基于虛擬試驗場（VPG）整車強度耐久開發(fā)技術(shù)

路軍凱 張朝軍 王香云 張鴻鈞

摘要：強度耐久性能作為整車重要的屬性性能，耐久屬性的開發(fā)需要精確的客戶使用工況載荷輸入，傳統(tǒng)的耐久載荷輸入需要借助物理樣車通過傳感器進行測試。本文介紹一種實用性強，時效性強，精度高，經(jīng)濟可靠的疲勞載荷預(yù)測方法?；谔摂M試驗場仿真技術(shù)，將真實路面轉(zhuǎn)化成具有真實路面特征的虛擬路面，在Adams/Car軟件虛擬環(huán)境下，建立整車虛擬樣機，在虛擬環(huán)境下模擬仿真實車在試驗場虛擬路面上以不同的速度進行運動，從而獲得整車不同節(jié)點處的載荷譜，支持整車強度耐久屬性的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：虛擬試驗場;強度耐久;疲勞載荷;VPG

中圖分類號：U462.2+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0007-02

1? 虛擬試驗場技術(shù)開發(fā)背景

虛擬試驗場技術(shù)主要是在開發(fā)前期快速精準(zhǔn)的預(yù)測整車強度耐久載荷，支持整車強度耐久性能的開發(fā)。整車強度耐久屬性開發(fā)在項目前期CAE的仿真迭代需要虛擬載荷的輸入，零部件及系統(tǒng)試驗驗證過程中同樣需要強度耐久載荷的輸入，耐久屬性開發(fā)需要確保CAE虛擬仿真/零部件及系統(tǒng)臺架試驗/整車道路試驗有強關(guān)聯(lián)性，VPG虛擬試驗長載荷技術(shù)正好彌補了傳統(tǒng)方法的短板，如圖1是整車強度耐久屬性開發(fā)V型開發(fā)流程。

2? 虛擬試驗場環(huán)境建立（路面掃描）

通過與德國3D Mapping公司合作，初步完成了歐洲Hallered試驗場、中國北京通縣試驗場和鹽城試驗場的耐久路面掃描，建立了虛擬試驗場仿真路面。

虛擬路面的掃描，需要對一輛采集車輛進行改裝，除安裝掃描儀來掃描路面特征外，還需要安裝一套特定的慣導(dǎo)設(shè)備，實時校正測量的精度，克服因車輛在特征路面上行駛時，車體自身扭轉(zhuǎn)，彎曲等變形所產(chǎn)生的掃描誤差，以確保得到的路面信息盡量準(zhǔn)確，車輛的行駛速度要慢，一般將速度設(shè)定為7～10km/h。

3? 整車虛擬樣機（仿真模型）的創(chuàng)建

整車虛擬模型的質(zhì)量直接影響整車傳遞函數(shù)精度，決定了能否獲得可靠的底盤件以及車身連接點的載荷。首先根據(jù)設(shè)計參數(shù)：硬點位置，零部件質(zhì)量，彈簧剛度，減振器阻尼，連接襯套的剛度和配重信息，用Adams來創(chuàng)建整車模型。在模型創(chuàng)建方面，虛擬試驗場方法跟虛擬迭代法有兩個最大的不同，一是虛擬路面方法需要將輪胎模型創(chuàng)建出來，而且必須用Ftire。二是虛擬試驗場法需要將所有的底盤零部件和車身用柔性體MNF文件模擬。詳見圖2。

Ftire（Flexible Ring Tire Model）是由德國Esslingen大學(xué)的Michael Gipser領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)的。它將胎面離散成大量的單元，單元與單元之間用拉伸彈簧，扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧來連接在一起，胎面單元又通過彈簧單元跟輪輞相連。如圖3所示。

當(dāng)車輛在虛擬路面行駛時，模擬輪胎的彈簧單元根據(jù)路面的不平度和車輛的重量和速度，發(fā)生變形，產(chǎn)生反作用力，并將這些力通過輪輞傳遞給懸架系統(tǒng)，最后懸架系統(tǒng)將載荷傳遞給車身。

4? 虛擬仿真載荷與樣車測試載荷對標(biāo)

建立整車虛擬仿真模型，通過對前后懸架進行KnC對標(biāo)，校核整車彈性元件模型，確保懸架模型的準(zhǔn)確，同時校核整車重量及轉(zhuǎn)動慣量，確保前后/左右軸荷轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確性;基于虛擬試驗場路面進行整車仿真，并與實車測試載荷譜進行對比，驗收整車虛擬試驗場技術(shù)的可行性。仿真與試驗對標(biāo)如圖4所示。

5? 虛擬試驗場技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)流程

通過VPG虛擬試驗場技術(shù)，可以將傳統(tǒng)的實車路譜采集的18 weeks縮減至3 weeks，有效的提升強度耐久載荷預(yù)測周期，同時將CAE虛擬驗證的節(jié)點大大前移，提升了耐久屬性開發(fā)載荷關(guān)聯(lián)性。（圖5）

6? 虛擬試驗場技術(shù)的應(yīng)用

通過以上掃描完成試驗場耐久試驗道路，建立虛擬試驗場仿真環(huán)境;虛擬環(huán)境下建立整車虛擬仿真模型，經(jīng)過懸架系統(tǒng)及整車級仿真與試驗對標(biāo)，確保虛擬試驗場技術(shù)的精度，并完成了虛擬試驗場技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)流程;有效的支持整車強度耐久性能的開發(fā)。

虛擬試驗場技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾點：

①CAE強度耐久虛擬驗證;

②零部件DV試驗;

③耐久系統(tǒng)臺架試驗驗證;

④耐久試驗場規(guī)范專場關(guān)聯(lián);

⑤整車內(nèi)飾異響仿真等五個方面。

虛擬試驗場技術(shù)路線如圖6所示。

7? 總結(jié)

基于虛擬試驗場技術(shù)的耐久載荷方法，通過與測試數(shù)據(jù)的對標(biāo)，完全可以替代傳統(tǒng)的物理樣車測試載荷的方法，縮短了耐久載荷的獲取周期、降低物理樣車的試制成本，同時減少整車項目研發(fā)成本，降低了整車項目耐久風(fēng)險，有效提升了整車強度耐久性能。

參考文獻：

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