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底盤開發(fā)之CAE -整車虛擬仿真

2021-09-13 21:53:07·  來(lái)源：Vehicle  作者：Pirate Jack  
　
多體力學(xué)MBS模型驗(yàn)證
為了提高仿真的質(zhì)量和有效性，MBS模型所提供的結(jié)果應(yīng)與以往和現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。在開發(fā)過(guò)程中，為了達(dá)到最大的效率和確保系統(tǒng)的最佳功能，測(cè)試和仿真部門之間必須有密切的工作關(guān)系。
多體模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果可以在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行比較，如表6-3所示。
NVH
為了達(dá)到NVH的目的，可以使用虛擬的四個(gè)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行低頻（0到25hz）試驗(yàn)，以確定車身的橫搖、俯仰和偏航頻率以及懸架的固有頻率。圖6-28中的圖表顯示了計(jì)算數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)之間的比較。在比較計(jì)算數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，必須特別注意輪胎接觸面處的邊界條件（不打滑或受限）。表6-4顯示了研究的興奮類型
負(fù)載管理（從系統(tǒng)到組件的負(fù)載級(jí)聯(lián)）
為了使用強(qiáng)度計(jì)算和隨后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化底盤部件和系統(tǒng)，必須知道準(zhǔn)確的橫截面載荷[16]。負(fù)載管理包括分解系統(tǒng)級(jí)上發(fā)生的負(fù)載并確定產(chǎn)生的組件負(fù)載。對(duì)于底盤系統(tǒng)，系統(tǒng)級(jí)載荷由車輪力和驅(qū)動(dòng)載荷組成，這兩種載荷通常由車輛制造商定義。部件級(jí)包括獨(dú)立的底盤部件（控制臂、車輪托架、底盤副車架），其設(shè)計(jì)需要精確的橫截面載荷。負(fù)荷管理中使用的計(jì)算方法和過(guò)程稱為負(fù)荷級(jí)聯(lián)。
圖6-29提供了與底盤開發(fā)過(guò)程相關(guān)的負(fù)載管理計(jì)算任務(wù)、方法、先決條件和結(jié)果的摘要。計(jì)算過(guò)程從左到右顯示。
在系統(tǒng)級(jí)，創(chuàng)建和/或測(cè)量合成負(fù)載和實(shí)驗(yàn)負(fù)載（按此順序），以用作MBS仿真中的輸入負(fù)載。
計(jì)算橫截面荷載，并用于設(shè)計(jì)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和操作強(qiáng)度。這些計(jì)算出的載荷也可用于驗(yàn)證試驗(yàn)。圖6-30中的下一行表示使用測(cè)試設(shè)備的負(fù)載級(jí)聯(lián)的替代路徑。這種方法特別昂貴和費(fèi)時(shí)。在大多數(shù)情況下，負(fù)載級(jí)聯(lián)是使用ADAMS/Car多體仿真軟件的一個(gè)版本來(lái)執(zhí)行的，該軟件已經(jīng)擴(kuò)展到包含所需的功能。
MBS軟件允許創(chuàng)建、分析和優(yōu)化車輛模型，與使用原型的耗時(shí)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行相比，所需的工作量要少得多。然而，在一個(gè)模擬可以被認(rèn)為是真實(shí)的之前，它的結(jié)果必須與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較。
這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為保證仿真結(jié)果的質(zhì)量提供了參考。由于在底盤開發(fā)的早期階段既不存在原型軸也不存在實(shí)測(cè)載荷，因此只能在更高級(jí)的階段進(jìn)行比較。為了評(píng)估MBS模型的準(zhǔn)確性，還需要精確分析計(jì)算的橫截面載荷（對(duì)于合成和測(cè)量的載荷情況）與車輪力和驅(qū)動(dòng)載荷之間的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)確定的力和力矩必須經(jīng)過(guò)復(fù)雜的前后處理。這是與負(fù)載管理相關(guān)聯(lián)的主要任務(wù)之一。以下段落詳細(xì)描述了應(yīng)應(yīng)用于MBS模型的荷載、模型驗(yàn)證比較點(diǎn)的選擇以及荷載數(shù)據(jù)的分析和評(píng)估。多體仿真所起的中心作用如圖6-31所示。瞬態(tài)、高動(dòng)態(tài)道路力和力矩不僅用作軸試驗(yàn)臺(tái)的輸入值，而且還使用相關(guān)的虛擬試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用于MBS軸模型。
