù)載或小負(fù)載工況下的齒輪，由于接觸力的不連續(xù)性，計(jì)算時(shí)間將急劇增加，因此本案例中使用更高效的方式（基于Amesim的解決方案）來(lái)研究rattle現(xiàn)象。

某混動(dòng)車型，在不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的怠速空檔暖機(jī)過(guò)程中，存在較嚴(yán)重rattle現(xiàn)象，會(huì)引起抱怨。問(wèn)題發(fā)生的典型工況：N檔怠速-1000rpm。如圖1所示，為該平臺(tái)的1維仿真模型組成。

圖1 Rattle仿真分析模型

西門子工程咨詢引入基于能量的指標(biāo)作為rattle敲擊的指示，此指標(biāo)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)應(yīng)，對(duì)于齒輪敲擊仿真和優(yōu)化具有很明顯的工程意義上的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)使用相對(duì)速度來(lái)識(shí)別齒輪敲擊，當(dāng)兩個(gè)齒輪持續(xù)接觸時(shí)，相對(duì)速度為0；當(dāng)間歇接觸時(shí)，相對(duì)速度≠0。通過(guò)使用動(dòng)能來(lái)量化齒輪的敲擊。（詳見(jiàn)往期文章‘用于齒輪敲擊噪聲仿真分析的指示值’）。

基于當(dāng)前問(wèn)題表現(xiàn)及平臺(tái)架構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)不同系統(tǒng)參數(shù)開(kāi)展靈敏度研究和優(yōu)化：

? 研究了不同載荷工況rattle水平

怠速充電（負(fù)載工況）?出現(xiàn)rattle且振動(dòng)水平較低

怠速熱機(jī)（無(wú)負(fù)載或小負(fù)載工況）?出現(xiàn)rattle且振動(dòng)水平較高

? 怠速熱機(jī)情況下的靈敏度研究

基于模型的仿真分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)端負(fù)載扭矩（當(dāng)前為0Nm）調(diào)整至2.5Nm預(yù)載取得顯著改善，5Nm預(yù)載進(jìn)一步改善，與實(shí)際主觀感受一致。

圖2 負(fù)載扭矩調(diào)整

另外仿真基于10%的參數(shù)變化量修改，以下參數(shù)也相對(duì)較敏感，如：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（對(duì)應(yīng)rattle約17%改善），花鍵及齒輪間隙（對(duì)應(yīng)rattle約11%改善），發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)（對(duì)應(yīng)rattle約8%改善），飛輪慣量（對(duì)應(yīng)rattle約7%的改善），扭減的遲滯阻尼（對(duì)應(yīng)rattle約5%的改善）。通過(guò)參數(shù)調(diào)整，rattle水平以非線性方式降低，通過(guò)3個(gè)參數(shù)組合（2.5Nm預(yù)載扭矩+間隙降低20%+遲滯扭矩降低40%），實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)rattle表現(xiàn)的較優(yōu)設(shè)置。需進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮其他性能的平衡，開(kāi)展進(jìn)一步調(diào)試及設(shè)計(jì)優(yōu)化。

 圖3 優(yōu)化方案組合

案例2：怠速充電工況混動(dòng)箱‘崆崆聲’及聲品質(zhì)差

某混動(dòng)總成，在怠速發(fā)電工況，近場(chǎng)噪聲存在‘崆崆聲’及細(xì)碎敲擊導(dǎo)致聲品質(zhì)差，車內(nèi)噪聲表現(xiàn)與機(jī)艙內(nèi)吻合，主要抱怨以電機(jī)側(cè)近場(chǎng)噪聲為主，以電功率發(fā)電工況（如3kw）為主要抱怨點(diǎn)?！轻锹暋饕獮榈皖l（170-350Hz）發(fā)動(dòng)機(jī)階次及半階次能量大?！畬掝l敲擊及聲品質(zhì)問(wèn)題‘主要覆蓋170-1500Hz頻帶，寬頻噪聲能量大，聲品質(zhì)差。

