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LMS幫助Honda降低摩托車曲軸噪聲

ainet.cn   2009年02月21日

目前市場主流的無限射頻標簽中還有硅片,并且受到制造工業(yè)和設備的影響,成本昂貴,所以很多企業(yè)都在開發(fā)新一代的無線射頻標簽技術。尤其是隨著印刷工業(yè)的飛速發(fā)展和科技進步,一方面導電印刷的出現(xiàn)可以為無線射頻識別標簽有效的降低成本,另一方面,隨著更多導電材料和半導聚合塑料等原材料的問世為無限射頻識別標簽提供了更多可供選擇的廉價原材料。MaDriX聯(lián)盟相信通過這兩面的結合,將為下一代的RFID標簽尋找到發(fā)展的方向,并有效降低其成本,能夠為更多的消費品包裝工業(yè)接受和應用。

 

由德國PolyIC、巴斯夫(BASF)、贏創(chuàng)工業(yè)(Evonik Industries)、ELANTAS Beck和西門子(Siemens)共同投資,并且得到德國教育和研究部(BMBF)贊助支持的科技項目-MaDriX正式啟動,聯(lián)盟企業(yè)將共同投入資金和技術資源,開發(fā)下一代可印刷的無線射頻識別標簽(RFID tags)。

 

PolyIC是這一為期三年項目的負責人。MaDriX項目獲得聯(lián)盟企業(yè)投資為150萬歐元,同時還獲得來自BMBF80萬歐元的專項研發(fā)經(jīng)費。同時該項目也是BMBF5個框架項目中創(chuàng)新關鍵科技項目的一部分,分類在傳導材料科技領域中,該項目還得到了德國航空中心的贊助。通過MaDriX項目形成的企業(yè)聯(lián)盟,將得到德國政府在可印刷電子技術方面的技術支持。

 

采用無線射頻識別技術的標簽,將能夠被射頻裝置所感應和識別,尤其適合在超級市場等場合進行應用。并且無線射頻識別標簽也可以杜絕假冒商品的危害。根據(jù)SpecialChem在歐洲和美國市場的調查顯示,新一代的可印刷無線射頻識別標簽有望在未來十年時間內問世,這將給目前的消費品包裝領域帶來一次重大的技術革新。MaDriX項目中的每一個成員都是行業(yè)中出色的企業(yè),并且在該項目中負責研發(fā)工作和項目管理。其中PolyIC將通盤負責項目發(fā)展進度 ,巴斯夫、贏創(chuàng)和Elantas Beck將為該項目提供不同的原材料,進行半導材料和絕緣材料的開發(fā)。西門子公司則重點開發(fā)可視噴墨打印系統(tǒng),并控制標簽印刷質量。同時還會有諸多的大學和研究機構投入MaDriX項目項目中來。

 

Honda公司是世界上最大的摩托車制造商,以絕對性優(yōu)勢占有全球30%的摩托車市場份額。

 

全球兩輪摩托車市場發(fā)展

 

小型摩托車目前在全世界范圍內快速發(fā)展。在歐洲,兩輪摩托車由于非常適于在擁擠的城市街道間自由穿行,因此受到大眾歡迎。在亞洲和拉丁美洲的許多國家,小型摩托車相當于家庭式汽車,幾乎是每個成年人的必用交通工具。摩托車工業(yè)協(xié)會(Motocycle Industry Council)統(tǒng)計:自2000年起,美國的摩托車銷售額增長了近三倍,2006 上半年的購買力提高了近20%——幾乎是整個摩托車市場平均增長額的兩倍。

 

這對于全球最大的小型摩托車制造商豐田汽車公司來說是個好消息:Honda汽車公司以絕對優(yōu)勢占有全球摩托車市場30%的份額。Soichiro Honda1948年創(chuàng)建了Honda公司,起初他將小型的發(fā)動機裝配在自行車內,以滿足日本國內對小體積、低油耗和低價格交通工具的需求。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,小型摩托車和兩輪摩托車以及成為Honda公司的核心業(yè)務?,F(xiàn)在,Honda公司名列世界內燃機生產商的第一名,而且在2006年取得了全球汽車市場排名第四的好成績。

 

Honda公司針對小型摩托車進行了各種類型的新設計,持續(xù)領先于全球市場。小型摩托車的新型設計適合于不同國家和地區(qū)使用的需求,例如歐洲的Forza系列體型較大,比較適合歐洲的駕駛要求和環(huán)境;泰國的Click系列則是專為亞洲市場研發(fā)的,首次配有自動變速器。驅動這些創(chuàng)新性設計的關鍵動力是Honda公司對高品質和客戶滿意度堅持不懈的追求,以及Honda的品牌意識和領先世界 的卓越性能。

