背景:

        法雷奧是一家汽車零部件供應商，與世界各地衆多汽車制造商合作，法雷奧擁有各種品牌的雨刷器，設計美觀、高效且易于适應所有車輛。

挑戰：

• 如何實現與測試關聯的仿真流程

• 避免在雨雪冰凍條件下進行測試

• 改進電機以減輕重量并優化系統性能

• 擴展包括控制在内的仿真流程

關鍵因素：

• 采用Simcenter 3D Motion，将機構和有限元相結合

• 包含柔性體的電機精确建模

• 系統級仿真

結果：

• 提升仿真精度

• 降低物理樣機成本

• 提升産品聲譽

使用Simcenter 3D預測雨刮器性能

        雨刮器要确保在任何速度和任何情況下都能保持擋風玻璃能見度，從而有助于駕駛員的安全駕駛。它們通過來回移動，有效地去除水、雪和灰塵。盡管存在設計變化，但大多數雨刮器系統都是将電機與渦輪齒輪結合起來，通過連接将電機的輸出轉換爲雨刮器運動。這個過程看起來很簡單，但實際上比較複雜。

        雨刮器葉片需要完美貼合擋風玻璃的形狀，并且必須在各種操作條件下無數次重複相同的動作。大雨環境下可能需要很大的加速度，這需要電機産生比較大的驅動力矩。傳感器用于檢測要去除的水量，保證擦拭動作完成後，葉片回到駐車位置。

        “在确定我們雨刮器系統的尺寸時，兩種載荷工況至關重要：雪載荷以及冰凍條件下雨刮葉片被凍結在擋風玻璃上。”法雷奧雨刷系統仿真經理Christophe Joly說：“測試這些工況需要繁瑣的設置并且耗費了我們大量的時間，特别是當我們需要在多個物理樣機中重複這一過程。因此，通過仿真預測、優化這些性能非常重要的。這可以大大減少實驗室的工作量。”

Simcenter 3D Motion構建雨刮器機構動力學模型

Simcenter 3D Motion接觸斑點分析

        Simcenter 3D Motion能夠對雨刷片以不同角度停滞負載工況進行真實載荷預測。由于仿真結果與評估期間的測量數據相吻合，法雷奧采用該軟件作爲日常産品開發工具。

        “Simcenter 3D Motion是系統級的仿真工具，因此，它在雨刷部門的每個項目中都被使用。它還被用于驗證電機是否足以在極端情況下工作。在幾天内，我們就可以完成所有的計算，并得到一份關于整個雨刷系統的完整詳細報告。” 法雷奧雨刷系統仿真經理Christophe Joly評價道

        在評估過程中，法雷奧工程師創建了兩個不同的虛拟雨刷系統，将機構的動力學模型與柔性部件的有限元模型相結合。仿真結果與實際物理樣機上力和扭矩傳感器的測量結果進行了比較。Christophe Joly說：“無論是在雪荷載工況下的峰值，還是在冰封情況下的平衡荷載，兩者之間的差異都保持在20%以下。”“當考慮到實驗值的離散時，差距變得更小。此外，我們還可以研究失速角，這對我們來說是全新的。該軟件允許法雷奧工程師最終部署一種标準的方法來進行真實的機構模拟。”

        “以前，載荷通常是由經驗定義的，我們使用靜态方法。這并不一定是正确的，” Christophe Joly說道。“使用Simcenter 3D Motion，我們可以真正模拟在物理實驗室中所做的事情，考慮真實的電機，系統剛度值，溫度等。我們花在仿真上的時間比例和以前一樣。但在這段時間内，我們獲得了更高質量的結果。現在可以對我們的仿真結果更有信心，并将其用于預測産品性能，減少了我們對物理樣機的需求。這正是我們的客戶想要的。”

        由于減少了對物理樣機的需求，法雷奧的工程師們也對這種新的流程印象深刻。新的軟件模塊無縫集成于法雷奧的标準設計環境，使得仿真模型的創建更爲便捷。最重要的是Simcenter 3D Motion求解器運行得非常快，結合其求解精度，大大減少了所需的物理樣機數量。

構建完整的機電一體化仿真解決方案

        除了機械系統的尺寸，Simcenter 3D Motion仿真技術也可以處理電機設計和整體細化。法雷奧的工程師目前正在研究這方面的能力。在第一階段，Simcenter 3D Motion可以用來創建剛體電機模型，确定關節中的載荷，檢查齒輪部件之間的接觸，并提取載荷以确定齒輪箱的尺寸。然後用有限元的方式創建柔性部件代替齒輪箱進行動态多體仿真。基于該流程，研究齒輪箱的應力和變形。

Simcenter 3D Motion雨刮器載荷計算

        更爲重要的是，這個模型可以擴展柔性的擺臂和雨刷葉片。這樣就可以研究如何減少材料的使用，檢查零件剛度對角度的影響，在其安裝到擋風玻璃之前定義目标特征頻率以及修改電磁輸入。法雷奧工程師希望利用這些基于仿真的流程來促進機械和電機團隊之間的合作。在同樣的背景下，法雷奧還專注于Simcenter 3D Motion和MathWorks的MATLAB之間的機電聯合仿真，以解決機電一體化的挑戰。

Simcenter 3D Motion雨刮器剛柔耦合仿真

        “如果我們想達到盡可能高的精度，我們需要包括電機的真實性能，” Christophe Joly說。“如果我們必須等到電機團隊提供所有參數，這将推遲研發進程。聯合仿真可以在電機樣機可用之前進行計算，從而提高開發早期仿真結果的準确性，并在團隊之間進行更多的信息交流。”

        “Simcenter 3D Motion和MATLAB Simulink之間的聯合仿真是我們正在尋找的技術類型，” Christophe Joly總結道。“這将使機械團隊能夠做出更好的仿真結果，而電機團隊可以在項目早期獲得更多的整體性能數據。這一流程将幫助我們更好地了解我們産品的性能，并在未來節省大量的開發時間。”