本文作者：

Javier Gutiérrez Diez, Enric Llorens, Jordi Ventura , IDIADA

Hemanth Kolera,MSC Software

IDIADA對(duì)耐久性能的定位

車輛耐久性屬性開(kāi)發(fā)任務(wù)一般是指在物理測(cè)試之前先進(jìn)行模擬仿真。用仿真補(bǔ)充測(cè)試的方法提高了車輛開(kāi)發(fā)周期中可用信息的準(zhǔn)確性和完整性。

IDIADA 是 MSC 的技術(shù)合作伙伴，在全球不同地點(diǎn)提供工程、測(cè)試和認(rèn)證服務(wù)。IDIADA 在整車級(jí)別、系統(tǒng)和零部件級(jí)別的物理耐久性測(cè)試方面擁有 30 多年的經(jīng)驗(yàn)，并利用差異化的基礎(chǔ)設(shè)施，例如，歐洲和中國(guó)的兩個(gè)運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)場(chǎng)。多年來(lái)，它已被公認(rèn)為跨不同市場(chǎng)的車輛開(kāi)發(fā)任務(wù)專家。

耐久性能開(kāi)發(fā)過(guò)程

傳統(tǒng)的耐久性評(píng)估包括三個(gè)重要步驟。第一個(gè)是目標(biāo)設(shè)定，第二個(gè)是虛擬開(kāi)發(fā)階段，第三個(gè)是試驗(yàn)驗(yàn)證。

基于這個(gè)廣泛的框架，定義了最適合特定項(xiàng)目的特定任務(wù)。這些具體任務(wù)將取決于各種因素和約束，例如，樣機(jī)的可用性、樣機(jī)的成熟度、研究的目標(biāo)（整車/零部件）等。

車輛耐久性評(píng)估項(xiàng)目通常由以下幾種應(yīng)用程序組成，這取決于具體項(xiàng)目，它們是：

a) 目標(biāo)設(shè)定，

b) 準(zhǔn)靜態(tài)虛擬評(píng)估，

c) 4-poster / 多軸（虛擬試驗(yàn)），

d) 試驗(yàn)場(chǎng)（虛擬試驗(yàn)），

e）（道路載荷數(shù)據(jù)采集）RLDA/負(fù)載級(jí)聯(lián)（虛擬試驗(yàn)）

e) 疲勞分析。

1. 申請(qǐng)審核

1.1 目標(biāo)設(shè)定

在耐久性方面，目標(biāo)設(shè)置是指車輛必須運(yùn)行的英里/公里數(shù)。 有必要定義此車輛的使用工況，其中包括車輛將使用的區(qū)域、道路類型、速度和有效載荷。

一旦設(shè)定了目標(biāo)，它就會(huì)與試驗(yàn)場(chǎng)中的等效周期相關(guān)聯(lián)。 這種關(guān)聯(lián)有三種主要方法：物理 RLDA 和虛擬 RLDA（3D 或 2D）。


1.2 準(zhǔn)靜態(tài)評(píng)估

準(zhǔn)靜態(tài)評(píng)估包括操縱性和車輛行駛慣性的定義，代表標(biāo)準(zhǔn)駕駛條件。 這些動(dòng)作在MBD仿真（如 Adams）中進(jìn)行模擬，以生成用于疲勞分析的載荷。

這是在開(kāi)發(fā)初始階段使用的一種簡(jiǎn)化方法。



1.3 虛擬4-poster/多軸

多軸分析是指在MBD中進(jìn)行多軸裝配的4立柱虛擬仿真試驗(yàn)。 此測(cè)試的輸入載荷可由 RLDA虛擬試驗(yàn)得到。

得到的輸出輸出載荷可用于疲勞分析。



1.4 虛擬試驗(yàn)場(chǎng)

VPG分析是指MBD在通過(guò)掃描得到的虛擬路面上進(jìn)行虛擬仿真試驗(yàn)。

得到的輸出載荷同樣應(yīng)用于疲勞 FEM分析。



1.5 虛擬 RLDA/負(fù)載級(jí)聯(lián)

