Utiliser la simulation pour accélérer et améliorer les choix de conception de transmission

À la recherche d'une optimisation plus rapide

Hyundai Mobis développe et fournit une variété de systèmes pour les constructeurs automobiles, y compris des systèmes de direction et des transmissions pour véhicules électriques. Auparavant, l'entreprise devait construire de nombreux prototypes de ces systèmes, mais les clients exigeant des délais de livraison de plus en plus courts. Il a fallu adopter une approche plus rationalisée. Sans le bruit masquant du moteur à combustion interne (ICE), chaque son ou vibration mineure est beaucoup plus perceptible dans un véhicule électrique. L'utilisation de la simulation permet une itération et une optimisation beaucoup plus rapides avec un jumeau numérique qui garantit que les ingénieurs peuvent faire des choix de conception éclairés.

Pour répondre au besoin de développement accéléré, Hyundai Mobis a adopté le logiciel Simcenter™ 3D, qui fait partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator de logiciels, services et matériel. Les capacités de simulation de ce logiciel permettent aux ingénieurs de prédire avec précision les performances des systèmes et d'accélérer l'optimisation de la conception sans créer de prototypes.

Simcenter 3D Motion

Ho-Gil Yoo, ingénieur de recherche en NVH (bruit, vibrations et secousses) chez Hyundai Mobis, affirme que l'entreprise a déjà obtenu d'excellents résultats avec Simcenter 3D et souhaitait aller encore plus loin. "Nous avons choisi Simcenter 3D en raison de ses puissantes capacités de simulation acoustique", explique-t-il. "Nous l'avions utilisé avec succès pour d'autres systèmes, mais nous avions besoin de nouveaux outils pour simuler la transmission électrique. Les erreurs de transmission sont l'une des principales causes de mauvaises performances NVH, mais la plupart des outils d'ingénierie des systèmes d'engrenages sont quasi-statiques, ce qui rend les erreurs difficile à identifier. Nous avons ajouté Simcenter 3D Motion à notre boîte à outils, car ses capacités de simulation dans le domaine temporel nous permettent de capturer avec précision les caractéristiques dynamiques du système et d'optimiser les conceptions."

M. Yoo affirme que, même si la création de modèles complexes prend du temps, le logiciel a efficacement rationalisé le processus. "Simcenter 3D simplifie la synchronisation de l'analyse acoustique structurelle avec les modèles cinématiques en une seule procédure", explique-t-il. "Une fois le modèle simple établi, nous avons augmenté la fidélité en ajoutant de la conformité au système. Nous avons utilisé le solveur structural Simcenter Nastran pour calculer les corps flexibles, puis nous les avons entrés dans le modèle Simcenter 3D Motion."

Validation avec des données de test

Pour s'assurer que les données de simulation et les modifications de conception qui en résultent prédisaient correctement les performances, il était crucial pour M. Yoo et son équipe de valider les résultats par rapport aux tests NVH physiques. Après avoir comparé les données initiales, il a constaté qu'il y avait des différences significatives entre les fréquences modales du test et de la simulation, il a donc utilisé une combinaison du logiciel Simcenter Testlab™ et de Simcenter 3D Correlation pour améliorer les modèles d'éléments finis (EF) structurels et obtenir une corrélation modale. Cela a contribué à renforcer la confiance de M. Yoo dans les
résultats de la simulation.

"Quand nous avons importé les résultats des tests dans Simcenter 3D Correlation, nous avons pu voir si nous avions besoin de plus d'itérations pour améliorer la fidélité", ajoute M. Yoo. "Lorsque c'était le cas, nous avons connecté le modèle à HEEDS pour exécuter automatiquement des simulations afin de trouver un résultat optimisé de manière statistiquement efficace, ce qui a augmenté notre vitesse et la précision de la corrélation."

"Nous avons constaté que Simcenter 3D Motion est très puissant pour étudier les systèmes de manière plus approfondie. Il reproduit fidèlement les résultats des tests physiques, ce qui nous permet d'utiliser la simulation en toute confiance pour améliorer nos conceptions."

Plus rapide et meilleur

À mesure que M. Yoo a étendu l'utilisation de Simcenter 3D, il se déclare satisfait du support reçu de la part de Siemens Digital Industries Software. "Tous les ingénieurs Siemens connaissent le logiciel incroyablement bien", dit-il. "Ils prennent le temps de comprendre les problèmes sur lesquels nous travaillons et offrent toujours d'excellentes perspectives sur la meilleure façon pour nous de procéder."

Les simulations ont conduit à des modifications de conception dans la microgéométrie qui ont réduit les erreurs de transmission et amélioré les performances NVH. "Nous avons constaté que Simcenter HEEDS inspire des idées de conception auxquelles nous n'aurions pas pensé nous-mêmes, donc non seulement il nous aide à optimiser plus rapidement, mais il conduit également à des choix de conception meilleurs et plus efficaces."

"En tant qu'êtres humains, il est facile de ne même pas envisager certaines options parce qu'elles ne semblent pas réalistes. Mais l'algorithme automatisé n'est pas limité par ces pensées. Il recherche simplement la meilleure optimisation afin d'explorer toutes les configurations possibles, y compris celles qui prendraient trop de temps à étudier manuellement."

Maintenant que le nouveau processus est en place, M. Yoo s'attend à ce que le temps de conception soit considérablement réduit à l'avenir : "Un modèle détaillé de corps flexible contenant chaque composant individuel est précis, mais la simulation prend beaucoup de temps. Cependant, Simcenter 3D nous permet de réduire les détails du modèle lorsque nous créons le modèle cinématique tout en conservant une précision suffisante pour l'analyse NVH."

Au-delà des transmissions

Fort de ce succès avec la conception de transmission, M. Yoo est désireux d'utiliser une méthodologie similaire avec d'autres systèmes. "Nous envisageons d'utiliser Simcenter 3D Motion pour analyser la direction, le freinage et d'autres systèmes d'entraînement électrique", déclare-t-il. "Cela permettra une meilleure optimisation et nous aidera à améliorer davantage les performances globales NVH des véhicules."

"Nous avons également récemment ajouté l'outil Simcenter 3D Motion Gear Design Optimization (GDO) qui, combiné à Simcenter HEEDS, devrait accélérer encore davantage les itérations. Ce processus prenait jusqu'à deux semaines dans le passé, mais il le réduit à seulement trois ou quatre jours au maximum."