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背景:

        法雷奧是一家汽車零部件供應(yīng)商，與世界各地眾多汽車制造商合作，法雷奧擁有各種品牌的雨刷器，設(shè)計美觀、高效且易于適應(yīng)所有車輛。

挑戰(zhàn)：

• 如何實(shí)現(xiàn)與測試關(guān)聯(lián)的仿真流程

• 避免在雨雪冰凍條件下進(jìn)行測試

• 改進(jìn)電機(jī)以減輕重量并優(yōu)化系統(tǒng)性能

• 擴(kuò)展包括控制在內(nèi)的仿真流程

關(guān)鍵因素：

• 采用Simcenter 3D Motion，將機(jī)構(gòu)和有限元相結(jié)合

• 包含柔性體的電機(jī)精確建模

• 系統(tǒng)級仿真

結(jié)果：

• 提升仿真精度

• 降低物理樣機(jī)成本

• 提升產(chǎn)品聲譽(yù)

使用Simcenter 3D預(yù)測雨刮器性能

        雨刮器要確保在任何速度和任何情況下都能保持擋風(fēng)玻璃能見度，從而有助于駕駛員的安全駕駛。它們通過來回移動，有效地去除水、雪和灰塵。盡管存在設(shè)計變化，但大多數(shù)雨刮器系統(tǒng)都是將電機(jī)與渦輪齒輪結(jié)合起來，通過連接將電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換為雨刮器運(yùn)動。這個過程看起來很簡單，但實(shí)際上比較復(fù)雜。

        雨刮器葉片需要完美貼合擋風(fēng)玻璃的形狀，并且必須在各種操作條件下無數(shù)次重復(fù)相同的動作。大雨環(huán)境下可能需要很大的加速度，這需要電機(jī)產(chǎn)生比較大的驅(qū)動力矩。傳感器用于檢測要去除的水量，保證擦拭動作完成后，葉片回到駐車位置。

        “在確定我們雨刮器系統(tǒng)的尺寸時，兩種載荷工況至關(guān)重要：雪載荷以及冰凍條件下雨刮葉片被凍結(jié)在擋風(fēng)玻璃上?！狈ɡ讑W雨刷系統(tǒng)仿真經(jīng)理Christophe Joly說：“測試這些工況需要繁瑣的設(shè)置并且耗費(fèi)了我們大量的時間，特別是當(dāng)我們需要在多個物理樣機(jī)中重復(fù)這一過程。因此，通過仿真預(yù)測、優(yōu)化這些性能非常重要的。這可以大大減少實(shí)驗室的工作量?！?

Simcenter 3D Motion構(gòu)建雨刮器機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型

Simcenter 3D Motion接觸斑點(diǎn)分析

        Simcenter 3D Motion能夠?qū)τ晁⑵圆煌嵌韧?fù)載工況進(jìn)行真實(shí)載荷預(yù)測。由于仿真結(jié)果與評估期間的測量數(shù)據(jù)相吻合，法雷奧采用該軟件作為日常產(chǎn)品開發(fā)工具。

        “Simcenter 3D Motion是系統(tǒng)級的仿真工具，因此，它在雨刷部門的每個項目中都被使用。它還被用于驗證電機(jī)是否足以在極端情況下工作。在幾天內(nèi)，我們就可以完成所有的計算，并得到一份關(guān)于整個雨刷系統(tǒng)的完整詳細(xì)報告?！?法雷奧雨刷系統(tǒng)仿真經(jīng)理Christophe Joly評價道

        在評估過程中，法雷奧工程師創(chuàng)建了兩個不同的虛擬雨刷系統(tǒng)，將機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型與柔性部件的有限元模型相結(jié)合。仿真結(jié)果與實(shí)際物理樣機(jī)上力和扭矩傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行了比較。Christophe Joly說：“無論是在雪荷載工況下的峰值，還是在冰封情況下的平衡荷載，兩者之間的差異都保持在20%以下?！薄爱?dāng)考慮到實(shí)驗值的離散時，差距變得更小。此外，我們還可以研究失速角，這對我們來說是全新的。該軟件允許法雷奧工程師最終部署一種標(biāo)準(zhǔn)的方法來進(jìn)行真實(shí)的機(jī)構(gòu)模擬。”

