使用仿真实现更快更好的变速箱设计选择

寻求更快的优化

现代摩比斯为汽车制造商开发和供应各种系统，包括转向和电驱动变速器。以前，公司需要为这些系统构建许多原型，但随着客户要求交付时间越来越短，必须采用更简化的方法。如果没有内燃机 (ICE) 的遮蔽噪声，电动汽车 (EV) 中的每一个细微声音或振动都会更加明显。使用仿真可以通过数字孪生更快地进行迭代和优化，确保工程师能够做出明智的设计选择。

为了满足加速开发的需求，现代摩比斯采用了 Simcenter™ 3D 软件，这是 Siemens Xcelerator 软件、服务和硬件业务平台的一部分。借助该软件的仿真功能，工程师无需创建原型即可准确预测系统性能并加快设计优化。

Simcenter 3D Motion

现代摩比斯的噪声、振动与声振粗糙度 (NVH) 研究工程师柳浩吉 (Ho-Gil Yoo) 表示，公司使用 Simcenter 3D 已经取得了卓著的成果，并希望进一步扩展这一功能。“我们之所以选择 Simcenter 3D，是因为其强大的声学仿真功能，”他解释道。“我们已经成功地将它用于其他系统，但我们需要新的工具来仿真电动传动系统。变速箱错误是 NVH 性能不佳的主要原因，但大多数齿轮系统工程工具都是准静态的，因此很难识别。我们将 Simcenter 3D Motion 添加到我们的工具集中，因为它的时域仿真功能使我们能够准确捕获系统的动态特性并优化设计。”

柳先生表示，虽然创建复杂模型需要时间，但该软件有效地简化了流程。“Simcenter 3D 使结构声学分析和运动模型只需一个程序即可同步，”他解释道。“一旦我们有了简单的模型，就可以提高系统的合规性，从而提高保真度。我们使用 Simcenter Nastran 结构求解器来计算柔体，然后将其输入到 Simcenter 3D Motion 模型中。”

使用测试数据进行验证

为了确保仿真数据和任何由此产生的设计更改都能准确预测性能，柳先生和他的团队必须对照物理 NVH 测试来验证结果。在比较初始数据后，他发现测试和仿真的模态频率之间存在显著差异，因此他结合使用了 Simcenter Testlab™ 软件和 Simcenter 3D Correlation 来改进结构有限元 (FE) 模型并实现模态相关性。这让柳先生对仿真结果充满信心。

“当我们将测试结果导入 Simcenter 3D Correlation 时，我们可以确定是否需要进行更多迭代以获得更高的保真度，”柳先生说道。“如果需要，我们将模型连接到 Simcenter HEEDS 以自动运行仿真，以统计上有效的方式找到优化结果，这提高了我们的速度和相关性的准确性。”

“我们发现，Simcenter 3D Motion 在深入研究系统方面非常强大。它可以准确反映物理测试结果，让我们对使用仿真改进设计充满信心。”

更快且更好

随着 Simcenter 3D 使用范围的不断扩大，柳先生对 Siemens Digital Industries Software 给予的支持感到非常满意。“所有西门子工程师都非常了解该软件，”他说。“他们花时间了解我们正在处理的问题，并始终就我们继续前进的最佳方式提供出色的见解。”

这些仿真促成了微观几何体设计更改，减少了传输错误并提高了 NVH 性能。“我们发现，Simcenter HEEDS 激发了我们自己无法想象的设计理念，因此它不仅帮助我们更快地优化，而且还带来了更好、更高效的设计选择。”

“人类甚至很容易就不考虑某些选项，因为它们看起来不现实。但自动化算法并不局限于这些想法。它只是寻找最佳优化，以便探索每一种可能的配置，包括那些因手动调查而过于耗时的配置。”

现在，新工艺已经就绪，柳先生预计未来的设计时间将显著缩短：“包含每个组件的详细柔体模型都很精确，但仿真需要很长时间。但是，Simcenter 3D 使我们能够在创建运动模型时减少模型细节，同时为 NVH 分析保留足够的精度。”

超越变速箱

在经历了变速箱设计的成功后，柳先生热衷于将类似的方法用于其他系统。“我们正在考虑使用 Simcenter 3D Motion 来分析转向、制动和其他电驱动系统，”他说。“这将提供更好的优化，并帮助我们进一步提高车辆的整体 NVH 性能。”

“我们最近还添加了 Simcenter 3D Motion 齿轮设计优化 (GDO) 工具，它与 Simcenter HEEDS 结合使用，应该会进一步加快迭代。过去，这个过程可能需要长达两周的时间，但现在最多只需要三到四天。”