设计仿真 | Adams FMI联合仿真助力福特汽车优化燃油经济性和NVH性能

针对NVH与燃油经济性间平衡的车辆动力系统优化：一项系统性工程挑战与解决方案


1. 项目背景与挑战

在现代车辆设计中，提升NVH（噪音、振动与不平顺）性能和保证燃油经济性之间往往存在相互制约的复杂权衡关系。具体而言，当发动机怠速或低转速运行于高负载下时（如在高挡位时），车辆可能出现拖拽现象。在驾驶员加速油门时，由于发动机输出扭矩效率的降低（与发动机转速与负载不匹配），车辆的加速度普遍不高。在这种情况下，低频、高能级的振动通过传动系统传递至座椅轨道、方向盘乃至舱内，形成干扰驾驶员和乘客体验的噪音隐患。




控制这类现象的关键在于变速箱与发动机的协调工作，其中液力变矩器成为核心执行器之一。液力变矩器通过流体联轴器将发动机扭矩传递并放大至变速箱，主要由泵、涡轮、叶轮以及充满传动液的腔体组成，同时配合锁止离合器和阻尼器以调节扭矩传递效率与稳定性。在继电器的有效调制下，可在直接连接发动机与变速箱之间建立更直接或更加柔和的扭矩传递模式，旨在兼顾更高的燃油效率与更加优秀的NVH性能。

然而，这一平衡难以实现。NVH工程师倾向于使用较高的滑移转速来降低噪音振动，以满足NVH性能要求，而专注于燃油经济性的团队则力求降低滑移转速以提高能效。这种权衡导致设计时在后项目阶段对振动幅度的精确量化，而这一阶段往往面临改动成本高昂的问题，可能会延误产品的生产周期。福特公司应对此挑战制定了解决策略。

2. 解决方案的实施

福特公司借助了Adams的控制联合仿真（Control CoSimulation）技术与功能模型重用接口（FMI; Function Mockup Interface）工具，以实现跨多个开发阶段的系统协作与性能预估。这一过程通过开放标准（FMI标准）的支持下，能够将物理定律与控制系统模型集合，创建虚拟车辆产品进行模拟与预测，从而减少了实体原型设计阶段的不确定性与高昂成本。

在这项联合仿真的部署中，Adams 3D传动系统与车辆模型作为主模型，用于构建详细的动力传动体系架构。整车模型则包括底盘、悬挂、转向、刹车与车轮等关键子系统。同时，AMESim技术模型组件，则为变矩器提供了一个基于PID（比例积分导数）控制策略的滑移管理模块，依据实际滑移量与预期目标量的差异，精确计算并调节变矩器离合器的法向力输入。

通过这一策略，车辆在对不同发动机转速与滑移转速值的模型中进行严密度测试。结果表明，在保证NVH性能目标范围内的规格，滑移转速应在40 rpm左右为最优解决方案。相较于传统计算与实验方法，联合仿真技术允许福特在产品开发早期采取智能决策，妥善权衡发动机速度、滑动比率与能源效率，持续优化。另一方面， FAR 振动幅度分析等技术则进一步研究了离合器减振器行为对整个传动系统振动的影响，对方向盘与座椅轨道振动进行低频域细化研究，并比较了不同滑移比例下的振动差异。

通过持续的模型迭代与物理测试结果验证，福特能够进一步完善液力变矩器模型的复杂性，并准确预测法向力的动态行为，从而实现动力系统设计的卓越优化。这一集成过程贯穿到设计周期早期，为福特提供了在NVH性能与燃油经济性之间高效实现互惠共赢的解决方案。

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...