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Simcenter助力自動變速器制造商提升競爭力

Aug 18 2023 17:38


變速箱開發(fā)業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)


  • 第一時間設(shè)計創(chuàng)新變速箱 

  • 應(yīng)對日益復(fù)雜和多樣化的市場和OEM需求 

  • 簡化設(shè)計流程，更有效地管理成本和延遲 


成功的關(guān)鍵


  • 實施多學(xué)科工程仿真和測試方法 

  • 預(yù)測變速器在整個產(chǎn)品生命周期中的實際行為 

  • 在更短的時間內(nèi)設(shè)計滿足OEM要求的變速箱 

  • 快速測試不同的配置，以平衡性能，舒適性和能源效率 


主要成果


  • 將潤滑回路設(shè)計時間從數(shù)月縮短至數(shù)周 

  • 更好地優(yōu)化在所有運行條件下潤滑流量 

  • 更好地控制噪音和振動 

  • 減少測試階段時間 


主題：PUNCH?powerglides使用Simcenter系統(tǒng)仿真和Simcenter測試軟件開發(fā)高性能自動變速器 



在全球化的背景下，汽車市場正在迅速發(fā)展。市場轉(zhuǎn)型涉及市場參與者的重大變化。整車廠(OEM)正專注于集成和設(shè)計問題，而供應(yīng)商則有責(zé)任開發(fā)可靠、節(jié)能、成本優(yōu)化的子系統(tǒng)，以滿足雄心勃勃的舒適性和駕駛性能目標，同時適應(yīng)當(dāng)?shù)厥袌龅男枨蟆?



PUNCH powerglide是這些供應(yīng)商之一，承擔(dān)開發(fā)動力傳動部件的挑戰(zhàn)，將卓越的性能和燃油消耗效率結(jié)合起來。PUNCH powerglide是一家擁有50多年設(shè)計，開發(fā)和生產(chǎn)自動變速器專業(yè)知識的創(chuàng)業(yè)公司。它還在世界各地生產(chǎn)和供應(yīng)其他汽車零部件，如齒輪，車削零件，載體，離合器，鼓，棱柱零件和軸。斯特拉斯堡技術(shù)中心(STC)擁有研發(fā)(R&D)部門，負責(zé)設(shè)計和開發(fā)新的變速器及其定制版本。在超過15年的設(shè)計過程中，PUNCH powerglide一直在嘗試一種將仿真和測試解決方案相結(jié)合的方法。通過在開發(fā)的早期階段使用這些解決方案，公司可以研究復(fù)雜的系統(tǒng)和架構(gòu)，擴展傳統(tǒng)的設(shè)計驗證并減少試驗樣件的數(shù)量。通過使用測試和仿真軟件，該公司的預(yù)測工程分析流程簡化了產(chǎn)品設(shè)計過程，同時在更短的時間內(nèi)提供質(zhì)量，穩(wěn)健性和性能。PUNCH powerglide開發(fā)的六速自動變速箱專為后輪或四輪驅(qū)動車輛設(shè)計，包括標準版本(選配啟停功能)和混合動力版本。


“Before we were using simulation in our processes, the design of the lubrication circuit took several months and required many costly   prototypes. With Simcenter  Amesim, the work is completed within four or  five weeks, and the software enables a more precise  optimization of the flow rate needed for each part in any  running condition.”


                                                                                                   


  ------------ Michel Vincent  

Simulation Engineer  

PUNCH Powerglide



01

優(yōu)化傳輸損耗和舒適性  


為了設(shè)計一款能在能源效率和舒適性之間達到最佳平衡的變速器，必須特別關(guān)注換擋和燃油經(jīng)濟性。在自動變速器內(nèi)部，軸和離合器盤之間的大量摩擦是不可避免的，特別是在換擋時這種摩擦導(dǎo)致能量損失，從而導(dǎo)致更高的燃料消耗。對于所有汽車制造商來說，這都是一個關(guān)鍵的工程挑戰(zhàn)，因此減少摩擦對任何變速器制造商來說都至關(guān)重要。關(guān)鍵參數(shù)是各部件的潤滑(油流量)，以減少摩擦，但往往過多的油流量會增加而不是減少摩擦。因此提供零件所需的確切數(shù)量的油，以減少最小的摩擦損失，并減少潤滑所需的泵功率是主要的工作目標。為了快速實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部件接口的油流量的良好平衡，PUNCH?powerglide使用Simcenter?Amesim軟件進行系統(tǒng)仿真，該軟件來自西門子數(shù)字工業(yè)軟件公司的Simcenter產(chǎn)品組合。 

