La solution automatisée accélère les essais NVH

Cette solution d'extraction automatisée repose sur un banc d'essai auto-mesurant où des adaptateurs rigides à points virtuels intègrent des pots vibrants (shakers) et des accéléromètres montés à demeure, ainsi qu'une unité de contrôle automatisée reliée via un amplificateur et un frontal Simcenter Scadas à un ordinateur exécutant Simcenter Testlab.

L'électrification des véhicules et l'ingénierie de précision industrielle ont renforcé les exigences acoustiques imposées aux sous-ensembles électromécaniques auxiliaires. Avec la disparition du bruit de masquage des moteurs thermiques, les sifflements tonals à haute fréquence, les ordres d'engrènement d'engrenages et les vibrations solidiennes générés par les directions assistées électriques, les pompes de gestion thermique, les compresseurs frigorifiques et les actionneurs mécatroniques se propagent directement dans l'habitacle et le châssis. Historiquement, prédire le comportement d'un auxiliaire spécifique monté dans un véhicule nécessitait des prototypes physiques ou des campagnes manuelles très spécialisées d'analyse des chemins de transfert (TPA). La caractérisation des composants était traditionnellement lente, exigeante en main-d'œuvre et dépendante de l'opérateur, les essais au marteau d'impact ou les excitations manuelles par pot vibrant introduisant une variabilité humaine et une dispersion des mesures. Ces incohérences empêchaient les ingénieurs d'obtenir des descripteurs de composants fiables et invariants, compromettant la précision des assemblages virtuels et des jumeaux numériques. Surmonter ces limites exige des bancs d'essai matériels et logiciels automatisés et standardisés, capables d'exécuter des excitations multiaxiales et des inversions matricielles selon des flux de travail rigoureusement contrôlés et répétables.

Résolution des problèmes de cadence et de reproductibilité
Pour résoudre les problèmes de cadence et de reproductibilité des essais de bruit, vibrations et rudesse (NVH), Siemens a annoncé une solution matérielle et logicielle intégrée dédiée à l'extraction automatisée de modèles de composants, standardisant le flux de travail en stricte conformité avec la norme ISO 20270. Développée en collaboration technique avec Bosch, la solution repose sur la technologie brevetée predictiveVIA de Bosch, Siemens étant l'unique partenaire pour son industrialisation et sa commercialisation.

Le système associe des bancs d'essai automatisés à des logiciels dédiés pour rationaliser l'obtention de modèles de composants prêts pour la simulation, restant indépendants des conditions aux limites de la structure réceptrice. En remplaçant l'excitation acoustique manuelle par des configurations séquentielles automatisées de pots vibrants et une gestion robotisée du banc, cette architecture réalise les mesures de fonctions de réponse en fréquence (FRF) en quelques heures ou minutes, contre plusieurs jours ou semaines auparavant, atteignant une réduction de 93 % des temps de cycle de mesure tout en garantissant une répétabilité de 100 % sur des lots de composants. Cette automatisation élimine la variance expérimentale entre techniciens d'essais, permettant aux constructeurs (OEM) et aux équipementiers de rang 1 d'échanger des caractérisations de sources invariantes, directement intégrables dans les flux d'intégration virtuelle pour détecter les composants défectueux ou non conformes avant l'assemblage physique du véhicule.

Assemblage de prototypes virtuels
La plateforme d'extraction automatisée de modèles de composants s'intègre nativement à la gamme d'essais physiques Simcenter de Siemens, combinant le logiciel d'acquisition et de traitement de données Simcenter Testlab, le matériel de mesure multivoie Simcenter Scadas et les transducteurs d'excitation acoustique et structurelle Simcenter Qsources.

