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整車通過性虛擬仿真
01.前言
隨著電動車的普及，汽車通過性越來越成為一個人們關(guān)注的話題。電動車由于離地間隙比較低，現(xiàn)實生活中坑坑坎坎以及極限坡度車庫層出不窮，使得車輛行駛過程中很容易發(fā)生車輛“蹭地”甚至“托底”的尷尬狀況。目前各大主機(jī)廠的開發(fā)主要是依靠設(shè)計階段控制靜態(tài)離地間隙和樣車出來之后的路試驗證，其與真實場景的關(guān)聯(lián)未可知，往往早期不能及時識別動態(tài)干涉問題。整車通過性虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)可以借助CAE的手段，建立車輛、駕駛員、場景等模型，能夠快速在設(shè)計階段預(yù)測整車的動態(tài)離地間隙，縮短開發(fā)周期，減少試驗成本。
02.關(guān)鍵技術(shù)
整車通過性虛擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)字樣車、虛擬駕駛員、虛擬場景以及算法和結(jié)果可視化。其中數(shù)字樣車是基礎(chǔ)，決定仿真的精度；虛擬駕駛員和場景再現(xiàn)真實的通過性工況；算法及結(jié)果可視化實現(xiàn)風(fēng)險位置能夠更為直觀的識別。
2.1 數(shù)字樣車建模
數(shù)字樣車的建模，主要包括外形和內(nèi)核兩大塊。外形定義了車身和輪胎的輪廓和位置，其運用前沿圖形圖像處理軟件，保證幾何重構(gòu)模型的材質(zhì)和渲染的還原度。而內(nèi)核則是體現(xiàn)這輛車的運動學(xué)和動力學(xué)屬性。數(shù)字樣車建模包括整車參數(shù)、整車配重和簧下質(zhì)量、彈性元件特性曲線、輪胎模型、虛擬傳感器等設(shè)定，以及最核心的SKC文本的定義。SKC是基于物理或虛擬的懸架外特性生成的控制文本，表征車輛輪心和彈性元件的運動和動力學(xué)屬性（如圖一所示）。
圖一 數(shù)字樣車模型
2.2 虛擬駕駛員建模
虛擬駕駛員的建模中，會根據(jù)車輛本身的特點和駕駛的需求定義不同的操作規(guī)范，不同的動力、速度、加速度和轉(zhuǎn)向等控制。虛擬駕駛員還可以根據(jù)用戶設(shè)定的油門、制動、離合器踏板位置，以及不同的檔位進(jìn)行行駛。駕駛員的行為也可以進(jìn)行保守、正常和激進(jìn)等風(fēng)格設(shè)定（如圖二所示）。
圖二 虛擬駕駛員模型
2.3 虛擬場景建模
虛擬場景是實現(xiàn)物理場景虛擬化的平臺。其特征路面可以分段建立，有利于快速搭接組合，形成新的場景；其車道數(shù)量、車道寬度、轉(zhuǎn)彎半徑任意設(shè)定，可以快速驗證不同路面參數(shù)的車輛響應(yīng)；其路面高度、寬度落差任意可調(diào)，有利于形成不同的用戶場景，驗證車輛的通過性能。
值得一提的是，通過性綜合場景充分考慮歷史車型磕碰問題的高頻路面，結(jié)合多條用戶調(diào)研產(chǎn)生的火車站、賣場、酒店和綜合廣場、寫字樓等的極限坡道路面，最終構(gòu)建完整的“整車通過性場景“（如圖三所示）。
圖三 典型通過性場景案例
2.4 干涉算法開發(fā)及結(jié)果可視化
為了準(zhǔn)確識別通過性風(fēng)險，需要準(zhǔn)確的實時提取路面與整車的最小運動間隙。通過干涉算法開發(fā)，將車底與路面特征分別進(jìn)行離散化建模，采用自主算法計算路面和車輛的相對位置關(guān)系，識別干涉位置，最終進(jìn)行通過性可視化展現(xiàn)（如圖四所示）。
圖四 整車通過性接觸算法
03.仿真應(yīng)用
整車通過性虛擬仿真技術(shù)可以在車輛行駛過程中實時展現(xiàn)風(fēng)險區(qū)域，同步輸出具體的干涉位置和干涉量（如圖五所示）。這樣就能快速在設(shè)計階段預(yù)測整車的動態(tài)離地間隙，供整車布置、底盤設(shè)計等功能組進(jìn)行高效迭代優(yōu)化。
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