Neue automatisierte Lösung verkürzt NVH-Prüfzeiten von Tagen auf Stunden

Die automatisierte Komponentenmodell-Extraktion nutzt einen selbstmessenden Prüfstand, bei dem starre Virtual-Point-Adapter fest montierte Shaker und Beschleunigungssensoren tragen. Eine automatisierte Steuereinheit ist über einen Verstärker und ein Simcenter SCADAS Frontend mit einem Laptop verbunden, auf dem Simcenter Testlab ausgeführt wird.

Die Elektrifizierung von Fahrzeugen und die industrielle Präzisionstechnik haben die akustischen Anforderungen an elektromechanische Nebenaggregate deutlich verschärft. Durch den Wegfall der Maskierungsgeräusche von Verbrennungsmotoren übertragen sich hochfrequentes tonales Heulen, harmonische Zahnradeingriffsordnungen und Körperschallvibrationen von elektrischen Servolenkungen, Wärmemanagementpumpen, Kältemittelkompressoren und mechatronischen Aktuatoren direkt in den Fahrzeuginnenraum und das Chassis. In der Vergangenheit erforderte die Vorhersage des Verhaltens einer bestimmten Hilfseinheit im eingebauten Zustand späte physische Prototypen oder hochspezialisierte, manuelle Transferpfadanalysen (TPA). Die Komponentencharakterisierung war traditionell zeitaufwendig, arbeitsintensiv und bedienerabhängig; manuelle Impulshammerprüfungen oder manuelle Shaker-Anregungen führten zu Messstreuungen. Diese Inkonsistenzen hinderten Ingenieure daran, zuverlässige, invariante Komponentendeskriptoren zu ermitteln, was letztlich die Genauigkeit der virtuellen Montage und der Digital-Twin-Simulation beeinträchtigte. Die Überwindung dieser Engpässe erfordert automatisierte, standardisierte Hardware-Software-Prüfstände, die mehrachsige Anregungen und Matrixinversionen in kontrollierten, wiederholbaren Workflows ausführen können.

Industrialisierung der invarianten Blockierkraftextraktion mit Bosch-Technologie
Um die Durchsatz- und Reproduzierbarkeitsherausforderungen bei Noise, Vibration and Harshness (NVH)-Prüfungen zu lösen, kündigte Siemens eine integrierte Hard- und Softwarelösung zur automatisierten Komponentenmodell-Extraktion an, die den Arbeitsablauf streng nach ISO 20270 standardisiert. Die in technischer Zusammenarbeit mit Bosch entwickelte Lösung basiert auf Boschs patentierter predictiveVIA-Technologie, wobei Siemens als alleiniger Partner für die Industrialisierung und Vermarktung fungiert.

Das System kombiniert automatisierte Prüfstände mit dedizierter Software, um die Ableitung simulationsfähiger Komponentenmodelle zu optimieren, die unabhängig von den Randbedingungen der Empfängerstruktur bleiben. Durch den Ersatz manueller akustischer Anregungen durch automatisierte, sequentielle Shaker-Konfigurationen und robotergestütztes Prüfstandsmanagement führt die Architektur Messungen von Frequenzgangfunktionen (FRF) in Stunden oder Minuten statt in Tagen oder Wochen durch. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Messzykluszeiten um 93 Prozent bei 100-prozentiger Wiederholgenauigkeit über Komponentenchargen hinweg. Diese automatisierte Konsistenz eliminiert experimentelle Varianzen zwischen Prüftechnikern. So können OEMs und Tier-1-Zulieferer invariante Quellcharakterisierungen austauschen, die sich direkt in virtuelle Systemintegrations-Pipelines einspeisen lassen, um fehlerhafte oder abweichende Bauteile vor der physischen Fahrzeugintegration zu identifizieren.

Simcenter-Integration und virtuelle Prototypenmontage
Die Plattform zur automatisierten Komponentenmodell-Extraktion integriert sich nahtlos in das Simcenter-Prüfportfolio von Siemens. Sie verbindet die Erfassungs- und Verarbeitungssoftware Simcenter Testlab mit Simcenter SCADAS Mehrkanal-Messhardware und Simcenter Qsources Wandlern für akustische und strukturelle Anregung.

