日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測(cè)試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車測(cè)試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測(cè)試

Simcenter 3D車輛機(jī)電實(shí)時(shí)仿真

2020-01-17 16:46:33·  來源：Simcenter 3D Online  作者：曹小佳  
　
在車輛的開發(fā)早期，物理樣機(jī)還沒有制造出來，實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的應(yīng)用在獲取車輛性能方面起到了舉足輕重的作用，典型的應(yīng)用是硬件在環(huán)測(cè)試和駕駛模擬器。在實(shí)時(shí)仿真的
在車輛的開發(fā)早期，物理樣機(jī)還沒有制造出來，實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的應(yīng)用在獲取車輛性能方面起到了舉足輕重的作用，典型的應(yīng)用是硬件在環(huán)測(cè)試和駕駛模擬器。在實(shí)時(shí)仿真的過程中，需要建立一個(gè)數(shù)字仿真模型來和物理系統(tǒng)進(jìn)行輸入輸出數(shù)據(jù)交互，在這個(gè)過程中不能因仿真求解而產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互延遲，該物理系統(tǒng)可以是控制器和實(shí)際駕駛員。在過去已有的一些實(shí)時(shí)方案中，該數(shù)字仿真模型大多基于簡(jiǎn)化模型，這樣一來就無法使用虛擬模型來精確的預(yù)測(cè)實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)的效果。通過Simcenter3D Motion實(shí)時(shí)仿真，客戶可以實(shí)時(shí)地求解詳細(xì)的高精度的多體模型，并為硬件在環(huán)測(cè)試與駕駛模擬器直接并實(shí)時(shí)地輸出所需的數(shù)據(jù)。由于Simcenter3D Motion強(qiáng)大的聯(lián)合仿真能力，Motion可以與車輛子系統(tǒng)1D仿真模型進(jìn)行聯(lián)合，以更大程度的增加實(shí)時(shí)仿真的精度等級(jí)。
 
概要
 
數(shù)字虛擬模型在車輛的開發(fā)流程中發(fā)揮著越來越重要的作用，多體動(dòng)力學(xué)仿真已經(jīng)是用于汽車工業(yè)設(shè)計(jì)流程中的標(biāo)準(zhǔn)方法和手段，高精度的動(dòng)力學(xué)模型可以得到車輛動(dòng)力學(xué)所有的關(guān)鍵特性。為了保證車輛性能和安全，使用了高級(jí)行駛輔助系統(tǒng)（ADAS），車輛變成了越來越復(fù)雜的機(jī)電耦合系統(tǒng)。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，通常是結(jié)合車輛物理樣機(jī)試驗(yàn)來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)證以及優(yōu)化。然而，試驗(yàn)測(cè)試必然價(jià)格昂貴、耗時(shí)，并且無法對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行快速的修改，更重要的是，試驗(yàn)測(cè)試需要真實(shí)的車輛物理樣機(jī)，而物理樣機(jī)要在開發(fā)流程的后期才能制造出來，這個(gè)時(shí)候幾乎沒有時(shí)間對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案細(xì)致地評(píng)估優(yōu)化。另外，完整的耦合復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的車輛虛擬樣機(jī)模型在實(shí)際中往往不可行，因?yàn)樗枰刂破鞯挠行?shù)值模型。而由于ADAS控制系統(tǒng)通常由一級(jí)零部件供應(yīng)商提供，出于對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，系統(tǒng)里面的控制算法不會(huì)完全提供給汽車主機(jī)廠。
要獲取ADAS與機(jī)械系統(tǒng)的精確相互作用性能，最有效的方法就是使用硬件在環(huán)。目前，硬件在環(huán)測(cè)試已經(jīng)成為多數(shù)商用車輛主機(jī)廠以及零部件供應(yīng)商進(jìn)行ECU校驗(yàn)的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)。使用硬件在環(huán)，可以通過傳感器和作動(dòng)器（如圖1、2所示）在機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字模型和控制器的硬件之間產(chǎn)生相互作用，這就意味著數(shù)字模型要實(shí)時(shí)的提供仿真結(jié)果。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，硬件控制器以一定的通訊率從傳感器中獲取車輛狀態(tài)信息。1ms的通訊間隔已經(jīng)成為汽車應(yīng)用中的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了模擬控制器的工作條件，數(shù)字模型應(yīng)在相同的1ms的通訊間隔中提供精確的仿真結(jié)果以考慮控制器對(duì)車輛響應(yīng)的作用效果。
 