通常，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)燃燒壓力和活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的周期性慣性力等系統(tǒng)激勵(lì)源，通過(guò)曲軸、扭減、系統(tǒng)間隙、軸和軸承等傳遞至箱體，再通過(guò)其他路徑傳遞出來(lái)。表現(xiàn)出不同程度的“崆崆聲”及寬頻敲擊聲，整體表現(xiàn)為聲品質(zhì)差。

? 系統(tǒng)必然存在不同頻率的模態(tài)特征（曲軸、軸系、總成、殼體、附件等）

? 系統(tǒng)必然存在不同程度柔性變形

? 系統(tǒng)必然存在不同程度的扭矩、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的階次半階次特性

? 由于發(fā)電機(jī)的電磁力作用，自身特性及受邊界條件影響而變化

當(dāng)然此類問(wèn)題往往高度依賴于系統(tǒng)特性的匹配，基于不同系統(tǒng)架構(gòu)特性可能表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題特征不同，該案例中，系統(tǒng)存在兩處花鍵連接及一對(duì)齒輪嚙合，必然存在間隙，外加其徑向跳動(dòng)+側(cè)隙+軸向竄動(dòng)共同作用，將其敲擊能量進(jìn)一步放大。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩的匹配并非處在系統(tǒng)最優(yōu)特性位置，綜合以上，表現(xiàn)出來(lái)的就是“崆崆音”及聲品質(zhì)差的問(wèn)題。

圖4 由于系統(tǒng)間隙及配合導(dǎo)致的敲擊現(xiàn)象

      該案例中，由于時(shí)間節(jié)點(diǎn)的緊迫性，我們通過(guò)1D仿真與試驗(yàn)有效結(jié)合的手段對(duì)該問(wèn)題快速展開(kāi)大量的排查與診斷，包括但不限于以下提出的排查方向。

? 發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)：軸瓦間隙配合、動(dòng)平衡、點(diǎn)火角、VVT角度、燃燒、扭矩&轉(zhuǎn)速波動(dòng)、前端TVD等

? 標(biāo)定策略：轉(zhuǎn)速掃頻選優(yōu)、GCU轉(zhuǎn)速&扭矩波動(dòng)

? 扭轉(zhuǎn)減振器：飛輪慣量、剛度、阻尼、慣量、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等

? 輸入軸：慣量調(diào)試、動(dòng)平衡優(yōu)化

? 電機(jī)軸：轉(zhuǎn)子慣量、動(dòng)平衡

? 軸系側(cè)隙及軸向竄動(dòng)

? 徑向變形及位移控制

? 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及優(yōu)化

? 潤(rùn)滑油脂

? 系統(tǒng)模態(tài)

? 電機(jī)電磁力變化

? 整車路徑排查等

經(jīng)過(guò)一系列的驗(yàn)證排查，我們發(fā)現(xiàn)源頭及路徑均或多或少對(duì)該問(wèn)題產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)一步確認(rèn)了該問(wèn)題高度依賴于系統(tǒng)特性及其匹配，通過(guò)單獨(dú)調(diào)整某項(xiàng)參數(shù)僅能得到一定的改善，但很難將該問(wèn)題徹底解決。與此同時(shí)我們引入1D Amesim對(duì)該問(wèn)題同步開(kāi)展仿真分析，從而快速定位敏感系統(tǒng)參數(shù)。由于受限于時(shí)間節(jié)點(diǎn)及1D仿真的局限性，系統(tǒng)仿真暫未考慮軸向竄動(dòng)、動(dòng)不平衡及軸系殼體的彎曲變形，有待在后續(xù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)一步完善?；谠撆ぞ仳?qū)動(dòng)的一維混動(dòng)系統(tǒng)模型，我們識(shí)別出除了系統(tǒng)間隙之外，確認(rèn)了扭轉(zhuǎn)減振器的遲滯扭矩、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、飛輪慣量、電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量等敏感參數(shù)，需進(jìn)一步結(jié)合試驗(yàn)手段進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5 遲滯扭矩對(duì)“崆崆音及聲品質(zhì)差”問(wèn)題的影響