        “以前，載荷通常是由經(jīng)驗定義的，我們使用靜態(tài)方法。這并不一定是正確的，” Christophe Joly說道?！笆褂肧imcenter 3D Motion，我們可以真正模擬在物理實(shí)驗室中所做的事情，考慮真實(shí)的電機(jī)，系統(tǒng)剛度值，溫度等。我們花在仿真上的時間比例和以前一樣。但在這段時間內(nèi)，我們獲得了更高質(zhì)量的結(jié)果?，F(xiàn)在可以對我們的仿真結(jié)果更有信心，并將其用于預(yù)測產(chǎn)品性能，減少了我們對物理樣機(jī)的需求。這正是我們的客戶想要的。”

        由于減少了對物理樣機(jī)的需求，法雷奧的工程師們也對這種新的流程印象深刻。新的軟件模塊無縫集成于法雷奧的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計環(huán)境，使得仿真模型的創(chuàng)建更為便捷。最重要的是Simcenter 3D Motion求解器運(yùn)行得非常快，結(jié)合其求解精度，大大減少了所需的物理樣機(jī)數(shù)量。

構(gòu)建完整的機(jī)電一體化仿真解決方案

        除了機(jī)械系統(tǒng)的尺寸，Simcenter 3D Motion仿真技術(shù)也可以處理電機(jī)設(shè)計和整體細(xì)化。法雷奧的工程師目前正在研究這方面的能力。在第一階段，Simcenter 3D Motion可以用來創(chuàng)建剛體電機(jī)模型，確定關(guān)節(jié)中的載荷，檢查齒輪部件之間的接觸，并提取載荷以確定齒輪箱的尺寸。然后用有限元的方式創(chuàng)建柔性部件代替齒輪箱進(jìn)行動態(tài)多體仿真。基于該流程，研究齒輪箱的應(yīng)力和變形。

Simcenter 3D Motion雨刮器載荷計算

        更為重要的是，這個模型可以擴(kuò)展柔性的擺臂和雨刷葉片。這樣就可以研究如何減少材料的使用，檢查零件剛度對角度的影響，在其安裝到擋風(fēng)玻璃之前定義目標(biāo)特征頻率以及修改電磁輸入。法雷奧工程師希望利用這些基于仿真的流程來促進(jìn)機(jī)械和電機(jī)團(tuán)隊之間的合作。在同樣的背景下，法雷奧還專注于Simcenter 3D Motion和MathWorks的MATLAB之間的機(jī)電聯(lián)合仿真，以解決機(jī)電一體化的挑戰(zhàn)。

Simcenter 3D Motion雨刮器剛?cè)狁詈戏抡?/span>

        “如果我們想達(dá)到盡可能高的精度，我們需要包括電機(jī)的真實(shí)性能，” Christophe Joly說?！叭绻覀儽仨毜鹊诫姍C(jī)團(tuán)隊提供所有參數(shù)，這將推遲研發(fā)進(jìn)程。聯(lián)合仿真可以在電機(jī)樣機(jī)可用之前進(jìn)行計算，從而提高開發(fā)早期仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，并在團(tuán)隊之間進(jìn)行更多的信息交流。”

        “Simcenter 3D Motion和MATLAB Simulink之間的聯(lián)合仿真是我們正在尋找的技術(shù)類型，” Christophe Joly總結(jié)道。“這將使機(jī)械團(tuán)隊能夠做出更好的仿真結(jié)果，而電機(jī)團(tuán)隊可以在項目早期獲得更多的整體性能數(shù)據(jù)。這一流程將幫助我們更好地了解我們產(chǎn)品的性能，并在未來節(jié)省大量的開發(fā)時間?！?