實(shí)時(shí)仿真現(xiàn)狀
         
高精度模型在機(jī)械系統(tǒng)中的典型應(yīng)用是用于離線分析。為了獲得精確的仿真結(jié)果，多自由度的模擬方案往往是必須的。例如，用于預(yù)測(cè)彈塑性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的汽車懸架模型往往需要包含像部件之間襯套力單元的非線性柔性建模。由于其高復(fù)雜性，絕大多數(shù)高精度模型因此很容易就達(dá)到150個(gè)以上的自由度，這給絕大多數(shù)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解器帶來巨大的性能挑戰(zhàn)。對(duì)于這樣的現(xiàn)狀，目前的行業(yè)慣例是使用高性能多體系統(tǒng)模型的簡(jiǎn)化版來用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，駕駛模擬器也一樣。典型的模型簡(jiǎn)化就是去除部件以及自由度，直到模型的復(fù)雜程度能用于實(shí)時(shí)仿真。對(duì)于懸架，CAE分析往往使用簡(jiǎn)化的運(yùn)動(dòng)副代替柔性連接，甚至用復(fù)雜查表方式來代替彈塑性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性曲線。這些曲線包括在車輪在大位移（車輪垂向運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向角度）以及車輪載荷（縱向、側(cè)向以及回正力矩）驅(qū)動(dòng)下的位置與方向。通過這些簡(jiǎn)化，可以得到一個(gè)典型具有15到20個(gè)自由度的車輛行駛動(dòng)力學(xué)模型（如圖3所示）。
       
相對(duì)高精度的復(fù)雜模型，低精度的簡(jiǎn)化模型只需要較低的求解工作量，因此只能達(dá)到較低的求解精度。低精度簡(jiǎn)化模型只能提供可接受的約在5Hz以內(nèi)仿真精度，在整車性能分析中只能覆蓋典型的橫擺、縱傾以及起伏模式（roll, pitch and heave modes）。高精度復(fù)雜模型可以將有效頻段范圍擴(kuò)展到約30Hz。這個(gè)頻率范圍內(nèi)能包含懸架的襯套有限剛度的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)以及ADAS，ADAS在這樣的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)下會(huì)產(chǎn)生不一樣的響應(yīng)。在這種情況下，為了及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和處理這類問題，高精度復(fù)雜車輛動(dòng)力學(xué)模型的硬件在環(huán)測(cè)試時(shí)必需的。
 
在運(yùn)行實(shí)時(shí)仿真時(shí)簡(jiǎn)化多體模型會(huì)有以下三個(gè)主要副作用：
-   精度的損失：
因模型簡(jiǎn)化導(dǎo)致實(shí)時(shí)仿真結(jié)果精度下降；
-   參數(shù)的損失：
在多體模型中失去絕大部分參數(shù)，比如懸架幾何和襯套剛度在實(shí)時(shí)仿真中變得不可用。因此，離線模型中的任何修改需要做簡(jiǎn)化處理。
-   額外的工作：
針對(duì)同一車輛，針對(duì)離線仿真和實(shí)時(shí)仿真，需要建立和管理不同模型（一個(gè)用于離線的高精度復(fù)雜模型，一個(gè)用于實(shí)時(shí)的低精度簡(jiǎn)化模型），這需要額外的工作。

實(shí)時(shí)應(yīng)用的突破性解決方案
     
Simcenter 3D Motion 軟件的實(shí)時(shí)求解平臺(tái)，支持客戶在實(shí)時(shí)仿真中能夠直接使用高性能復(fù)雜多體系統(tǒng)模型。該解決方案的明顯優(yōu)勢(shì)如下：
  1. 相同的高性能復(fù)雜模型，同時(shí)適用于離線仿真和實(shí)時(shí)仿真；
  2. 從離線仿真到實(shí)時(shí)仿真不會(huì)損失精度；
  3. 可以在實(shí)時(shí)仿真的模型中直接獲取物理參數(shù)從而輕易實(shí)現(xiàn)“what-if”分析。
此外，通過motion與Amesim的緊密集成（如圖4所示），可以建立復(fù)雜子系統(tǒng)的1D詳細(xì)模型，比如電液壓組件以及控制邏輯，并將該1D模型加到3D模型中進(jìn)行整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的精確實(shí)時(shí)仿真。
 
Simcenter3D Motion實(shí)時(shí)求解特點(diǎn)

Simcenter 3D Motion實(shí)時(shí)求解主要特點(diǎn)包括定步長(zhǎng)隱式求解、并行求解以及耦合電、液、氣等子系統(tǒng)三個(gè)主要特點(diǎn)：

定步長(zhǎng)隱式求解
       
在硬件在環(huán)仿真中，眾所周知，任何一個(gè)時(shí)間步的周轉(zhuǎn)時(shí)間（用來計(jì)算下一個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)系統(tǒng)狀態(tài)所需的時(shí)間）必須小于仿真時(shí)間步。換句話說，實(shí)時(shí)仿真必須是通過定步長(zhǎng)來求解進(jìn)行。
Figure6
       
當(dāng)前大多數(shù)實(shí)時(shí)求解都是顯式的。這類求解只通過考慮當(dāng)前（也有可能是過去）離散時(shí)間點(diǎn)的加速度來計(jì)算下一個(gè)時(shí)間步的系統(tǒng)狀態(tài)。雖然顯示方法可以保證確定性的計(jì)算載荷，但是內(nèi)含的像襯套之類的柔性單元會(huì)產(chǎn)生數(shù)值剛度系統(tǒng)，在這種情況下，隱式求解法被認(rèn)為是比較好的，因?yàn)槠鋬?yōu)秀的數(shù)值穩(wěn)定性和精度。
 
