Fahrzeugkarosserie-Schwingungsmessung mit Siemens

Mehr sehen · Mehr wissen.

Um zu verstehen, wie sich eine Fahrzeugkarosserie bewegt, müssen Schwingungsmessungen mit den Oberflächen verknüpft werden, von denen sie stammen. In einer Messkampagne mit Siemens in Leuven erfasste Ommatidia mithilfe portabler optischer Messtechnik ein Hyundai-Fahrzeug aus sieben Blickwinkeln und führte die Ansichten in einem gemeinsamen geometrischen Modell zusammen. Der vollständige Datensatz aus sieben Ansichten umfasst 7.739 Oberflächenmesspunkte.

Die Datenerfassung für das gezeigte Modell dauerte etwas mehr als einen Tag.

Die resultierenden Visualisierungen verknüpfen die lokale Oberflächenantwort mit der gesamten Fahrzeuggeometrie und geben Ingenieuren eine räumliche Sicht auf die untersuchten Schwingungsmuster.

Unser Team reiste mit der Messtechnik an und führte die Messungen vor Ort mit zwei scannenden Laser-Doppler-Vibrometern des Typs Q2 sowie einer SpeedSync-Referenz durch. Dieser Ansatz bringt die optische Schwingungsmessung zum Fahrzeug, anstatt das Fahrzeug zu einer speziellen Messanlage transportieren zu müssen.

Ausgangspunkt für einen Prototypentest ist die technische Fragestellung: Welche Bauteile sind relevant, welche Frequenzbereiche müssen untersucht werden, und welcher Zugang zur Struktur ist verfügbar? Diese Entscheidungen bestimmen die Messpositionen und den erforderlichen Erfassungsbereich.

Ein einzelner Blickwinkel kann nicht jede Oberfläche eines Fahrzeugs erfassen. Messungen aus verschiedenen Positionen benötigen daher einen gemeinsamen geometrischen Bezug.

Referenzkugeln dienten als gemeinsame geometrische Markierungen zum Ausrichten und Zusammenfügen der einzelnen Ansichten. Dadurch wurden die sieben Ansichten in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt, lokale Messungen mit der Fahrzeuggeometrie verknüpft und die räumliche Antwort über die erfassten Oberflächen hinweg leichter nachvollziehbar gemacht.

Die sieben Messansichten decken die vorderen und hinteren Türen auf jeder Seite, die Heckscheibe, die Windschutzscheibe und das Dach ab.

Die gemessene Geometrie liefert lokale Oberflächennormalen: die Richtungen senkrecht zur Oberfläche an jedem Punkt. Diese Normalen ermöglichen eine Korrektur der Projektion zwischen der Sichtlinie des Lasers und der Bewegung entlang der Oberflächennormalen. Für diesen Datensatz wird die Sichtlinien-Antwort durch den Kosinus des Einfallswinkels geteilt und entlang der Oberflächennormalen aufgelöst, unter der Annahme einer Bewegung senkrecht zur Oberfläche. Dadurch wird die korrigierte Antwort in das gemeinsame Fahrzeugkoordinatensystem überführt.

Wenn eine Anwendung eine triaxiale Geschwindigkeitskarte erfordert, können Messungen desselben Oberflächenbereichs aus mindestens drei unabhängigen Blickrichtungen kombiniert werden, mit entsprechenden Punkten, konsistenten Phasenreferenzen und geeigneter Messgeometrie. Diese Fähigkeit erweitert den Workflow um die Rekonstruktion der Dreikomponenten-Geschwindigkeit. Die hier gezeigten Fahrzeuganimationen nutzen den Workflow mit Flächennormalen.

Der vollständige Datensatz wird im Universal File Format (UFF) exportiert, wobei die gemessene Punktgeometrie und ihre Schwingungsantworten in einer einzigen, in sich geschlossenen Datei verknüpft sind. Für den direkten Import in Simcenter Testlab vorbereitet, erhält der Export die Zuordnung zwischen jedem Oberflächenpunkt, seiner Antwort und der gemeinsamen Referenz. Da die gemessene Punktgeometrie zusammen mit den Antworten übertragen wird, erübrigt dieser Export einen separaten Teilmodell-Import sowie die manuelle Zuordnung von Punkten zu Antworten für diese Geometrie. Das Zusammenhalten der Informationen spart Zeit bei der Datenaufbereitung vor der Modalanalyse, sodass sich Ingenieure auf die Strukturantwort konzentrieren können.

Das Video führt vom Messaufbau zu zwei vorläufigen Antwortvisualisierungen bei 98,6 Hz und 176,9 Hz.

Bei diesen Frequenzen zeigen die Animationen unterschiedliche räumliche Muster über die erfassten Fahrzeugoberflächen hinweg. Das Betrachten dieser Muster auf der Geometrie hilft Ingenieuren zu erörtern, welche Bereiche sich gemeinsam bewegen und wo sich die Antwort innerhalb eines Bauteils oder zwischen Bereichen ändert.

Die Wiedergabe macht die räumliche Bewegung gut erkennbar; Geschwindigkeit und Verformung sind illustrativ und entsprechen keiner kalibrierten physikalischen Zeit- oder Verschiebungsskala.

Die unten gezeigte Antwort des ausgewählten optischen Kanals verknüpft die Schwingung mit der aufgezeichneten Anregungsspannung. Ihre H1-Amplitude wird in (mm/s)/V angegeben und liefert zusätzlich zu den räumlichen Visualisierungen einen Frequenzgang-Kontext.

Für Noise-, Vibration- und Harshness-Untersuchungen (NVH) im Automobilbereich kann eine räumliche Antwortkarte dabei helfen, die nächste technische Fragestellung zu formulieren: Welcher Bereich sollte genauer untersucht werden, welcher Frequenzbereich verdient Aufmerksamkeit, und welche Referenzmessungen oder Analysen sind als Nächstes erforderlich?

Derselbe Planungsansatz lässt sich nutzen, um optische Schwingungsmessungen an anderen Prototypen und Strukturen zu konzipieren. Beginnen Sie mit dem Ziel, der Fragestellung und dem Ergebnis, das Ihr Engineering-Team benötigt, und definieren Sie anschließend gemeinsam die optische Abdeckung und die Analyse.

Entdecken Sie im Anwendungsdokument den Messaufbau, das Zusammenfügen mehrerer Ansichten, die Antwortvisualisierungen und den Export-Workflow. Füllen Sie das Download-Formular aus, um es zu erhalten.

Haben Sie einen Fahrzeugprototyp, ein Bauteil oder eine Struktur, deren Schwingungsverhalten Sie verstehen müssen? Kontaktieren Sie sales@ommatidia.tech mit dem Bauteil oder Fahrzeug, das Sie messen möchten, dem interessierenden Frequenzbereich und der Fragestellung, die Sie beantworten müssen. Wir besprechen gerne die Messabdeckung, den Zugang vor Ort und die gewünschten Ergebnisse für Ihren Test.

Messkampagne, Geometrieregistrierung und Aufbereitung der zusammengefügten Daten: Ommatidia, in Zusammenarbeit mit dem Siemens-Team in Leuven.

Vorläufige Modalanalyse und die Antwortvisualisierungen bei 98,6377 Hz und 176,8765 Hz: Simone Manzato und das Team von Siemens Digital Industries Software.