西門子工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了先進(jìn)的測試方法，以確定車輛操縱過程中的車身力分布并將車身變形可視化。

Simcenter工程咨詢服務(wù)有三個(gè)主要優(yōu)勢。首先，他們將高端測試與CAE相結(jié)合。其次，他們與汽車原始設(shè)備制造商OEM廣泛合作，并有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)。最后，Simcenter工程咨詢服務(wù)擁有一支非常優(yōu)秀的全球?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)。

------------- Hitoshi Kyogoku

汽車動(dòng)力學(xué)CAE集團(tuán)經(jīng)理

CAE部門綜合經(jīng)理

日產(chǎn)汽車公司CAE和測試1部

挑戰(zhàn)

深入了解車身剛度特性與車輛操縱性能之間的關(guān)系

將駕駛員的主觀體驗(yàn)與車身載荷分布的變化聯(lián)系起來

制定車身設(shè)計(jì)和車身剛度目標(biāo)設(shè)定方法，以提高車輛操縱性能

關(guān)鍵技術(shù)

在時(shí)域中識(shí)別車身和懸架之間的工作載荷

創(chuàng)建車身trimmed body的模態(tài)模型，該模型包含車身整體柔度和懸架接口點(diǎn)的局部柔度

可視化車身變形以及時(shí)域中各個(gè)車身模態(tài)貢獻(xiàn)量

研究操縱過程中車身載荷的形成方式及其對(duì)駕駛動(dòng)力學(xué)性能的綜合影響

成果

   深入了解專業(yè)駕駛員的主觀感知與車身剛度變化對(duì)車輛動(dòng)態(tài)性能影響之間的關(guān)系

    通過有針對(duì)性的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改，定義了改進(jìn)車輛操縱性的流程

    開發(fā)了一種方法，能夠在車輛開發(fā)過程的早期對(duì)車身柔性做出有洞察性的決策

01了解車身柔性和車輛操縱性之間的關(guān)系

為車身增加額外剛度可以改善車輛操縱性能和主觀駕駛體驗(yàn)，但現(xiàn)有的測試技術(shù)或計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）無法解釋這種關(guān)系。在設(shè)計(jì)下一代輕型車平臺(tái)時(shí)，加強(qiáng)件的任何附加質(zhì)量都需要仔細(xì)考量，且需要保持操縱性與噪音、振動(dòng)和粗糙度（NVH）之間的適當(dāng)平衡。簡單地根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試錯(cuò)法來添加車身加強(qiáng)件是非常低效的，并且可能導(dǎo)致在車輛開發(fā)過程的后期出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的昂貴車身設(shè)計(jì)更改。因此，汽車原始設(shè)備制造商（OEM）尋找一種技術(shù)能夠幫助進(jìn)行決策。西門子數(shù)字工業(yè)軟件公司的Simcenter工程服務(wù)專家構(gòu)想了一種創(chuàng)新的測試方法，幫助日產(chǎn)汽車公司獲得對(duì)車身剛度和操縱性之間關(guān)系的理解。

日產(chǎn)車輛動(dòng)力學(xué)CAE集團(tuán)經(jīng)理Hitoshi Kyogoku指出：“開發(fā)車身以提高操縱性能通常需要很多時(shí)間，而且可能需要大量額外的零件成本。”Kyogoku屬于綜合CAE部門，該部門通過模擬仿真來優(yōu)化車輛性能。該部門在對(duì)實(shí)際車輛進(jìn)行測試之前評(píng)估車輛特性，如耐撞性、強(qiáng)度、NVH和操縱性，并不斷尋找新技術(shù)來提高準(zhǔn)確性和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在研究車身加固對(duì)駕駛員的影響時(shí)，工程師們與來自設(shè)計(jì)和測試部門的同事聯(lián)手，并決定讓Simcenter工程服務(wù)專家參與，以了解新的高端測試方法。他們共同進(jìn)行了一項(xiàng)涉及不同車身變體的詳細(xì)研究，希望全面了解車身剛度變化及其對(duì)操控性能的影響之間的關(guān)系。

02基于道路的獨(dú)特的測試方法

“Simcenter 工程咨詢服務(wù)部門采用獨(dú)特的高水平測試技術(shù)，尤其是在操作車輛的條件下，”Kyogoku解釋道，“這對(duì)我們來說非常重要?！敝T如在臺(tái)架上進(jìn)行靜態(tài)剛度測試之類的方法可以將車身加強(qiáng)效果量化為單個(gè)靜態(tài)剛度值，但在道路上進(jìn)行評(píng)估時(shí)，諸如橫擺率、橫向加速度或側(cè)傾角等客觀的全局車輛操縱性能指標(biāo)通常很難與車身剛度變化直接相關(guān)。“Simcenter工程服務(wù)專家提出的解決方案可以揭示隱藏的機(jī)理，”Kyogoku說。Simcenter 工程咨詢服務(wù)幫助我們識(shí)別載荷并在時(shí)域中可視化車身變形，這對(duì)我們來說是非常有價(jià)值的信息?！?