隱式方法為了確保加速度在下一個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)滿足模型的非線性代數(shù)微分方程（DAEs），需要以不可預(yù)知的迭代次數(shù)來達(dá)到收斂求解。此外，在離線多體仿真中，為了在最優(yōu)的時(shí)間步長(zhǎng)上滿足數(shù)值模型，積分方法的步長(zhǎng)也是改變的。
總之，標(biāo)準(zhǔn)隱式求解器不是確定性的變步長(zhǎng)求解，它們?cè)诿恳粋€(gè)時(shí)間步上花費(fèi)的處理時(shí)間不一樣，這樣就導(dǎo)致這類求解器不適合實(shí)時(shí)仿真。為了實(shí)時(shí)的傳送仿真結(jié)果，隱式時(shí)間積分方法需要是確定性的，即定步長(zhǎng)求解。Simcenter3D Motion實(shí)時(shí)求解器是確定性的定步長(zhǎng)隱式求解，它通過限制迭代的次數(shù)以及固定時(shí)間積分的順序，從而使得實(shí)時(shí)仿真具有最高的數(shù)值穩(wěn)定性和精度。
 
并行求解
 
計(jì)算的趨勢(shì)是使用共享內(nèi)存處理器（SMP）來代替嘗試使用更高時(shí)鐘頻率的單處理器。為了使高精度多體系統(tǒng)模型能在實(shí)時(shí)仿真中運(yùn)行，客戶需要利用多核來適應(yīng)計(jì)算。
       
由于像襯套、彈簧、阻尼器等力單元與約束之間多自由度的耦合，在多體動(dòng)力學(xué)中使用多處理器來分割計(jì)算是一項(xiàng)不同凡響的工作。在隱式積分方法設(shè)置中，這個(gè)運(yùn)動(dòng)方程耦合的難點(diǎn)不僅僅局限于約束之間，在力單元之間也有。
 
高性能實(shí)時(shí)仿真能通過將模型分割成兩部分或者多部分來實(shí)施進(jìn)行，每一個(gè)子模型由不同的處理器核來求解，并且與其他子模型進(jìn)行協(xié)同仿真。這種分割可以是采用“切割運(yùn)動(dòng)副”的方法，但是對(duì)于車輛來說，切割底盤系統(tǒng)以及將底盤切割的各塊分配到各處理器更容易一些。為了達(dá)到這個(gè)目的，在Simcenter3D Motion中可以是用一種叫做“Modellink”類似襯套的單元，這種單元可以通過用戶定義的剛度和阻尼屬性來連接將要進(jìn)行并行求解模型的不同部分，確保參與協(xié)同仿真中所有處理器核之間保持適當(dāng)?shù)耐ㄓ崳ㄈ鐖D7所示）。
 
每個(gè)部分都被當(dāng)做單獨(dú)模型進(jìn)行管理，針對(duì)每個(gè)單獨(dú)模型產(chǎn)生C代碼版本（圖8-9所示）。除了描述（子）模型之外，每部分C代碼版本也能包含求解器代碼以運(yùn)行模型，比如在硬件在環(huán)系統(tǒng)中直接求解各模型。從Simcenter3D Motion中輸出的C代碼文件能被編譯成多種格式（DLL，EXE，matlab S-functions，MEXW32 文件 ）。
耦合電、液、氣等系統(tǒng)1D模型
       
Simcenter 3D Motion實(shí)時(shí)求解能集成1D形式的車輛子系統(tǒng)進(jìn)行耦合仿真。SimcenterAmesim軟件提供大量的機(jī)械、電氣、液壓等系統(tǒng)詳細(xì)模型庫，同時(shí)為Simcenter3D Motion提供專用的接口以方便的進(jìn)行1D與3D模型之間的交互。雖然在實(shí)時(shí)協(xié)同仿真的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中，涉及的所有的子系統(tǒng)都要求相同的集成步長(zhǎng)（典型的是1ms=1kHz），但是Simcenter3D Motion實(shí)時(shí)求解器功能已擴(kuò)展至能進(jìn)行多速率仿真，以便能滿足高頻子系統(tǒng)的特殊要求，例如在內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火載荷仿真中，需要高達(dá)5kHz的頻率才能達(dá)到所需的結(jié)果精度。
結(jié)論
由于一系列的突破性技術(shù)， Simcenter 3D Motion實(shí)時(shí)求解器能幫助客戶在詳細(xì)的高性能復(fù)雜模型上進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，同樣支持在絕大多數(shù)實(shí)時(shí)硬件平臺(tái)上運(yùn)行1D&3D聯(lián)合系統(tǒng)以及多速率系統(tǒng)仿真。
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25