圖6 轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)“崆崆音及聲品質(zhì)差”問(wèn)題的影響

      最終，通過(guò)仿真與試驗(yàn)結(jié)合的手段，有效確認(rèn)及排序了系統(tǒng)中的敏感參數(shù)，如降低系統(tǒng)花鍵配合間隙、怠速選點(diǎn)、殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化、軸系支撐設(shè)計(jì)優(yōu)化、策略優(yōu)化等方案組合可以有效降低或明顯改善此怠速“崆崆音及聲品質(zhì)差”問(wèn)題。

表1 樣件方案試驗(yàn)驗(yàn)證效果

案例3：Tip in tip out工況clunk

‘Tip-in & tip-out clunk’ 是傳動(dòng)系的一種沖擊性的響應(yīng)，通常發(fā)生于扭矩突然變化時(shí)刻，對(duì)應(yīng)齒、花鍵、半軸移動(dòng)節(jié)、固定節(jié)等結(jié)構(gòu)位置處。為了保持齒輪副正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這些結(jié)構(gòu)中必然存在間隙。當(dāng)扭矩從負(fù)值轉(zhuǎn)換到正值的過(guò)程中，傳動(dòng)系間隙將會(huì)逐步消除，在此過(guò)程中，如果間隙過(guò)大或者消除的過(guò)快，就很容易產(chǎn)生敲擊，從而引發(fā)“clunk”音或“吭”音?！癱lunk”是一種由于敲擊引起的高頻成分聲音，通常會(huì)伴隨車輛的低頻前后運(yùn)動(dòng)，稱為“shuffle”。

?  “Clunk”通常被定義為頻率范圍300-5000Hz的可聽(tīng)音。持續(xù)時(shí)間較短的幾毫秒量級(jí)的硬沖擊作用，產(chǎn)生了較寬頻帶的激勵(lì)波。? “Shuffle”是車輛整體的前后竄動(dòng)。此現(xiàn)象通常會(huì)與傳動(dòng)系統(tǒng)的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)（2-10Hz）直接相關(guān)。

      降低“吭音”要求齒輪低速通過(guò)間隙區(qū)，降低齒輪對(duì)速度差，從而降低嚙合后的沖擊能量。通常來(lái)說(shuō)，我們從路徑和源兩大方面來(lái)分析該問(wèn)題的關(guān)鍵影響因素

1）路徑

? 傳動(dòng)系間隙：減小間隙，那么齒輪、離合器、變速器、花鍵、球鉸等在上下游接觸前的加速時(shí)間就會(huì)縮短，但是整改的耗價(jià)高，且受很多物理結(jié)構(gòu)限制，需一定程度上嚴(yán)格控制制造工藝誤差。

? 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式：厚壁軸會(huì)有更多環(huán)形變形，因此噪聲貢獻(xiàn)相對(duì)高一些。

? 傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)：傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸等會(huì)存在高階系統(tǒng)模態(tài)及環(huán)形呼吸模態(tài)，一定程度上會(huì)將tip-in & tip-out clunk問(wèn)題放大?？赏ㄟ^(guò)紙板包裹傳動(dòng)軸用于傳動(dòng)軸呼吸模態(tài)增加阻尼，同時(shí)內(nèi)部可填充軟纖維以降低空氣傳聲。

? 傳動(dòng)系統(tǒng)慣量、剛度、阻尼：調(diào)整慣量及剛度等參數(shù)也有可能對(duì)系統(tǒng)tip-in clunk現(xiàn)象產(chǎn)生一定的影響，但往往這些參數(shù)的可調(diào)范圍比較受限。增加阻尼，會(huì)降低沖擊時(shí)產(chǎn)生的齒輪對(duì)的速度差異，但是會(huì)降低傳遞效率，削減燃油經(jīng)濟(jì)性。

? 齒輪副過(guò)間隙的傳遞組合：實(shí)際情況中往往具有多處間隙，間隙的消除依次進(jìn)行，從間隙消除到敲擊，主動(dòng)端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不斷增加，最后的一個(gè)敲擊往往是主動(dòng)端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的一個(gè)敲擊，盡管敲擊的結(jié)果與多種因素有關(guān)，但往往末端敲擊能量最高。