Simcenter產(chǎn)品組合結(jié)合了1D、3D仿真(CAE)和測試解決方案，有助于在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)預(yù)測產(chǎn)品性能。使用Simcenter?Amesim,?PUNCH?powerglide可以評估其潤滑系統(tǒng)與溫度、速度和齒輪的關(guān)系。根據(jù)所要優(yōu)化的運行條件，在旋轉(zhuǎn)部分平衡流量，從而減少傳動部件之間的摩擦。為每個部件界面確定的流量成為計算節(jié)省能量的傳動阻力扭矩模型的輸入?！霸谖覀冊诠に囍惺褂么隧椃抡婕夹g(shù)之前，潤滑回路的設(shè)計需要幾個月的時間，并且需要許多昂貴的樣件。使用Simcenter?Amesim，工作可以在四到五周內(nèi)完成，該軟件可以更精確地優(yōu)化任何運行條件下每個部件所需的流量，”PUNCH?powerglide的仿真工程師Michel?Vincent解釋說。 

使用系統(tǒng)仿真軟件，PUNCH powerglide工程師還可以在換擋階段精確地對液壓系統(tǒng)(閥門、活塞、泵)進行建模。他們重現(xiàn)了在測試階段觀察到的一些振蕩，以確定在許多駕駛條件下對換擋舒適性的影響。

在與測試結(jié)果的相關(guān)性分析后，他們能夠通過實驗設(shè)計(DOE)方法了解每個參數(shù)的影響和作用，并且還可以定義離合器的主壓力輸入和輸出端的可接受的波動量級?！皩imcenter Amesim模型與測試結(jié)果相關(guān)聯(lián)，并使用實驗設(shè)計技術(shù)，使我們能夠在沒有大量測試的情況下解決問題，”Vincent解釋說。

這種方法使PUNCH powerglide更容易、更快地找到解決方案，以提高換檔質(zhì)量，最大限度地減少摩擦，從而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。Vincent說:“Simcenter Amesim是在概念階段使用的。同樣的變速器存在幾個概念方案，通過系統(tǒng)仿真，我們能夠?qū)λ鼈冞M行比較，從而在開發(fā)過程中贏得時間?！?/span>

“ Simcenter Amesim is used in the concept   phase. Several concepts exist for the same transmission. By using system simulation, we are able to compare them and therefore gain time in the development process.


                                   


  ------------ Michel Vincent  

Simulation Engineer  

PUNCH Powerglide



02

通過降低振動達到整車廠目標 

為了以減少的燃料消耗量優(yōu)化發(fā)動機的性能，汽車公司正在尋求小型化發(fā)動機。減小尺寸增加了來自發(fā)動機的驅(qū)動扭矩的波動幅度。PUNCH powerglide希望降低這些波動，以滿足整車制造商的振動目標，并提供高質(zhì)量的變速箱。為此，PUNCH?powerglide工程師依靠Simcenter?Amesim進行噪聲和振動研究。 他們試圖理解和分析每個客戶應(yīng)用中驅(qū)動扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動。通過Simcenter解決方案，PUNCH?powerglide工程師可以對每個客戶特定的汽車發(fā)動機進行建模，并準確預(yù)測從發(fā)動機到自動變速器的驅(qū)動扭矩波動。Vincent說:“由于車輛重量或驅(qū)動扭矩等參數(shù)總是不同的，我們會對每個新客戶的產(chǎn)品進行扭轉(zhuǎn)振動分析?！?nbsp;該公司還利用Simcenter?Amesim對汽車傳動系統(tǒng)進行了建模和仿真，以便監(jiān)測從變速器到車輪的振動影響。 Vincent說:“根據(jù)汽車傳動系統(tǒng)的慣性/剛度模型和通過驅(qū)動扭矩再現(xiàn)的發(fā)動機振動，Simcenter Amesim可以幫助PUNCH powerglide在開發(fā)過程的早期選擇合適的扭轉(zhuǎn)振動減振器?！睘榱藴p少這些振動，在變速器入口放置了一個可調(diào)的阻尼器并進行了參數(shù)化。然后根據(jù)客戶的需求對阻尼器進行調(diào)整。通過使用Simcenter Amesim模型，PUNCH powerglide能夠研究shudder, rattle noise and booming noise等現(xiàn)象，并定義正確的阻尼，以避免傳動系統(tǒng)中的各個位置發(fā)生共振。該公司還通過了解自動變速器組件對不同振動的反應(yīng)，節(jié)省了開發(fā)過程中的時間?！癙UNCH的最終目標是通過Simcenter Amesim降低傳動系統(tǒng)各處的振蕩幅度。由于安裝了減震器，發(fā)動機的振動可以減少?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程是經(jīng)濟高效和快速開發(fā)的關(guān)鍵，”Vincent總結(jié)道。設(shè)計的最終選擇需要通過樣機的組裝和測試進行試驗和驗證。PUNCH?powerglide的噪聲和振動部門團隊通過是測試組件的聲學(xué)特性和檢查集成傳動系統(tǒng)是否超過目標振動水平，確保始終滿足客戶的要求，。 隨著全球化的影響，團隊面臨著新的挑戰(zhàn)，PUNCH?Powerglide的業(yè)務(wù)范圍也擴展到歐洲的邊界之外。Matthieu Hiard是PUNCH公司的NVH工程師，負責(zé)應(yīng)對全球化的挑戰(zhàn)?！拔覀冊絹碓蕉嗟貫閬喼蘅蛻舴?wù)，”Hiard說?！拔覀冃枰O(shè)計變速器，以優(yōu)化新型車輛的聲學(xué)和振動舒適性。為了提高我們在多元文化環(huán)境中的交流水平，我們尋求新的、圖形化的方式來分享信息和結(jié)果，例如展示工作變形（ODS）或扭轉(zhuǎn)動畫。我們的目標是更精確地描述聲學(xué)或振動問題的本質(zhì).”


