欧宝(Opel)选择混合的基于频响函数的子结构综合法(FBS)加速NVH工程流程

缩短开发周期，提高消费者对汽车振动噪声（NVH）舒适度的期望，迫使汽车制造商进一步扩展其NVH工程流程的功能和效率。为了满足这些要求，欧宝引进了基于频响函数的子结构综合法（FBS），并验证了这种混合仿真方法在实际中的运用。FBS法能帮助欧宝工程师创建以其组成部件的结构和振动声学频响函数（FRF）为基础的装配模型。通过先前车辆现有部件的FRF和计算新部件的FRF，FBS法能在开发过程早期有效地评价设计方案。这种方法是欧宝使用创新仿真方法策略中的关键步骤，采用这种创新的仿真方法可以进一步提高其车辆NVH开发流程的质量和性能。

寻找更有效的综合解决方案

高级NHV性能的车辆工程比以前更具挑战性，特别是在开发时间不断缩短的情况下。制造商清晰地意识到NVH工程需要一种部件级方法，特别是从更多部件由不同供应商开发以来。作为不断寻找创新解决方案的一部分，欧宝主动研究和验证FBS法。FBS是一种快速的混合仿真方法，具有可靠地将基于FRF的部件模型结合起来的能力，无论这些模型是来自有限元模型还是对样车或先前车辆的测量结果。FBS能帮助工程部门灵活地将基于试验的现有部件的FRF模型与新设计部件算得的FRF结合起来。运用这种方法，能够克服在更高频率预测声学振动FRF精确性降低的问题，也省去了建立纯有限元大型模型的麻烦。只要保证集成有限元模型的高精度标准，FBS特别适合中频范围内的仿真。通过提供传递路径分析(TPA)的仿真，FBS模型还能够对噪音和完全装配的振动性能进行详细的研究。

欧宝公司NVH工程部门FBS负责人Arnold B?hm，这样评价FBS作为一种混合仿真方法的益处，“FBS法能够在基于试验的模型和分析模型之间进行灵活地选择，还提供潜在方案，在设计早期大大提高NVH预测的精确性和速度。这样就减少了试验工作量和在开发过程后期样件数量的需求。为了评价FBS法的精确性和可用性，我们将其运用在一辆现有汽车上，并在成功评价此方法后，逐步将其使用在开发过程中。

应用和检验FBS的实质

确定一个专门的项目，通过实例来验证FBS方法，实例中总成包括子结构和全内饰车身。在第一个阶段，两个部件都用纯试验模型，以排除潜在的有限元模型精确度不够的影响。在顺利通过这一阶段之后，基于试验的副车架模型就被它的有限元模型所取代。为缩短第一个阶段所需的时间，欧宝决定与LMS工程服务部门合作引进最佳的实践方法，并提供专门的测量指导方法。

在项目的第一个阶段，测量副车架和内饰车身的结构和振动声学频响函数，以建立这两个部件基于试验的表达方式。为了研究副车架修改的预测精度，将选择两个不同的副车架：最初的副车架和加强版副车架。另外，应考虑两种不同类型的耦合条件：刚性耦合和柔性耦合。这是通过刚性支架代替弹性支架来实现的。所有的测量都是使用LMS SCADAS III测试硬件和LMS CADA-X软件来实现的，后者包括LMS FBS模块。

精确兼容的部件建模

进行可靠FBS预测的关键是部件精确且兼容的表示方式。为减少测量阶段的系统误差，应用了最先进的技术。为鉴别和消除测量数据中不精确的一小部分，进行了专门的兼容性检查。为此，LMS工程服务部门开发出一项创新技术，它以频率响应确信准则（FRAC）和相位确信准则（PAC）为基础，描述了在两个名义上互逆FRF之间的振幅和相位的相关性。通过在FRAC和PAC矩阵中安排这些值，能够快速评定所有测量的兼容性。这些矩阵能够识别由于采取不合适的测量设置产生的互易性不足，同样也能够识别由于不正确的分类产生的相位错误。

当完成单个部件的实验环节后，欧宝和LMS的工程师组合了部件模型，并且针对不同配置进行了FBS仿真，包括初始与改进的副车架与全内饰车身的刚性和弹性附件。根据直接测量的FRF，可以立即验证预测的振动声学的FRF，并显示出良好的相关性。

FBS及其强大的混合仿真功能

在转换到混合FBS仿真之前，需要比较测得的FRF和计算出的FRF，在振幅和相位上表现出可以接受的匹配。根据这种方法，在系统上进行混合FBS仿真，系统则使用柔性耦合将实验车身和分析副车架相结合。Arnold B?hm对这项工程的结果这样评论道，“混合FBS仿真证明与在此工程早期获得的FBS系统仿真具有很好的相关性。这些发现表明FBS是一种被证实了的仿真工具，能够准确预测更大型系统的修改趋势。FBS是一种非常实用的解决方案，因为只要更新修改结构的定义，它就能够评价设计修改方案。这种工作方式要比更新和重新计算整个系统模型更容易并且耗时更短。”

LMS工程服务部门的项目经理Eike Brechlin博士补充说引进混合仿真方法的成功依靠各种因素的结合，“在20多年中，LMS工程服务部在和像欧宝这样具有创新意识的客户一起进行了很多技术转让项目，取得了很多杰出的成绩。我们知道混合方法的预测精度很大程度上依靠工程技术的最佳结合、丰富的经验积累以及完善的试验技术知识。”

“FBS方法的验证是一个关键成功因素，此因素将混合方法逐渐引入欧宝公司的开发过程中。” Arnold B?hm评论道，“FBS方法结合基于试验的FRF和解析的FRF的功能还帮助欧宝能够在开发过程的每一阶段，灵活地运用并结合适当选择的部件模型。”

通过在概念阶段展开混合仿真，能够有效评价更多数量的设计变型方案，支持细化整车的NVH目标直至总成级和部件级。这样可以让工程部门更加有效地决定需要修改的部件，并确定最佳的设计变型。当考虑到增加不同供应商所承担的开发责任时，FBS方法能够帮助欧宝在无需泄露详细的产品模型信息，保护其自身所有工程技术内容的情况下，更大程度地分享目标、模型和载荷。