2）源

? 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸入：盡管間隙可以降低到最小值，但不能完全消除，故敲擊不能完全消除，但是依然存在clunk，因此一種可行的方式就是去管理扭矩，降低沖擊能量，使得沖擊相對(duì)舒緩，同時(shí)需確保對(duì)車輛其他性能影響最小化。

圖7 扭矩激勵(lì)示意

? 負(fù)扭矩在通過(guò)齒輪、離合器、變速器、花鍵、球鉸等間隙，扭矩開(kāi)始上升，既帶檔反拖過(guò)程，直到扭矩為0。如果負(fù)扭矩上升到零扭矩區(qū)間斜率很陡，則齒輪減速面分離到加速面嚙合過(guò)程時(shí)間短，那么部件轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的能量就高。接下來(lái)由于瞬態(tài)正扭矩開(kāi)始建立，并且初始扭矩斜率非常陡峭，使得齒輪副通過(guò)間隙后產(chǎn)生猛烈的撞擊，產(chǎn)生振動(dòng)沖擊及敲擊聲。因此零扭矩附近斜率（負(fù)扭到0上升斜率，0扭過(guò)度時(shí)長(zhǎng)，0到正扭上升斜率）均會(huì)對(duì)吭音產(chǎn)生影響。

圖8 扭矩輸入管理示意

? 當(dāng)間隙已完全占據(jù)，因瞬態(tài)扭矩具有一定波動(dòng)性，也會(huì)引發(fā)一些低頻轟鳴。? 因目標(biāo)點(diǎn)扭矩區(qū)間與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩控制區(qū)間會(huì)存在差異或延遲，如下右圖所示當(dāng)扭矩突增先于間隙嚙合時(shí)候，較容易發(fā)生敲擊，實(shí)際這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的影響因素較難把控，但總的原則是使得低扭矩輸入對(duì)應(yīng)目標(biāo)軸間隙嚙合即將完成或完成時(shí)刻，則產(chǎn)生吭音的風(fēng)險(xiǎn)低，因此發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制需進(jìn)行多區(qū)間聯(lián)合控制，才能盡可能覆蓋到目標(biāo)點(diǎn)扭矩。

圖9 扭矩突增于間隙嚙合配合時(shí)間點(diǎn)示意

上述一系列源頭及路徑相關(guān)的貢獻(xiàn)及靈敏度分析均可以基于Amesim創(chuàng)建的1D模型，在早期開(kāi)展大量的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及troubleshooting，基本流程如下:

1）根據(jù)混動(dòng)箱及系統(tǒng)架構(gòu)，搭建適合該問(wèn)題的混動(dòng)箱及傳動(dòng)系統(tǒng)1維模型

圖10 混動(dòng)箱及傳動(dòng)系統(tǒng)1維模型

2) 通過(guò)測(cè)試或有限元獲取仿真輸入及模型標(biāo)定所需數(shù)據(jù)，開(kāi)展系統(tǒng)模型對(duì)標(biāo)。

3) 開(kāi)展靈敏度分析，快速指出敏感部件或關(guān)鍵參數(shù)。并針對(duì)組合方案，優(yōu)先基于仿真模型開(kāi)展方案包的效果評(píng)估。

4) 根據(jù)仿真方案，結(jié)合實(shí)際測(cè)試，推動(dòng)最終相關(guān)方案的整改及落實(shí)。如基于該架構(gòu)及工況的優(yōu)化分析，最終輸出以下整改方向：

? 系統(tǒng)間隙減小-控制工藝公差及其公差樣件選配。? 傳動(dòng)系阻尼增加-需評(píng)估造價(jià)、傳遞效率綜合決定。? 控制策略及扭矩波形優(yōu)化-需結(jié)合主觀評(píng)價(jià)及動(dòng)力加速性能的損耗綜合評(píng)估。