 

低噪聲小型摩托車

 

來自Honda公司的高端小型摩托車以其突出的設計和低噪聲特點而著稱——它的品牌價值在于建立了穩(wěn)固的客戶忠誠度和重復性銷售。Honda對品質的承諾充分體現(xiàn)在Giorno Crea 系列模型的開發(fā)中。在開發(fā)Giorno Crea車型時,Honda公司對物理樣機的液冷式四驅OHC單杠發(fā)動機存在的輕微噪聲,進行了消除。在熱發(fā)動機的WOT過程中聽見的噪聲,音量不是特別大,也并不表示存在機械問題。然而,Honda公司的工程師們認為這是不能接受的噪聲,因為這種噪聲是發(fā)動機內部零件松動的表征,并且與Honda公司力創(chuàng)的低噪音型摩托車不相匹配。為了解決這個問題,Honda公司與LMS公司的工程咨詢部密切合作,快速地識別出噪聲源,并且提出了適當?shù)慕鉀Q方案。

 

 

LMS工程咨詢部幫助我們盡早地在摩托車設計中考慮低噪聲,而無需在開發(fā)后期才進行問題診斷?!?/SPAN>

 

Honda工程師詳細地闡述了他們的問題和目標,然后我們在城鎮(zhèn)周圍駕駛Scooter進行測試,‘聆聽’了機車發(fā)出的噪聲。這是這個項目最主要的階段之一:細致地了解對于客戶來說至關重要的主要技術和商業(yè)問題,”LMS公司項目負責人Win Hendricx解釋說?!拔覀兊年P注點不僅僅是降低噪聲,還要幫助Honda公司培養(yǎng)自己的能力來提高小型摩托車的聲音品質?!?/SPAN> LMS公司工程咨詢部在解決這樣的振動噪聲問題方面積累了數(shù)十年的經(jīng)驗。在研究噪聲問題方面,他們細致探究了聲音產生過程的三個因素:聲源(通常有振動現(xiàn)象存在),傳遞路徑(振動通過結構傳遞的路徑),和聲音輻射(部分結構的振動產生噪聲)。Hendricx表示在這一方面研究中采用了很多LMS專有的技術?!岸嗤ǖ罃?shù)據(jù)采集系統(tǒng)與集成性分析仿真軟件,是我們的主要工具,一方面幫助客戶快速地識別這些因素中存在的問題,另一方面用來判定如何打破他們之間的關聯(lián),來減少噪聲輻射?!?/SPAN>

 

為了準確研究小型摩托車的噪聲,聲級測量規(guī)定在全速運轉的WOT試驗中:頻率帶寬在9002,000Hz之間的聲音為噪聲。通過各個幅值和頻率的頻譜分析以及聲音品質的研究,發(fā)現(xiàn)噪聲與氣門裝置(valve train),發(fā)動機制動或者任何獨立的結構共振(single resonance)都沒有關系。真正的噪聲源是與曲軸的動態(tài)性能相關的,發(fā)動機點火時,曲軸的動態(tài)響應產生的力作用于球軸承及其外圈,這導致發(fā)動機外殼振動,因此產生噪聲輻射。

 

聲音產生的三個因素

 

LMS工程師的下一步就是創(chuàng)建曲軸的裝配模型,把它作為噪聲源,創(chuàng)建傳遞噪聲的機械裝置——軸承,以及導致噪聲輻射的發(fā)動機外殼。工程師使用LMS仿真軟件的各種結構建模功能,創(chuàng)建了發(fā)動機外殼的有限元模型,其中包括小型摩托車框架和發(fā)動機裝配。以曲軸裝配系統(tǒng)為例,通過壓嵌方式連接的零部件之間的連接關系,例如曲柄銷,和通過螺栓連接的零件之間的內部關聯(lián),例如自動傳送曲軸皮帶盤,可以利用剛度線性和旋轉彈簧進行虛擬表述。

 

