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 汽车行业

  到目前为止,机械仿真产品的主要用途是在汽车行业,主要是使用CarSim。CarSim是一个基于PC的程序,用于模拟汽车和汽车-拖车组合在任何路面或地形上的加速、制动、操控和行驶。一个类似的程序--TruckSim--包括模拟中型或重型卡车和普遍使用的多种车辆配置所需的双轮胎和不对称转向系统。这些产品是密歇根大学交通研究所三十年来对如何最好地模拟车辆动力学进行研究的结果。它的有效性已经被许多汽车OEM和一级供应商所认可,目前正在使用。
产品设计
仿真已经成为工程师在产品开发过程中的一个重要工具。在著名的 "V型曲线 "过程中,CarSim被用作预测工具,在概念阶段完善系统和部件设计。一旦有了硬件,CarSimRT(实时)就为组件和系统的硬件在环验证测试提供了环境。
汽车制造商已经认识到基于数学的工具在提高汽车设计和开发的效率和时间方面的价值。一家制造商将超过10亿美元的节省归功于对仿真工具的适应。
与供应商的合作
工程师和经理之间以及公司(OEM和供应商)之间轻松进行CarSim信息的数据交换,加速了沟通过程,同时将错误降到最低。车辆参数、先进的电子底盘控制、驾驶员动作描述、道路信息以及模拟结果和动画都可以通过简单的电子邮件文件交换在合作者之间共享。线控系统的新控制策略,甚至可以通过网络下载。通过CarSim的多功能动画器,仿真结果可与没有CarSim仿真软件,但仍需要对设计和测试方案提出建议或批准的人共享。
开发测试
测试工程师可以使用车辆模拟软件来减少开发测试时间和成本。虽然有些测试程序相对容易执行,但其他的却不容易。新的程序正在不断开发,以测试电子控制的底盘系统。驾驶员输入、传感器类型、位置和数据范围、路面、车辆参数和动画结果都可以在测试前进行模拟。新的底盘系统--包括稳定性控制、四轮转向和主动悬架组件--可以在CarSim中表现出来,或者作为Simulink模型,与CarSim紧密结合。
测试工程师有能力在模拟环境中进行计划中的测试,然后在试验场进行更昂贵的实验。由于 CarSim 实际运行速度比实时快,工程师可以快速预览测试程序,以确定车辆和测试场地参数的敏感性,从而设计出更有效、更强大的测试方案。使用可代表任何道路拓扑结构和摩擦特性的模拟测试表面,使工程师能够评估粗糙度、坡度或摩擦变化等非预期变量将如何影响性能。在一个特定的测试中,对负载变化的敏感度可以为诸如控制油箱加注水平的需要这样的小细节提供指导。轮胎性能可以在模拟世界中被精确控制,以确定轮胎磨损作为测试变量的重要性。
实际实验测试的路测结果可以导入CarSim,允许工程师将模拟和实际车辆结果叠加。这是一个评估车辆测试数据、传感器位置和测量误差或诊断问题的绝佳工具。
许多测试工程师都面临着设计、安装和校准仪表系统的问题,而他们对要预期的车辆反应的性质和范围没有全面的了解。超出范围的信号或低水平的、嘈杂的信号水平是混淆测量过程的因素,并给测试程序增加了非计划性的费用。这对新的测试程序来说尤其如此。使用模拟的预先测试提供了一个有效的数据范围,数据将如何受到测试变量的影响,以及对各种车辆参数的敏感度。
测试服务提供者
为什么合同测试机构需要增加内部车辆动力学模拟?因为它极大地提高了他们道路测试能力的效率。在最近一期的《国际测试技术》杂志上,Keith Read警告说,由于OEM合同的削减,测试机构之间会出现动荡。测试机构与其他汽车供应商没有什么不同,他们需要采取 "精益求精 "的姿态来实现未来的成功。他们必须提供更全面的开发和验证能力服务。CarSim等软件程序为测试工程师提供了快速、可靠和强大的工具,以评估新的测试方法、仪器和车辆底盘调校的敏感性,代替了几天的试验场实验。几小时内就可以在个人电脑上进行几十次模拟运行,以帮助为最后的试验场或道路测试选择最佳变量。
测试机构可以在新项目开始时,利用仿真结果与产品开发和电子控制工程师进行沟通,大大改善他们的客户增值服务。车辆动力学仿真增加了车辆道路测试能力的洞察力和效率。在CarSim中,准备和装备车辆、选择驾驶员动作、合适的测试道路和进行测试的过程都以一种易于使用和理解的方式复制出来。CarSim的图形用户界面被公认为允许首次使用的用户只需在一个小时的自我指导下即可运行模拟测试。100多个示例测试和近十种车辆组合使工程师能够在模拟世界中 "一蹴而就"。
着眼于竞争力的服务组织--他们希望提供更多、更快、更便宜的服务--利用车辆模拟的 "虚拟世界 "的优势。未来是属于这些创新公司的。
一个例子 - NHTSA鱼钩测试
仿真提供了对危险和难以控制的测试程序进行实验的能力,或计算难以(或无法)通过实验测量的性能变量。这个问题可以得到证明,而且与目前对抗翻车的关注特别相关。翻车行为是高度非线性的,危险的,对瞬态动力学敏感的,并受制于驾驶员控制的许多变量。世界各地使用的评估翻车阻力的多种驾驶员控制动作(麋鹿测试、ISO变道、消费者联盟变道等)的结果存在差异,这说明需要对这些测试程序进行改进。美国国家公路交通安全管理局通过 "鱼钩 "动作将翻车测试提高到一个更困难的水平,这需要一个机器人、可编程的转向控制器来代替驾驶员的位置。
滚动率反馈鱼钩 "的操作是相当复杂的。首先,转向系统被校准以找到能产生0.3g横向加速度的方向盘角度。鱼钩动作的转向角被设定为该角度的6.5倍,坡度速度为720度/秒。在所需的测试速度下,车辆被迅速提升到这个角度;然后,当滚动率下降到小于1.5度/秒时,突然提升到相反的转向极限并保持。
这种鱼钩机动的复杂性使得在没有像CarSim这样的车辆模拟工具的帮助下,很难预测要预期的车辆行为。此外,如果没有通过仿真获得的信息,很难评估测试变量(如防滑垫的摩擦水平或轮胎变量)对实验结果的重要性。提供这些额外的能力,作为正常测试服务的一部分,大大增加了服务机构的价值。
 

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