圖11 不同扭矩波形（C為無(wú)‘clunk音’狀態(tài)）

案例4：加速工況Booming

      加速Booming噪聲通常表現(xiàn)為一種令人反感的低頻噪聲，它能夠影響整體的聲壓級(jí)水平。通常，Booming噪聲是由動(dòng)力總成源頭的階次激勵(lì)激發(fā)傳動(dòng)系或路徑上的共振。為了從根源上解析Booming產(chǎn)生的根本原因，可以借助Amesim開(kāi)展系統(tǒng)仿真，從而進(jìn)一步了解傳動(dòng)系動(dòng)力學(xué)及其激勵(lì)機(jī)制。

圖12 轟鳴傳遞示意圖

首先，將缸壓或發(fā)動(dòng)機(jī)控制號(hào)作為模型輸入用于驅(qū)動(dòng)1D仿真模型。然后，根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)搭建系統(tǒng)仿真模型及開(kāi)展模型的標(biāo)定工作，輸出整車模型接口載荷，最后結(jié)合實(shí)測(cè)或仿真輸出的傳遞函數(shù)，從而擬合目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)并開(kāi)展相應(yīng)的優(yōu)化分析工作。

圖13 激勵(lì)到車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)預(yù)測(cè)流程示意

    如與Lamborghini合作的一個(gè)工程案例，小油門加速（1500-7500rpm）工況，車內(nèi)聲壓級(jí)表現(xiàn)為特定頻率下的發(fā)動(dòng)機(jī)階次噪聲大。

圖14 轟鳴colormap及階次

      通過(guò)1D Amesim對(duì)該工況進(jìn)行復(fù)現(xiàn)：模型初始化為1500rpm發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速起點(diǎn)，由1500rpm至7000rpm緩加速，3檔嚙合，傳動(dòng)系統(tǒng)中不考慮系統(tǒng)側(cè)隙?；谠撎囟òl(fā)動(dòng)機(jī)階次，進(jìn)行系統(tǒng)工況仿真，從結(jié)果上看，在變速箱主軸上呈現(xiàn)扭振現(xiàn)象，為該轟鳴問(wèn)題直接相關(guān)的原因。結(jié)合1d模型，通過(guò)增加系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度，將轟鳴噪聲所對(duì)應(yīng)的頻率向高頻偏移，從而降低轟鳴噪聲共振峰值，改善轟鳴主觀感受。

圖15 1D扭振模型復(fù)現(xiàn)轟鳴

案例5：Engine Restart

      由發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)引發(fā)的低頻車身振動(dòng)是一種依托于曲軸旋轉(zhuǎn)的瞬態(tài)行為，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，第一次燃燒發(fā)生，引發(fā)點(diǎn)火階次的二階激勵(lì)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐步增加，直到怠速穩(wěn)定。發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)通過(guò)動(dòng)力總成、懸置、車身等傳遞至車內(nèi)，因此對(duì)于總成、懸置、車身懸架等特性的仿真非常重要。

 圖16 Engine start路徑傳遞及起動(dòng)過(guò)程信息

      該案例中，西門子工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊(duì)幫助客戶建立并完善一個(gè)Amesim 1d模型，模擬和驗(yàn)證某2.0排量車型的啟停問(wèn)題，以便進(jìn)一步使用該模型進(jìn)行車身振動(dòng)水平預(yù)測(cè)。模型植入瞬時(shí)曲軸扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。模型中使用PID控制器，目的是為了生成包含發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性的驅(qū)動(dòng)扭矩。從整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線可以清晰識(shí)別整個(gè)點(diǎn)火過(guò)程，啟動(dòng)電機(jī)開(kāi)始介入，帶動(dòng)曲軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，然后發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火伴隨轉(zhuǎn)速上升。

圖16 Engine start抖動(dòng)模型創(chuàng)建

      模型中不考慮活塞力，平衡軸載荷及柔性體變形。整體轉(zhuǎn)速，振動(dòng)等對(duì)標(biāo)結(jié)果匹配較好?？梢曰诖碎_(kāi)展后續(xù)靈敏度分析，方案優(yōu)化等工作。

圖17 轉(zhuǎn)速及振動(dòng)對(duì)標(biāo)