為MBS模型加載數(shù)據(jù)
本小節(jié)描述了MBS模型驗(yàn)證中可用和推薦的荷載和荷載情況。
車輪和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷作為模型輸入數(shù)據(jù)
多體仿真驗(yàn)證的輸入數(shù)據(jù)包括準(zhǔn)靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)載荷情況。為了便于與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，并允許使用易于理解的參數(shù)來(lái)證明模型的合理性，所使用的荷載應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，例如純垂直車輪力或簡(jiǎn)單垂直車輪行程。例如，對(duì)于靜態(tài)載荷情況，可以使用應(yīng)變計(jì)精確測(cè)量由已知車輪力或彈簧行程距離產(chǎn)生的支柱反作用力，并使用手動(dòng)計(jì)算進(jìn)行雙重檢查。即使在車軸開發(fā)的早期階段，靜止車輛處于空檔位置或在特定的負(fù)載條件下的負(fù)載也是已知的，因此非常適合用作仿真模型的驗(yàn)證負(fù)載情況。
模擬模型的行為也必須在動(dòng)態(tài)載荷條件下進(jìn)行研究。在大多數(shù)情況下，部件設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮動(dòng)態(tài)載荷。同樣，用于模型驗(yàn)證的輸入負(fù)載信號(hào)應(yīng)為具有恒定或穩(wěn)定變化頻率的簡(jiǎn)單正弦力信號(hào)。只要可能，驗(yàn)證負(fù)載情況應(yīng)該是連續(xù)的，而不是重疊的。例如，應(yīng)單獨(dú)檢查模型對(duì)懸架壓縮和制動(dòng)的響應(yīng)，而不是作為組合載荷情況。
作為模型輸出數(shù)據(jù)的橫截面荷載
仿真模型提供的輸出數(shù)據(jù)包括規(guī)定連接點(diǎn)處的橫截面載荷（例如兩個(gè)部件之間的橡膠襯套、車輪托架與前束連桿的接口等）。當(dāng)實(shí)際測(cè)試運(yùn)行（道路荷載數(shù)據(jù)收集，RLDC）中的荷載可用時(shí)，這些橫截面荷載在設(shè)計(jì)過(guò)程的后期進(jìn)行驗(yàn)證。使用橫截面載荷作為輸出數(shù)據(jù)需要定義與基于組件的局部坐標(biāo)系相關(guān)的接口。這些接口的定義還必須考慮與測(cè)量?jī)x器相關(guān)的限制。在非理想情況下，試驗(yàn)部件載荷數(shù)據(jù)（使用道路模擬試驗(yàn)臺(tái)或在RLDC期間測(cè)量）可在與模型基于部件的局部坐標(biāo)系中的位置不完全相同的測(cè)量點(diǎn)處獲取。還必須注意的是，仿真模型中的坐標(biāo)方向并不總是與測(cè)量設(shè)備的坐標(biāo)方向匹配。例如，不可能總是在兩個(gè)部件之間的界面的確切中心安裝應(yīng)變計(jì)。
模型驗(yàn)證比較點(diǎn)
比較點(diǎn)必須位于車軸的不同部分（不重疊），并應(yīng)選擇使所有三個(gè)力方向的獨(dú)立驗(yàn)證成為可能。
張力和/或壓縮中的兩點(diǎn)連接為比較點(diǎn)提供了一個(gè)最佳位置，因?yàn)閼?yīng)變計(jì)可以精確地附著在加載方向上，并且MBS模型中的局部坐標(biāo)系可以定向以匹配。從這些比較點(diǎn)獲得的測(cè)量信號(hào)可以根據(jù)輸出是負(fù)值還是正值直接轉(zhuǎn)換為張力或壓縮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果具有很好的可比性。以下部件適合用作比較點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兒苋菀装惭b傳感器，以測(cè)量其在x、y和z方向上的位移或變形：
  • Fx：下控制臂和車輪托架（靠近控制接頭）之間的連接，在后拖拉桿上（如適用）
  • Fy：前束連桿，下控制臂和車輪托架（控制接頭）之間的連接，上控制臂和車輪托架之間的連接（對(duì)于雙橫臂懸架系統(tǒng)）
  • Fz：支柱（彈簧/減震器系統(tǒng)）、下控制臂和車輪托架之間的連接（球節(jié)上的拔出力）和穩(wěn)定桿上的連接。
負(fù)荷數(shù)據(jù)的批準(zhǔn)和評(píng)估
包含模擬和實(shí)驗(yàn)負(fù)載與時(shí)間函數(shù)的數(shù)據(jù)集通常必須在評(píng)估之前進(jìn)行處理，因?yàn)闇y(cè)量數(shù)據(jù)通常包括預(yù)加載偏移量。
為了確定仿真的質(zhì)量，通常使用以下過(guò)程分析加載時(shí)間數(shù)據(jù)集：
  • 加載時(shí)間數(shù)據(jù)的可視化分析
  • 產(chǎn)生功率譜密度（PSD）
  • 分類
  • 根據(jù)Miner法則作為累積損傷的應(yīng)力對(duì)進(jìn)行損傷計(jì)算。
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