成就客户
Simcenter Testlab助力汇众汽车解决传动系扭振问题
业务诉求:
有研究表明，对于旋转机械系统轴系扭振是一种普遍存在的动力学现象，是旋转机械发生故障、产生振动噪声问题的重要原因之一。当汽车出现扭振共振以及扭振、弯曲共振时，汽车会出现较严重的振动与噪声问题，影响动力传动系统的工作可靠性。
解决方案:
汽车动力传动系统实际上存在两类振动形态，即扭转振动和弯曲振动，不仅具有各自的固有模态，而且还存在一定程度的耦合。为更好地控制动力传动系统的扭振问题以某轻型客车动力传动系统的扭振现象为例利用SimcenterrmTM TestlabimTM software试验具，开展试验研究，分析该车型时频域、阶次特征，从而确定扭振产生的原因。
实施效果：
以某款轻型客车为研究对象，利用Simcenter Test扭振测试解决方案，确定了该车型出现扭振问题的主要原因。全油门加速工况下，变速器输出端二阶扭转角很大，峰值达2°，出现在1380r/min左右，幅值大于1.5°的转速区间为1180~1450r/min，这对整车NVH性能有极大的影响;驱动桥主减输入端的二阶扭转角峰值为1.5°，出现在1500r/min附近目幅值大于1°的转速区间为1150~1650r/min,，这同样对整车NVH性能有很大的影响。
企业背景介绍
上海汇众汽车制造有限公司(以下简称“上海汇众”)成立于 1992 年，是上海汽车集团股份有限公司下属汽车底盘系统生产企业。公司下属共有1家研发中心，12 家生产基地，5 家合资公司，是上海市“高新技术企业”之一。上海汇众主要致力于生产各类乘用车和商用车底盘系统，具备研发和制造包括冲压、焊接、电泳、金加工、装配、热处理)的能力。公司产品覆盖 A0 级-℃ 级轿车、SUV 以及MPV，是上海大众、上海通用和上海汽车各款轿车的配套供应商。
企业亟待解决的业务问题
汽车正常行驶时的激励源有路面不平度输入、发动机激励、传动系统中齿轮啮合激励、万向节动态传递特性以及车轮的动不平衡等，当这些激励频率与动力传动系统扭振的固有频率一致或接近时，会发生扭振共振，此时将在动力传动系的某些区段产生很大的共振载荷，甚至可能在变速器齿轮副、差速器主被动齿接触面等引起扭转冲击。扭振共振问题一旦出现，往往都会给汽车NVI带来很大的影响，严重影响汽车的乘坐舒适性及品牌质量。
企业应用实践与探索
企业与西门子工业软件的合作历程：
上海汇众旨在为汽车制造商建立一个完整的生产网络。该公司可提供多元化的交付成果、增加产量、缩短交付时间并支持频繁变化的需求，从而满足汽车制造商的要求。上海汇众拥有庞大的组织架构和分布广泛的生产工厂。信息系统在这家大型企业中发挥着至关重要的作用，负责协调名个业务细分市场，例如，研究、设计、制造、采购和财务。功能强大的产品研发系统是妥善满足其业务需求的最佳解决方案。1996年，上海汇众实施了NXTM 软件，以此作为其产品设计工具。至今为止，上海汇众一直跟西门子工业软件保持非常紧密的沟通及合作，并陆续引进了西门子工业软件其他平台，如Teamcenter®software, Simcenter Testlab等等。
解决方案实际应用情况与探索:
某款轻型客车由于扭振问题比较突出，严重影响了汽车NVH性能，并产生了很大的客户抱怨(投诉)。该款轻型客车采用发动机前置后轮驱动，动力总成为四缸直列柴油发动机与六档手动变速器，动力总成与驱动桥之间采用三段式传动轴。样车的主要技术规格见表1。
发动机转速传感器是ECU控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转速信号和发动机转速信号从而使ECU能按气缸的点火次序发出最佳点火指令。
轻型客车上的柴油发动机采用了磁电转速传感器，曲轴上的齿圈转动时不断切割它的磁力线而感应出电压信号。为测量发动机转速信号，可直接从磁电转速传感器上直接引出电压信号，输出至simcenterSCADAS数采前端，如图1所示。
图1 发动机转速信号采集
