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西门子工程咨询服务团队解决方案之基于测试与仿真的NVH混合建模应用
随着工业化技术的逐渐成熟，各行各业的竞争日趋激烈。如汽车行业，各大OEM、新势力企业，甚至零部件供应商都普遍面临着日益增加且多样化的需求，工程开发节奏必须满足公司整体的战略目标及时间节点要求，才能在众多竞品中抢得市场的先机。
对于NVH开发来说，仿真和测试是目前两大主流技术手段。强大的试验手段可以直观、真实的基于实际物理样件来获取所关心的目标特性；同时仿真技术又能够在早期介入，更加及时有效的进行仿真预测及优化分析。混合建模为仿真与测试有效结合混合应用的一种方式。比如在针对整车开发的NVH仿真分析中，经常会遇到诸如整车数模基本冻结或者是动力改款开发，只需要基于整车模型对动力系统、转向系统、悬架系统、底盘连接等进行局部优化整改。如果我们继续基于完整的整车有限元模型进行分析预测，那么受限于模型规模较大，效率会大大降低。此时，如果引入混合建模的方式，如某些不做变更的部件可以采用真实的实测数据来代替，保留需要做详细优化设计的目标部件的有限元全模型，就可以大大提高优化效率。混合建模可以用包括实测模态结果、仿真分析模态结果、实测传函、仿真分析传函结果、有限元模型等对装配体部件进行替代，构成完整的响应分析模型。
01
典型案例分享一：转向系统寻优设计
如下图所示，电动助力转向噪声的预测，通过将转向系统的有限元模型与从转向系统安装点到车内的传函相结合，对整车系统进行FBS装配，就可以实现针对车内噪声对转向系统进行优化仿真。
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使用测试或仿真的车身传函代替
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调试目标：转向系统优化
02
典型案例分享二：底盘衬套设计优化
模型中采用混合建模的方式，轮胎模型使用与测试对标过的等效传函模型，车身使用测试或仿真的传函进行替代，悬架系统保留全有限元模型。基于频域子结构的方法将部件进行组装，从而预测车内噪声。结合Simcenter Heeds，将衬套刚度作为优化目标，进行寻优，最终实现目标噪声3dB改善。
03
典型案例分享三：动力总成悬置优化
在整车模型中，上下车体中的某些部件用来自FEA/Test的简化模型表示，这样最终的整车模型自由度会大大缩减，计算时长得到保障。
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子系统的有限元模型保留（开发部件）：发动机、转向系统
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测试数据或者进行模型缩减的其他部件：车身传函、轮胎等效模型（与实测传函等效）
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调试目标：悬置刚度
04
典型案例分享四：整车路噪仿真预测
本案例中采用混合建模方法，针对路噪20-400Hz进行仿真。混合模型由试验和仿真的传递函数据装配而成，其中前后悬架系统、转向系统采用有限元全模型，车身采用试验数据，轮胎为基于真实预载的等效有限元模型，减震器也是通过对标实验数据后的有限元模型来辅助修正模拟，路面载荷使用逆矩阵方法得到的轮心力。
建立整车混合模型的主要目的是能够高效精确的对整车路噪进行仿真预测。主要针对悬置参数、副车架等零部件的设计参数进行优化。下图轮心到车内传函与实测结果吻合度较高。
总结
西门子工业软件为集测试软硬件、仿真软件、工程咨询服务为一体的软硬件及咨询服务供应商。为了适应整个市场的快节奏开发，进一步加快NVH开发的速度，许多仿真与测试结合的产品与技术手段应运而生，而且在实际工程咨询项目中已经得到大量且很成功的应用，诸如：
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电机相关的NVH性能优化：可以将实测电流信号作为输入（也可以使用一维仿真手段对电机的控制模块进行仿真分析），驱动电机模型进行电磁仿真，从而输出电磁载荷，再将载荷与电机的有限元模型有效结合，最终可以输出壳体振动及辐射噪声。
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仿真与测试相互支撑：也是应用比较多的一种联合手段，在大量的整车开发的项目中，仿真在早期对性能进行预测，通过测试手段对模型进行标定及后期方案的查找与验证。
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CTPA、VPA：在CTPA及VPA技术应用的过程中，难免会遇到某些传函特性数据无法或较难获取，这样我们就可以引入仿真的手段对数据进行补充。
混合建模技术也是仿真与测试手段有效结合的一种应用，充分利用已有模型或者新设计模型，可用的试验及仿真信息，合理有效的引入替代数据，对模型进行优化缩减，从而实现低成本、资源能耗小、快速获取最佳解决方案。
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