Die Plattform unterstützt sowohl empirische, testbasierte Charakterisierungen als auch hybride CAE-Modelle (Computer-Aided Engineering) für Komponenten wie Traktionsmotoren, elektrische Lenkgetriebe, Bremsaktuatoren, Flüssigkeitspumpen und Klimakompressoren. Einmal extrahiert, fließen die invarianten Blockierkraftmodelle direkt in die Workflows der Simcenter Testlab Virtual Prototype Assembly ein, wo Ingenieure Komponentenmodelle mit strukturellen Übertragungsfunktionen von Hilfsrahmen und Rohbaukarosserien koppeln können. Dies ermöglicht präzise KPI-Vorhersagen und multiattributive NVH-Auralisierungen im Simcenter Testlab NVH-Simulator. Entwicklungsteams können so strukturelle Modifikationen – wie den Vergleich von Elastomerlager-Steifigkeiten oder die Evaluierung von Verrippungen – ohne fahrbare physische Prototypen bewerten.



Da sich die gesamte Instrumentierung auf dem Prüfstand befindet, wird nichts am Prüfling selbst befestigt. Ein Teilewechsel erfordert lediglich das Lösen der alten und das Festschrauben der neuen Einheit, was einen echten Seriendurchsatz ermöglicht.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbsanalysen, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren.

In der dynamischen Substrukturierung und der komponentenbasierten Transferpfadanalyse (TPA) wird die Charakterisierung einer aktiven Schwingungsquelle unabhängig von ihrer Empfängerstruktur durch die ISO 20270 geregelt, welche die Bestimmung invarianter Blockierkräfte und Quelldeskriptoren definiert. Historisch variierten die Schnittstellenkräfte zwischen Quelle und Empfänger je nach lokaler Nachgiebigkeit und Impedanz des Prüfstands oder der Karosserie. Blockierkräfte umgehen diese Einschränkung, indem sie die theoretischen Kräfte darstellen, die eine aktive Komponente auf ein unendlich starres Fundament ausüben würde, wodurch sie zu einer intrinsischen Eigenschaft des Bauteils selbst werden. Die direkte Messung von Blockierkräften auf realen starren Prüfständen ist jedoch bei höheren Frequenzen aufgrund interner Prüfstandsresonanzen praktisch unmöglich. Die in ISO 20270 formalisierte In-situ-Methode löst dies durch Messung operationeller Indikatorantworten auf einem elastisch gelagerten Empfänger, gefolgt von einer Inversion der passiven Frequenzgangmatrix zwischen virtuellen Schnittstellenpunkten und Indikatorsensoren. Die mathematische Transformation basiert auf der Virtual Point Transformation (VPT), die mehrere mehrachsige Sensorkanäle um jede Montageschraube auf sechs Freiheitsgrade (drei translatorische und drei rotatorische Koordinaten) reduziert. Da Matrixinversionen empfindlich auf experimentelles Rauschen, Rangdefizite und Sensorfehlausrichtungen reagieren, gewährleistet die automatisierte Roboteranregung eine hohe Kohärenz über alle Schnittstellenfreiheitsgrade hinweg und macht schlecht konditionierte Regularisierungen oder subjektive Filterungen überflüssig.

In der Landschaft des Digital Engineerings, der Messtechnik und der Strukturakustik misst sich Siemens' Plattform mit spezialisierten testbasierten Lösungen von HBK (Hottinger Brüel & Kjær mit BK Connect und PULSE), Dewesoft und HEAD acoustics (speziell den TPA-Modulen der ArtemiS SUITE) sowie CAE-zentrierten Substrukturierungswerkzeugen von Altair (OptiStruct) und Ansys (Sound und Mechanical). Während Anbieter wie HBK und HEAD acoustics fortschrittliche Mehrkanal-Datenerfassungssysteme und manuelle In-situ-TPA-Module anbieten, bleiben deren Implementierungen stark bedienerabhängig: Erfahrene Prüfingenieure müssen Impulshämmer manuell führen oder elektrodynamische Shaker über Dutzende Anregungspunkte hinweg umsetzen. Dieser manuelle Engpass hat Automobilzulieferer bisher daran gehindert, Blockierkräfte als routinemäßige Qualitätsprüfgröße in Serienchargen einzusetzen. Durch die Integration des patentierten predictiveVIA-Workflows von Bosch in automatisierte Prüfstände mit Simcenter Testlab und SCADAS schafft Siemens eine industrialisierte, schlüsselfertige Prüfumgebung. Dies schließt die Lücke zwischen akustischen End-of-Line-Prüfungen und frühzeitiger virtueller Simulation und ermöglicht es Entwicklungsabteilungen, vertraglich bindende Blockierkraft-Spezifikationen über digitale Zuliefernetzwerke hinweg durchzusetzen.

Redaktionell bearbeitet von Romila DSilva, Induportals Editor, mit KI-Unterstützung.