此應(yīng)用指MBD仿真及其后處理中得到輸出，MBD仿真可以是四立柱、多軸、虛擬試驗(yàn)場(chǎng)仿真等。這意味著在 MBD 仿真之后，我們?cè)谝粋€(gè)完整的虛擬RLDA中得到所有可能的測(cè)量值（位移、加速度和力）。我們可以定義后續(xù)的工作，例如：零部件測(cè)試。請(qǐng)注意，這些零部件測(cè)試可以通過(guò)虛擬試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。



1.6 疲勞分析

該分析包括將MBD輸入載荷與FEM仿真中獲得的應(yīng)力/應(yīng)變相結(jié)合。用戶也可以使用MSC的CAEfatigue等商業(yè)軟件進(jìn)行以上分析。



請(qǐng)注意，“輸入載荷”是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，可以以不同形式呈現(xiàn)：

1) 時(shí)域載荷

2) 頻域載荷

3) 模態(tài)參與因子。

根據(jù)這些載荷呈現(xiàn)的形式，我們需要相應(yīng)的應(yīng)力/應(yīng)變形式。在情況 (1) 中，我們需要來(lái)自單一載荷工況的應(yīng)力/應(yīng)變；在情況 (2) 中，我們需要模態(tài)應(yīng)力和車輛的頻率響應(yīng)；在情況 (3) 中，我們需要模態(tài)應(yīng)力。

2. Adams 耐久性模擬工作流程

從 Adams Car模型開(kāi)始的虛擬仿真可幫助耐久性工程師克服開(kāi)發(fā)周期中的一些主要挑戰(zhàn)：

• 沒(méi)有可用的RLDA虛擬樣車，或虛擬樣車不能用于工程項(xiàng)目；

• 可用零部件信息不夠成熟；

• 無(wú)法測(cè)量零部件負(fù)載，考慮所有車輛變體，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議、零部件等的假設(shè)研究。

要為耐久性分析創(chuàng)建可靠的模型，必須考慮以下部分：

• 車輛模型：在研究頻率范圍內(nèi)對(duì)于直接影響車輛響應(yīng)的零部件，應(yīng)考慮模型的柔性化。對(duì)于耐久性應(yīng)用，通常在 50-75 Hz 范圍內(nèi)，需要使用柔性體（固有頻率表征的柔性單元）、準(zhǔn)確的動(dòng)力懸架系統(tǒng)、與頻率相關(guān)的襯套模型以及基于物理的高保真輪胎模型。必須在不同模型層級(jí)之間具有準(zhǔn)確和詳細(xì)的關(guān)聯(lián)性。從零部件信息開(kāi)始，表達(dá)出懸架K&C特性關(guān)聯(lián)性，然后執(zhí)行一組低頻（操縱和制動(dòng)）操作，用來(lái)比較舒適性和耐久性事件的仿真與試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于這種比較，用戶可以從基本的機(jī)械信號(hào)（如，位移和加速度）開(kāi)始，以計(jì)算力、應(yīng)力和應(yīng)變。



• 耐久性循環(huán)：一般來(lái)說(shuō)，它是以一定速度運(yùn)行的順序路面和每個(gè)路面的特定循環(huán)次數(shù)的組合。最終目標(biāo)是計(jì)算車輛在耐久性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一定行駛距離中的等效損傷。如果這些是在西班牙的 IDIADA 試驗(yàn)場(chǎng)定義的，那么 IDIADA 與 MSC 合作提供了在 Adams 內(nèi)直接使用試驗(yàn)場(chǎng)的數(shù)字化表示的可能性。

• 疲勞評(píng)估：耐久性工程師生成所研究車輛部件每個(gè)界面點(diǎn)處的載荷歷程，并將耐久性循環(huán)中每個(gè)事件的荷載與循環(huán)次數(shù)結(jié)合起來(lái)，以評(píng)估零件的損傷。

總結(jié)

本文通過(guò)將測(cè)試和仿真有效地結(jié)合起來(lái)，明確了車輛開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中使用的各種可用虛擬工具。盡管仿真在耐久性應(yīng)用方面取得了進(jìn)展，但由于車輛疲勞現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)特性，測(cè)試和仿真技術(shù)之間有很大的互補(bǔ)空間。