汽車虛擬試驗(yàn)技術(shù)

汽車虛擬試驗(yàn)技術(shù)第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1概述虛擬試驗(yàn)技術(shù)是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)試驗(yàn)仿真技術(shù)，利用它可以在虛擬試驗(yàn)環(huán)境下，借助交互式技術(shù)和試驗(yàn)分析技術(shù)，使設(shè)計(jì)者在汽車設(shè)計(jì)階段就能對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)或試驗(yàn)驗(yàn)證。第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.1虛擬試驗(yàn)的定義從廣義上講，虛擬試驗(yàn)是指任何不使用或部分使用實(shí)際硬件來構(gòu)成試驗(yàn)環(huán)境，完成實(shí)際物理試驗(yàn)的方法和技術(shù)。虛擬試驗(yàn)是在計(jì)算機(jī)上采用軟件代替部分或全部硬件實(shí)現(xiàn)各種虛擬試驗(yàn)環(huán)境，使試驗(yàn)者如同在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)訂試驗(yàn)項(xiàng)目，取得接近或等價(jià)于真實(shí)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果。第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.1虛擬試驗(yàn)的定義虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括軟件型和硬件在環(huán)型兩種。純軟件型系統(tǒng)將試驗(yàn)環(huán)境、對(duì)象全部抽象為數(shù)學(xué)模型，把抽象的數(shù)學(xué)模型和軟件技術(shù)作為側(cè)重點(diǎn)，僅利用軟件完成整個(gè)系統(tǒng)的仿真。硬件在環(huán)型是在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展到一定階段之后才出現(xiàn)的一種集多種技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)，是指將硬件實(shí)物嵌入仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，需要同時(shí)完成大量運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行多任務(wù)。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.2虛擬試驗(yàn)的特點(diǎn)（1）試驗(yàn)成本低（2）試驗(yàn)可重復(fù)（3）試驗(yàn)安全可靠（4）試驗(yàn)可控性好（5）信息量大而豐富第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3虛擬試驗(yàn)常用軟件1.Adams軟件Adams即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析。除用于機(jī)械系統(tǒng)靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析外，還可作為虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)平臺(tái)，供用戶進(jìn)行特殊功能樣機(jī)的開發(fā)。軟件提供零件庫、約束庫和力庫等建模模塊，將拉格朗日乘子法作為其求解器，由基本模塊、接口模塊、擴(kuò)展模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊和工具箱組成。第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3虛擬試驗(yàn)常用軟件2.Matlab軟件Matlab用于數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模與仿真等，主要包括Matlab和Simulink兩大部分。主要應(yīng)用：工程計(jì)算；數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化；測(cè)試與測(cè)量；圖像與聲音處理；信號(hào)檢測(cè)、處理與通信；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析；模型預(yù)測(cè)和金融分析等領(lǐng)域。Simulink模塊是Matlab軟件的擴(kuò)展，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可視化建模、動(dòng)態(tài)仿真和分析。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3虛擬試驗(yàn)常用軟件3.Advisor軟件Advisor即高級(jí)車輛仿真器（AdvancedVehicleSimulator），由美國能源部（DOE）為管理混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)，基于Matlab/Simulink環(huán)境運(yùn)行?？捎糜诜治鰝鹘y(tǒng)汽車、純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性等性能。提供整車、離合器、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、主減速器、車軸、車輪、變速器、道路循環(huán)和機(jī)械負(fù)載等模塊。第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3虛擬試驗(yàn)常用軟件4.Cruise軟件Cruise軟件采用模塊化的建模方法，可以搭建和仿真任何一種配置的汽車系統(tǒng)?？捎糜谄囬_發(fā)過程中的動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、排放系統(tǒng)開發(fā)，汽車性能預(yù)測(cè)、整車仿真計(jì)算以及控制參數(shù)和駕駛性能的優(yōu)化；可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、電動(dòng)機(jī)、變速箱等部件的選型及其與車輛的匹配優(yōu)化。與Matlab/Simulink模塊有接口，可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真。第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3虛擬試驗(yàn)常用軟件5.MSC.Fatigue軟件MSC.Fatigue是由Ncode和MSC公司合作開發(fā)的疲勞壽命有限元分析軟件，在產(chǎn)品生產(chǎn)制造之前進(jìn)行疲勞壽命分析，可極大地降低生產(chǎn)原型機(jī)和進(jìn)行疲勞壽命測(cè)試所帶來的巨額費(fèi)用。可用于結(jié)構(gòu)的初始裂紋分析、裂紋擴(kuò)展分析、振動(dòng)疲勞分析、電焊疲勞分析、疲勞優(yōu)化設(shè)計(jì)、多軸疲勞分析和應(yīng)力壽命分析等。第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3虛擬試驗(yàn)常用軟件6.nSoft軟件nSoft是由nCode公司開發(fā)的一套專門為解決工程系統(tǒng)疲勞問題的軟件，主要由數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、疲勞分析等模塊組成，其功能涵蓋了數(shù)據(jù)采集、疲勞分析以及實(shí)驗(yàn)室疲勞模擬三個(gè)工程疲勞設(shè)計(jì)的主要領(lǐng)域。主要應(yīng)用于汽車、鐵路、能源、國防等工業(yè)領(lǐng)域。第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2虛擬試驗(yàn)在汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)10.2.2碰撞安全性虛擬試驗(yàn)10.2.3汽車零部件疲勞壽命虛擬試驗(yàn)第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)1.動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性虛擬試驗(yàn)汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)汽車的運(yùn)輸效率和運(yùn)輸成本具有直接的影響。傳統(tǒng)試驗(yàn)方法受外界因素影響較大。采用虛擬試驗(yàn)技術(shù)，具有使用方便、快捷、重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能消除實(shí)車試驗(yàn)中駕駛員、氣候條件和道路環(huán)境等外界因素對(duì)試驗(yàn)的影響。第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)1.