03準(zhǔn)確識(shí)別工作載荷分布

車輛整體操縱性能指標(biāo)是懸架和車身之間所有力的綜合作用的結(jié)果。想要了解機(jī)理和原理首先要研究道路上的各個(gè)貢獻(xiàn)量，但準(zhǔn)確的負(fù)載識(shí)別非常復(fù)雜。

車輛操縱研究包括瞬態(tài)現(xiàn)象，通常以低頻為主。經(jīng)典的基于加速度的矩陣求逆方法常常因?yàn)榍竽婢仃嚨臄?shù)值條件差而失敗。低頻模態(tài)通常只涉及幾個(gè)獨(dú)立的體模態(tài)，這導(dǎo)致逆矩陣中的傳遞函數(shù)之間存在顯著耦合。

Simcenter 工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊(duì)提出了一種使用應(yīng)變響應(yīng)的替代矩陣求逆方法。這個(gè)方法對(duì)局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)更加敏感，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的進(jìn)行矩陣解耦，從而能夠在時(shí)域中精確識(shí)別載荷。

Simcenter工程服務(wù)專家在應(yīng)變測試方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)。作為測試和仿真方向的專家，他們利用CAE來探索懸架-車身接附點(diǎn)附近的應(yīng)變熱點(diǎn)情況，并為矩陣求逆定義最佳傳感器位置。這些參考點(diǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了待確定的力，并且對(duì)于矩陣條件數(shù)良好的方程組，能足夠體現(xiàn)車身動(dòng)力性能的多樣性。

通過將實(shí)際測量的應(yīng)變與實(shí)驗(yàn)室力-應(yīng)變傳遞函數(shù)相結(jié)合，可以可靠地估計(jì)不同車身變體的受力?！拔覀儗?duì)結(jié)果印象深刻，”Kyogoku證實(shí)道?！拔覀儨y試的車身加強(qiáng)件導(dǎo)致的作用力差異可以很好地被觀察到，且具有良好的重復(fù)性。準(zhǔn)確的時(shí)域車身載荷識(shí)別對(duì)于研究至關(guān)重要?！?

04客觀觀察到的假設(shè)符合專家駕駛員的主觀感受

Simcenter工程服務(wù)專家與日產(chǎn)工程師合作評(píng)估連接點(diǎn)處測得的力分布修改對(duì)車輛操縱性能的影響?！癝imcenter工程咨詢服務(wù)掌握了非常高水平的技術(shù)方法，”Kyogoku說，“我們的工程師與工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊(duì)之間的長足且公開的溝通是使這項(xiàng)研究取得成功的最重要因素之一?！边@一合作清楚地表明了專業(yè)駕駛員在道路上的體驗(yàn)。在討論中發(fā)現(xiàn)，力振幅及其與轉(zhuǎn)向角輸入相關(guān)的時(shí)間延遲（也稱為“相位”或“車身力累積”）都很重要。通過詳細(xì)研究力的相互作用，我們?cè)趯?duì)基礎(chǔ)模型的修改評(píng)估中發(fā)現(xiàn)，一組快速作用的側(cè)向力有一定程度的增加，而垂直力則是會(huì)重新分布。

由于側(cè)向力會(huì)激勵(lì)車身側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，而垂直載荷會(huì)抵消，因此假設(shè)瞬態(tài)車身側(cè)傾運(yùn)動(dòng)會(huì)有適度變化。同時(shí)，由于橫向力之間的相互抵消，工程師預(yù)計(jì)對(duì)橫向加速度的影響有限。這些客觀觀察到的假設(shè)完全符合專業(yè)駕駛員在道路上的主觀感受。

05做出有針對(duì)性的車身設(shè)計(jì)決策，以實(shí)現(xiàn)未來車輛的最佳操縱性

進(jìn)行進(jìn)一步深入研究，將識(shí)別的時(shí)域力與車身trimmed body的模態(tài)模型相結(jié)合，而這個(gè)模型是由在自由-自由邊界條件下測量的傳遞函數(shù)組成。生成的全車身變形可以進(jìn)行動(dòng)畫顯示，并分解為單獨(dú)的模態(tài)貢獻(xiàn)量。這使得在車輛操縱工況的每個(gè)階段，研究整體扭轉(zhuǎn)和彎曲模態(tài)的相對(duì)重要性以及力引起的局部變形成為可能。這在比較不同車身變體的動(dòng)態(tài)性能時(shí)非常有用。

與傳統(tǒng)的臺(tái)架靜態(tài)剛度試驗(yàn)（通常只為整個(gè)車身提供一個(gè)單一的剛度值）相比，該方法允許基于車身模態(tài)的車身剛度修改。未來，這一知識(shí)可用于研究結(jié)構(gòu)加固在何處更有效，并可更有針對(duì)性地優(yōu)化車身柔性以實(shí)現(xiàn)車輛操控性能最佳?！拔覀儗L試在CAE中再現(xiàn)觀察到的現(xiàn)象，”Kyogoku確認(rèn)道。利用這些知識(shí)進(jìn)行仿真將使該方法應(yīng)用到設(shè)計(jì)階段的早期。

這將有助于基于車輛操縱對(duì)車身柔性做出更合理的決定，同時(shí)在下一代輕型車輛的開發(fā)過程中保障對(duì)NVH的要求。它將幫助避免后期的維修成本。Simcenter工程咨詢服務(wù)在這一新工程流程的部署中扮演著重要角色?！拔艺J(rèn)為Simcenter 工程咨詢服務(wù)有三個(gè)主要特定，”Kyogoku總結(jié)道?！笆紫?，他們將高端測試與CAE相結(jié)合。其次，他們與汽車原始設(shè)備制造商OEM廣泛合作，并有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)。最后，Simcenter工程咨詢服務(wù)擁有一支非常優(yōu)秀的全球?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)?！?