案例6：某PHEV Booming & Engine Restart & 駕駛性的多屬性平衡

      油耗是整車開(kāi)發(fā)首先需要滿足的指標(biāo)，NVH、駕駛性在樣車階段需要關(guān)注的主要指標(biāo)，最終和其他部門的性能指標(biāo)平衡后確定最終性能。該案例是基于某多模式混動(dòng)系統(tǒng)，在V型開(kāi)發(fā)的早期對(duì)NVH，駕駛性（加速性能）和油耗等多個(gè)屬性綜合考慮，平衡分析。完整的車輛模型，包括發(fā)動(dòng)機(jī)，電機(jī)，控制器，傳動(dòng)系，懸置及整車：

圖18 MBD整車模型

1) 模型的開(kāi)發(fā)

      從控制器執(zhí)行指令開(kāi)始，通過(guò)仿真驅(qū)動(dòng)，輸出輪邊扭矩、總成反作用力、懸置力等，最終反應(yīng)到車身目標(biāo)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)：

高精度發(fā)動(dòng)機(jī)模型

? 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型

? 利用臺(tái)架數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定? 計(jì)算缸壓傳動(dòng)系? 1D扭振模型?  動(dòng)力總成?  懸置模型

計(jì)算缸壓

? 控制器指令

ECU 控制策略集成

? 底盤系統(tǒng)

2D車輛模型

? 目標(biāo)預(yù)估

? 座椅振動(dòng)

? Booming

圖19 模型開(kāi)發(fā)流程示意

2）模型的標(biāo)定及優(yōu)化建議

? 分步驟的模型驗(yàn)證? 各部件到整車的建模和驗(yàn)證建立標(biāo)準(zhǔn)流程? 包含ECU控制器的詳細(xì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型

圖20 分步驟模型對(duì)標(biāo)驗(yàn)證示意

3）基于模型的NVH性能預(yù)測(cè)

? U控制策略預(yù)標(biāo)定? 部件或部件參數(shù)的修改? 振動(dòng)在主要傳遞路徑的貢獻(xiàn)分析

圖21 基于模型的NVH性能預(yù)測(cè)示意

4）用于駕駛性/平順性/NVH的串聯(lián)混合動(dòng)力車型

? 循序漸進(jìn)的方法

? 控制器（驅(qū)動(dòng)器和電池SOC）

? 駕駛循環(huán)與TPA相結(jié)合

? 整車模型包括集總懸架，輪胎，發(fā)電機(jī)模塊，電動(dòng)機(jī)…

圖22 MBD模型預(yù)測(cè)示意

結(jié)論

總之，隨著工業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的當(dāng)今現(xiàn)狀，要想在蕓蕓眾生中脫穎而出，必須在更早期的，更靠前的開(kāi)發(fā)階段，依靠更快速的手段及解決方案來(lái)為產(chǎn)品性能保駕護(hù)航。Simcenter Amesim是跨領(lǐng)域多專業(yè)多極復(fù)雜程度的一體化系統(tǒng)建模軟件。根據(jù)基本參數(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)的搭建，能夠在早期對(duì)性能進(jìn)行精準(zhǔn)分析，預(yù)測(cè)及規(guī)避大量的潛在風(fēng)險(xiǎn)與問(wèn)題。

當(dāng)然，本文中所展示相關(guān)的案例只是整個(gè)性能開(kāi)發(fā)中的冰山一角，西門子工程咨詢業(yè)務(wù)范圍覆蓋能量管理、能耗優(yōu)化、多屬性平衡、熱管理、流體流場(chǎng)及動(dòng)力學(xué)、耐久疲勞、整車及部件NVH性能開(kāi)發(fā)、控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)集成等多學(xué)科多領(lǐng)域。具備完整的工具鏈，健全的知識(shí)體系，豐富的工程經(jīng)驗(yàn)等先天優(yōu)勢(shì)，這些都是工程咨詢團(tuán)隊(duì)能夠在業(yè)內(nèi)保持領(lǐng)先的強(qiáng)大支撐。