為了證實構建的曲軸和發(fā)動機外殼有限元模型的有效性,工程師對已有的物理零部件進行了實驗模態(tài)分析(EMA)試驗,并且使用LMS模態(tài)相關性分析(MAC)技術將測量結果與有限元仿真結果進行了比較。根據(jù)這些試驗數(shù)據(jù),有限元模型進行輕微的調整,以反映出物理零件的真實響應。球軸承的徑向和軸向的動態(tài)剛度表述可以通過物理試驗更簡單地實現(xiàn)。在特殊的試驗臺上,電動振子產生5KHz的脈沖,可以測得內部和外部經(jīng)向環(huán)套之間的位移。計算結果顯示,當軸承在非常高的溫度下運轉時,產生明顯的噪聲。因為,鋁制的外殼的熱膨脹比鋼制軸承經(jīng)向環(huán)套的熱膨脹程度大。基于這些數(shù)據(jù),軸承模型的創(chuàng)建采用六個線性彈簧,并且考慮軸承的徑向和軸向的間隙。

 

創(chuàng)建混合模型

 

曲軸和發(fā)動機外殼的有限元模型,結合軸承的動態(tài)剛度模型,都集成在整個發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的多體動態(tài)混合模型中。使用LMS專業(yè)的數(shù)據(jù)管理流程可以創(chuàng)建上述的混合仿真模型,也就是將虛擬的和基于試驗的表述結合在一個統(tǒng)一的虛擬模型中。這種突破性技術使得試驗采集的數(shù)據(jù),或者有限分析數(shù)據(jù),以及其他仿真結果,都毫無差別地作用于混合模型中。

 

 

燃燒產生的力可以由發(fā)動機試驗測量獲得,將這些數(shù)據(jù)應用于虛擬模型中,可以預測輻射噪聲。為了驗證仿真的精確度,可以將預測的噪聲與試驗測量的聲級進行比較。結果,仿真分析數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)之間的相關性非常接近,因此充分驗證了仿真模型。

 

“在開發(fā)項目的早期階段創(chuàng)建虛擬模型需要大量的時間和精力,”LMS公司虛擬仿真項目工程師Bart Vandenplas說?!叭欢ㄟ^這種方式開展的開發(fā)流程可以節(jié)省大量時間,因為工程師能夠輕松地修改虛擬模型的不同零部件,并且評估修改對系統(tǒng)的影響,例如,輻射噪聲。使用LMS的虛擬模型,我們能夠為客戶提供所需的工具,來識別問題,評價修改方案,并且在證實物理硬件之前優(yōu)化設計。我們采用團隊方法,使我們能夠與客戶密切合作,這樣他們也能夠使用這些工具以及自己獨特的專業(yè)技術和產品技能,來解決他們開發(fā)程序中的重要問題?!?/SPAN>

 

最佳的解決方案的細節(jié)分析

 

Vandenplas解釋說了解虛擬發(fā)動機的不同參數(shù)特性,為各種設計修改方案提供非常有價值的見解,能夠進一步解決噪聲問題。噪聲源、傳遞路徑和輻射零部件的修改包括:增加機軸(crankshaft)質量,采取不同的機軸設計,改變軸承的間隙,并使用不同的軸承,還利用肋材增加發(fā)動機外殼的剛度。多次仿真結果顯示降低噪聲最顯著的是將滾球軸承替換為平面軸承,也稱為經(jīng)向軸承。這種軸承設計相對簡單,成本低,質量輕,易于修理,并且能夠承受較高的載荷。在真實的物理樣機中采用了平面軸承的確減少了噪聲,因此也驗證了虛擬仿真技術的準確度。

 

可持續(xù)的研發(fā)解決方案

 

“在這個項目中,在保持已有的發(fā)動機設計基礎上,將曲軸中的球軸承替換為經(jīng)向軸承, 并且不是通過增加吸聲材料減低噪聲,這樣不僅減輕了摩托車的重量還降低了制造成本?;旌戏抡娣椒ǐ@得了證實,是改善摩托車設計的關鍵因素,同時避免了大量的試驗-修改的重復性工作,”參加這個項目的Honda公司工程師認為。

 

“我們除了在這個特定項目中獲益以外,LMS公司工程咨詢部還幫助我們在今后的產品開發(fā)項目中,仍使用這個流程,這樣我們就能夠在開發(fā)的初始階段考慮摩托車的低噪聲,而不是到開發(fā)后期才努力進行噪聲的問題診斷。這樣使得我們可以比以前更快地推出新車型,保持高品質設計標準,并降低成本。從這一角度考慮,LMS公司不僅僅提供的是工具和服務。他們和我們共同合作,了解我們的最終目標,是Honda公司的密切合作伙伴,能真正幫助我們開發(fā)世界上最好的摩托車?!?/SPAN>

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標簽:LMS Honda 降低摩托車 曲軸噪聲 我要反饋 
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