動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性虛擬試驗(yàn)基于Cruise軟件的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性虛擬試驗(yàn)步驟：（1）整車仿真模型的建立：結(jié)構(gòu)模型的建立各模塊參數(shù)的輸入仿真計(jì)算模式的選擇（2）動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性虛擬試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)（3）試驗(yàn)驗(yàn)證第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)2.制動(dòng)性虛擬試驗(yàn)?zāi)壳?，汽車制?dòng)性能虛擬試驗(yàn)主要是由Adams軟件和Matlab軟件聯(lián)合仿真來實(shí)現(xiàn)。通常在Adams/View模塊或在Adams/Car模塊中建立多自由度的整車仿真模型，在Matlab/Simulink模塊中建立防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS的控制模型，然后將ABS控制模型的仿真數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到Adams軟件中進(jìn)行整車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真。第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)2.制動(dòng)性虛擬試驗(yàn)基于Cruise軟件的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性虛擬試驗(yàn)步驟：（1）整車仿真模型的建立（2）制動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)：直線制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)虛擬試驗(yàn)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）虛擬試驗(yàn)（3）試驗(yàn)驗(yàn)證第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)3.操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)汽車操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)是用汽車動(dòng)力學(xué)分析數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)虛擬環(huán)境中的汽車模型，將其在試驗(yàn)過程中各種狀態(tài)變化映射到計(jì)算機(jī)屏幕上，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互手段，使研究人員產(chǎn)生“身臨其境”的感覺，體驗(yàn)車輛在各種工況下的性能，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)3.操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)（1）操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成汽車操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)流程第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)3.操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)（2）汽車動(dòng)力學(xué)模型是虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，要考慮盡可能多的自由度建立整車模型?？衫枚囿w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Adams/Car，采用參數(shù)化建模方法建立汽車操縱穩(wěn)定性的動(dòng)力學(xué)模型。將整車分為多個(gè)子模塊分別建立虛擬樣機(jī)模型，再將其裝配成整車模型，建立整車動(dòng)力學(xué)分析模型。第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)3.操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)（3）汽車實(shí)體模型實(shí)體結(jié)構(gòu)建模就是賦予汽車模型三維實(shí)體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、顏色等外觀特征。采用3DMax或其他CAD軟件建立汽車整車和部件的三維實(shí)體模型。第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)3.操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)（4）虛擬試驗(yàn)場(chǎng)模型虛擬試驗(yàn)場(chǎng)是與用戶最直接的接觸部分。對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行光照、霧化、紋理映射等描述，可以形成較好的視覺感受。虛擬場(chǎng)景主要包括兩部分：一是虛擬汽車模型；二是路面模型。第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)3.操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)（5）汽車操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)汽車操縱穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)基本原理及數(shù)據(jù)映射流程第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1汽車主要使用性能虛擬試驗(yàn)4.平順性虛擬試驗(yàn)建立包括乘員在內(nèi)的試驗(yàn)汽車的三維實(shí)體模型；建立虛擬試驗(yàn)場(chǎng)的場(chǎng)景模型，場(chǎng)景模型的范圍的大小要滿足試驗(yàn)車輛行駛距離的要求；獲取平順性的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)；在虛擬試驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)上對(duì)虛擬試驗(yàn)的各種資源進(jìn)行編程調(diào)用，實(shí)現(xiàn)車輛平順性的虛擬再現(xiàn)；顯示汽車平順性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，考察指標(biāo)，評(píng)價(jià)性能。第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.2碰撞安全性虛擬試驗(yàn)汽車碰撞安全性虛擬試驗(yàn)結(jié)合了結(jié)構(gòu)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、工程力學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)等學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)?？梢员苊鈱?shí)車試驗(yàn)成本高、時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，還可以逼真地反映試驗(yàn)過程。2001年美國ETA公司開發(fā)出了虛擬試驗(yàn)場(chǎng)軟件VPG（VirtualProvingGround），是典型的汽車碰撞安全性虛擬試驗(yàn)軟件包。第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.2碰撞安全性虛擬試驗(yàn)1.碰撞安全性虛擬試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容：（1）汽車零部件碰撞模擬（2）汽車結(jié)構(gòu)耐撞性模擬（3）整車碰撞安全性模擬（4）行人保護(hù)第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.2碰撞安全性虛擬試驗(yàn)2.碰撞安全性虛擬試驗(yàn)的實(shí)施：（1）開發(fā)虛擬原型創(chuàng)建被測(cè)汽車的有限元模型建立假人的有限元模型（2）建立汽車碰撞虛擬試驗(yàn)場(chǎng)（3）在虛擬試驗(yàn)場(chǎng)中調(diào)用各種虛擬原型第26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.3汽車零部件疲勞壽命虛擬試驗(yàn)?zāi)壳?，用于評(píng)價(jià)汽車零部件疲勞壽命的方法主要是臺(tái)架試驗(yàn)和道路耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)周期長(zhǎng)、耗費(fèi)大、安全性低且易受試驗(yàn)方案影響。汽車零部件疲勞壽命虛擬試驗(yàn)現(xiàn)已發(fā)展為在樣車制造前就對(duì)零部件進(jìn)行疲勞壽命分