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基于CarMaker的虛擬樣車開發(fā)

2020-07-07 14:26:14·  來源：IPG中國  
　
目前隨著汽車技術的發(fā)展，在汽車開發(fā)中我們會面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，其中樣車的開發(fā)就是整個開發(fā)周期中非常重要的一步。據統(tǒng)計，真實樣車使用周期只占整個汽車開發(fā)
目前隨著汽車技術的發(fā)展，在汽車開發(fā)中我們會面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，其中樣車的開發(fā)就是整個開發(fā)周期中非常重要的一步。據統(tǒng)計，真實樣車使用周期只占整個汽車開發(fā)周期的40%，并且只有少于10%的工程師才有機會參與到樣車新系統(tǒng)的評估中。為了改善這種困境，使用CarMaker虛擬測試駕駛平臺所開發(fā)的虛擬樣車，可以使每一位工程師都有機會參與到虛擬樣車新系統(tǒng)的評估中, 實現從項目立項到整車SOP整個開發(fā)周期的100%覆蓋。
 
基于CarMaker軟件所創(chuàng)建的虛擬樣車可以應用于ADAS & Automated Driving，Powertrain以及Vehicle Dynamics等不同領域。在每一種領域所實現的功能也是不同的，比如說在ADAS & Automated Driving領域的應用中，可以通過虛擬樣車實現控制策略的開發(fā)；傳感器數據融合、目標聚類、環(huán)境建模的開發(fā)；軟件功能和性能測試；軟件集成測試；HPC(高性能集群計算)百萬公里級的回歸測試；基于CarMaker仿真的Homologation。在Powertrain領域中，可以通過虛擬樣車實現能量效率、排放和性能測試；駕駛排放優(yōu)化；動力系統(tǒng)概念設計、控制邏輯分析和測試；ECU標定；能量管理預測等功能。而在車輛動力學領域中，主要是可以通過虛擬樣車進行底盤架構的設計；操縱穩(wěn)定性性能研究；圈速優(yōu)化性能研究；平順性分析；虛擬競品分析以及基于CarMaker仿真的ESC Homologation。
 
那么怎樣在CarMaker中創(chuàng)建有效的虛擬樣車呢？在這里我們劃分為三個主要步驟。
Step 1 數據采集
Step 2 車輛模型參數化
Step 3 虛擬樣車驗證
數據采集
第一步的數據采集是至關重要的一個環(huán)節(jié)，最終虛擬樣車的性能與所采集的數據量息息相關。在進行數據采集之前，需要與客戶對需求進行細致的溝通。“Purpose Driven Fidelity”-目的驅動模型保真度是我們在虛擬樣車開發(fā)中遵循的非常重要的原則，并非所有子系統(tǒng)模型參數化的精度越高越好，精度高雖然能更好的反應出真實世界中車輛的行為，但是這會對硬件有很高的要求并且會嚴重的影響仿真速度甚至出現非實時現象。而最終的虛擬樣車則會是復雜模型和簡單模型的結合體，在仿真精度和仿真性能之間尋找到平衡點。所以在需求溝通中就要明確用戶的應用領域和整車部件類型。依據結果制定出適合用戶的最佳方案并提供給客戶參數列表。
 
[不同用例所推薦的模型保真度等級]
對于數據來說主要有兩種數據來源，一種是設計數據，另一種是測量數據。對于OEM來說則可以提供出很多的設計數據。而對于Tier1來說則經常需要依靠測量數據來進行虛擬樣車開發(fā)，需要對整車基本參數以及部件基本特性進行測試并運用不同的工具（Vector/ABD robot）記錄數據，從而獲取K&C曲線，整車質量、尺寸和慣量數據，輪胎數據以及車輛動力學相關數據等。在實際的項目中兩種數據往往都會在虛擬樣車開發(fā)中有所體現。
 
車輛模型參數化
模型參數化是一步非常重要的執(zhí)行過程，需要基于前期所得到的數據，參數化不同的部件以組成完整的虛擬樣車。這其中的數據有些可以直接填入CarMaker GUI界面中，有些則需要轉化為CarMaker可讀的數據格式才可以使用，比如說輪胎數據、K&C曲線數據、多體懸架數據等。除此之外CarMaker還提供了很多的接口工具（Data Converter）用于轉換第三方軟件中的數據，進一步完善車輛模型參數化的方式。
 
虛擬樣車驗證
驗證主要是為了與參考數據進行對比評估數據一致性。這個參考數據可以是實車數據也可以是行業(yè)認可軟件所測得的數據。在虛擬樣車驗證中，主要會通過”Static Validation”和”Dynamic Validation”兩個階段進行模型的驗證。
 
其中”Static Validation”主要是評估空氣動力學中阻力系數、氣流角和風力之間的相互關系；評估動力系統(tǒng)中發(fā)動機扭矩、發(fā)動機轉速和油門位置之間的相互關系；評估制動系統(tǒng)中制動踏板開度、輪邊扭矩的關系并體現每個輪缸建壓、保壓、釋壓的過程；評估輪胎系統(tǒng)中縱向滑移率與輪胎縱向力的關系，側偏角與輪胎側向力的關系，側偏角與回正力矩的關系；評估懸架系統(tǒng)中兩側車輪沿Z軸方向的位移變化與X/Y/Z三個方向的位移旋轉6自由度的變化之間的關系；評估整車的質量、慣量以及部件靜態(tài)位置等信息。
 
而”Dynamic Validation”則是需要通過駕駛虛擬樣車在不同的場景中評估車輛的動力學響應。分別對縱向動力學和橫向動力學進行驗證，主要會涉及以下圖表中所列的場景，其中包括了經驗測試場景以及ISO標準測試場景。
 
[縱向和橫向車輛動力學驗證場景]
這些場景都需要在CarMaker中搭建出完整的TestRun，基于這些TestRun我們可以通過”TestManager”實現自動化測試得到虛擬樣車的測試數據。還可以基于這些場景通過”Input From File”功能實現仿真數據與實車數據之間的對比，虛擬樣車需要完全跟隨真實車輛的轉向、加速、換擋、制動等輸入信息，確保兩者的控車數據是一致的，推動模型的優(yōu)化，最終達到虛擬樣車開發(fā)目標。然后進行數據整理對比分析，生成交付報告。
 
 
[自動化測試以及數據對比報告]
以上內容則是基于CarMaker進行虛擬樣車開發(fā)的整個流程基本介紹，關于更多使用CarMaker進行虛擬樣車開發(fā)的細節(jié)，歡迎持續(xù)關注IPG中國公眾號。
 
IPG公司簡介
作為全球虛擬仿真測試技術的領導者，IPG為整車開發(fā)提供了完整的創(chuàng)新的仿真解決方案，能夠實現軟件和硬件的全開發(fā)流程中無縫切換，從概念設計驗證到產品發(fā)布各個階段的全覆蓋。IPG的虛擬樣車系統(tǒng)開發(fā)工具技術允許客戶在完全虛擬的整車環(huán)境中進行全新的系統(tǒng)開發(fā)和測試。
CarMaker/TruckMaker軟件作為面向乘用車/商用車市場的世界級仿真測試軟件，其應用于整車概念開發(fā)階段到零部件集成測試各個不同的開發(fā)階段，提供了一個完整的整車仿真和測試環(huán)境。
CarMaker/TruckMaker可復用于MIL/SIL（模型在環(huán)/軟件在環(huán)）以及HIL（硬件在環(huán)）/DIL（駕駛員在環(huán)）/VIL（車輛在環(huán)）不同測試階段，幫助工程師節(jié)省時間和成本的投入。
 
 
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