考虑到霍尔转速传感器具有输出信号不受转速值的影响、测量频率范围宽、稳定性好以及抗外界干扰能力强等优点，采用霍尔转速传感器来采集变速器输出端的转速信号。霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此，试制齿数为60的齿圈齿圈转动时将不断切割霍尔传感器的磁力线而感应出电压信号，从而获得转速信息，如图2所示。驱动桥主减输入端转速信号采用同样的方法采集。
图2 变速器输出端转速信号采集
采用simcenter SCADAS数采前端，分别对样车原地定置、发动机缓加速工况与直接档全油门加速行驶工况下动力传动系统的扭振特性进行试验测试与分析。
实施成效:
试验过程中，该款轻型客车变速器挂五档，以最低稳定车速行驶，然后快速将油门踏板猛踩到底，使发动机全油门运转记录汽车加速行驶过程中的转速信号。如图3所示为发动机、变速器输出端、驱动桥主减输入端的扭转角Colormap图，可以看出:
1)受发动机二阶主谐次激振力影响，发动机飞轮扭转角主要为二阶、四阶谐次
2)变速器输出端的二阶扭转角最大，可能原因是受离合器、变速器与传动轴的综合影响，且在100Hz有轻微共振
3)驱动桥主减输入端的扭转角响应中二阶扭转角最大，由于传动轴动平衡的影响，产生了一阶谐次的贡献，发动机1900r/min附近的共振是由于转速脉冲的抖动引起，并非动力传动系统的扭转共振。
(a)发动机飞轮
b)变速器输出端
(c)驱动桥主减输入端图
图3传动系扭转角Colormap图
通过阶次跟踪，提取一阶、二阶、四阶扭转角，如图4所示为扭转角结果对比。可以看出:
1)驱动桥主减输入端的一阶扭转角最大，且整个加速行驶过程中较稳定，在0.3°~0.4°之间。
2)受动力传动系统扭振模态影响，发动机、变速器输出端、驱动桥主减输入端的二阶扭转角峰值出现的转速并不完全相同。发动机二阶扭转角峰值出现在1160r/min左右，大小为0.92°;变速器输出端二阶扭转角很大，峰值达2°，出现在1380r/min左右，幅值大于1.5°的转速区间为1180~1450r/min，这对整车NVH性能有极大的影响，而且，在1500r/min附近还存在一较小的峰值;驱动桥主减输入端的二阶扭转角峰值为1.5°，出现在1500r/min附近，且幅值大于1°的转速区间为1150~1650r/min，这同样对整车NVI性能有很大的影响。
3)四阶扭转角峰值均低于0.25°，对整车NVH性能影响较小。
(a)一阶贡献对比
(b)二阶贡献对比
(c)四阶贡献对比
图4 扭转角阶次贡献
对比对某轻型客车动力传动系统的扭振特性进行实车试验，主要结论如下:
直接档全油门加速行驶工况，变速器输出端二阶扭转角峰值达2°，幅值大于1.5°的转速区间为1180~1450r/min，驱动桥主减输入端的二阶扭转角峰值为1.5°，幅值大于1°的转速区间为1150-1650r/min，这应该是整车出现共振噪声的主要原因。
实施企业反馈与点评:
“一，我们要对离散的数据进行统一规范、标准和管理；
二，要对各流程进行标准化；
三，要使得设计、工艺和管理人员能够实现信息共享和知识管理；
四，促进企业建立自主研发体系。”
熊斌 PLM项目负责人
上海汇众
未来合作展望:
整车开发流程需要界定一款车型从概念设计开始，经过产品设计、工程设计到制造，最后转化为商品的整个过程。挑战在于，在具体的研发项目操作时，车辆研发单位往往需要处理大量的变更，每次变更如果都需要进行系统或者子系统级别的测试，研发效率和成本将失去控制。Simcenter Testlab试验解决方案是具备快速且全面的综合分析以及完备报告工具的多通道数据采集系统，可用于NVH及声学工程应用。测试结果数据可以无缝集成导入到仿真软件中。simcenter解决方案在整车开发周期中最重要的性能指标优化流程中作用显著，在用户间的协同部署以及和已有工作无缝集成等环节贡献突出。Simcenter技术支持团队和汇众汽车的工程师之间的完美合作，将让一切研发工作变得更简单、顺畅。
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