La plateforme prend en charge la caractérisation expérimentale basée sur les essais ainsi que les représentations hybrides en ingénierie assistée par ordinateur (IAO / CAE) pour des composants tels que les moteurs de traction, les crémaillères de direction assistée électrique, les actionneurs de freinage, les pompes à fluide et les compresseurs de climatisation. Une fois extraits, les modèles invariants de forces bloquées alimentent directement les flux de travail de Simcenter Testlab Virtual Prototype Assembly, où les ingénieurs peuvent coupler les modèles de composants avec les fonctions de transfert structurel des faux-châssis et des caisses en blanc. Cela permet une prédiction précise des indicateurs de performance (KPI) et une auralisation NVH multi-attributs dans le simulateur NVH Simcenter Testlab, offrant aux équipes de développement la possibilité d'évaluer des modifications structurales (comparer la rigidité de cales élastomères ou analyser des nervures de renfort) sans recourir à des prototypes physiques roulants.



Comme toute l'instrumentation réside sur le banc, aucun capteur n'est fixé sur le composant testé. Changer une pièce se résume à dévisser le composant précédent et visser le suivant, autorisant ainsi un débit de test par lots authentique.

Contexte additionnel
Cette section détaille les spécifications techniques et l'analyse comparative concurrentielle non incluses dans l'annonce initiale du produit.

Dans la sous-structuration dynamique et l'analyse des chemins de transfert (TPA) basée sur les composants, la caractérisation d'une source vibratoire active indépendamment de sa structure réceptrice est régie par la norme ISO 20270, qui encadre la détermination des forces bloquées invariantes et des descripteurs de source. Historiquement, les forces d'interface de contact entre une source et un récepteur variaient selon la souplesse et l'impédance locales du banc d'essai ou de la caisse du véhicule. Les forces bloquées s'affranchissent de cette contrainte en représentant les efforts théoriques qu'un composant actif exercerait s'il était fixé à une fondation infiniment rigide, devenant ainsi une propriété intrinsèque du composant lui-même. Cependant, mesurer des forces bloquées sur des bancs réellement rigides est quasiment impossible aux fréquences acoustiques élevées en raison des résonances internes de la structure porteuse. La méthode in situ formalisée par l'ISO 20270 résout ce problème en mesurant les réponses d'indicateurs opérationnels sur un récepteur monté de manière élastique, suivies d'une inversion de la matrice des fonctions de réponse en fréquence passives entre les points virtuels d'interface et les capteurs indicateurs. La transformation mathématique repose sur la transformation de point virtuel (VPT), qui condense plusieurs voies de capteurs multiaxiaux autour de chaque vis de fixation en six degrés de liberté (trois coordonnées de translation et trois de rotation). L'inversion matricielle étant particulièrement sensible au bruit expérimental, aux pertes de rang et au désalignement des capteurs, l'excitation robotisée automatisée assure une cohérence élevée sur tous les degrés de liberté d'interface, éliminant le recours à une régularisation mal conditionnée ou à un filtrage subjectif.

Dans le domaine des essais et de l'acoustique structurelle, la plateforme d'extraction de Siemens se positionne face aux solutions d'essais spécialisées de HBK (Hottinger Brüel & Kjær, avec la plateforme BK Connect et les systèmes Pulse), Dewesoft et Head acoustics (notamment les modules TPA d'ArtemiS Suite), ainsi qu'aux outils de sous-structuration IAO d'Altair (OptiStruct) et Ansys (Sound et Mechanical). Si des acteurs comme HBK et Head acoustics proposent des systèmes d'acquisition multivoie avancés et des modules logiciels de TPA in situ manuels, leurs solutions restent très dépendantes de l'opérateur, exigeant des ingénieurs d'essais qualifiés pour positionner manuellement des marteaux d'impact ou repositionner des pots vibrants électrodynamiques sur des dizaines de points d'excitation. Ce qui a longtemps empêché les équipementiers automobiles de rang 1 d'adopter les forces bloquées comme critères de contrôle qualité de routine sur des séries de production. En intégrant le flux breveté predictiveVIA de Bosch dans des bancs d'essai automatisés dédiés couplés aux matériels et logiciels Simcenter Testlab et Scadas, Siemens met en place un environnement d'essai clé en main et industrialisé. 

Publié avec assistance de l'IA par Romila DSilva, rédactrice pour Induportals.