在處理各種振動聲學(xué)應(yīng)用時，Hiard依賴于Simcenter?SCADAS硬件和Simcenter Testlab軟件數(shù)十年。 “Simcenter測試解決方案非常成熟和可靠。 如今，我們再也不會遇到使用這些工具的問題了?！?nbsp;“數(shù)據(jù)質(zhì)量非常好，軟件的數(shù)據(jù)處理速度也非?？臁?nbsp;該團隊使用了幾種前端設(shè)備:配備V12模塊的Simcenter?SCADAS?305以及兩個用于現(xiàn)場和實驗室測試的Simcenter?SCADAS?Mobile硬件設(shè)備。 通過Simcenter?SCADAS，該團隊可以同時獲取振動和聲學(xué)數(shù)據(jù)，并且通過CAN獲得節(jié)氣門位置信息。 “所有數(shù)據(jù)都邏輯地存儲在一個中央存儲庫中，”Hiard說?！霸撥浖梢院苋菀椎孬@取分析所需的數(shù)據(jù)。然后高速處理采集到的數(shù)據(jù)?！盚iard補充道:“我們非常欣賞該軟件的靈活性，例如在分析角度域的數(shù)據(jù)時，以及快速的后處理，這確實有助于我們在日常任務(wù)中提高效率。對于聲學(xué)分析，我們還使用音頻回放和濾波等工具，這對于理解空氣噪聲如何影響聲學(xué)舒適性非常有幫助。”

該團隊還會用到最先進的Simcenter Testlab模態(tài)分析工具。例如，工程師們現(xiàn)在在Simcenter Testlab內(nèi)部對所有加速計進行校準。最近，PUNCH powerglide被要求對一輛汽車的后門進行模態(tài)分析?！斑@對我們來說是一個相當(dāng)不尋常的要求——我們通常只處理傳動系統(tǒng)，”Hiard評論道?！坝辛薙imcenter測試解決方案，我們能夠提供快速響應(yīng)并滿足這些要求。這是我們的分析工具如何支持業(yè)務(wù)開發(fā)的一個例子。Simcenter Testlab具有非常詳盡的功能。我們非常欣賞它的分析速度，它的易用性和它的功能，如活動圖片，有助于在團隊中有效地共享信息，”Hiard總結(jié)道。


03

以前所未有的速度開發(fā)創(chuàng)新變速箱


基于Simcenter Amesim模型的仿真和基于Simcenter Testlab測試的工程技術(shù)(都是Simcenter產(chǎn)品組合的一部分)的使用，有助于PUNCH powerglide更有效地開發(fā)其創(chuàng)新和復(fù)雜的產(chǎn)品，并更好地控制產(chǎn)品行為。

對變速器進行建模使PUNCH powerglide能夠優(yōu)化新的變速器設(shè)計，并從第一個樣件開始解決正在開發(fā)的變速器中的問題。使用組合測試-仿真方法使團隊能夠比較模擬數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)，以獲得最佳結(jié)果。

與Simcenter合作設(shè)計的新型混合動力變速器6LP2就是這種創(chuàng)新方法的結(jié)果，使PUNCH?powerglide成為開創(chuàng)性變速器的頂級供應(yīng)商。 

“ Simcenter portfolio solutions help   us in an early stage of the project,   especially to do early simulation   and give us indication for perform- ance and fuel economy”


-------Wolfgang De Loth  

Director Technical Center  

PUNCH Powerglide


西門子Simcenter工程咨詢部門將Simcenter產(chǎn)品和工程服務(wù)經(jīng)驗?zāi)軌蜃龅接袡C的結(jié)合，不斷幫助用戶在研發(fā)領(lǐng)域獲得更大的價值，同時幫助我們的Simcenter產(chǎn)品不斷提升，使產(chǎn)品在用戶的實際工作中更加的實用，高效。

同時，西門子Simcenter工程咨詢部門樂意參與到您的工程開發(fā)過程中，基于Simcenter產(chǎn)品為您提供更好的工程服務(wù)。