前  言

自2009年開始，中國汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)連續(xù)十一年蟬聯(lián)世界第一，汽車產(chǎn)業(yè)已然成為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。然而，從2018年出現(xiàn)的首次下降到現(xiàn)在，歷經(jīng)2年時(shí)間，汽車市場正在經(jīng)歷寒冬也已成為事實(shí)。這對(duì)自主品牌汽車形成了更大壓力，迫使企業(yè)進(jìn)一步強(qiáng)化創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，全面形成正向開發(fā)能力，真正打造自主品牌的高品質(zhì)智能汽車。在此過程中，底盤性能作為 “品牌基因”的核心、智能駕控的關(guān)鍵執(zhí)行層，是車輛平臺(tái)的重要基礎(chǔ)之一，更要率先發(fā)展自主核心技術(shù)，完善現(xiàn)有開發(fā)體系，形成具有自主特色的研發(fā)路線，最終實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的“換道超車”。

多方協(xié)同聯(lián)合開發(fā)

隨著自主汽車企業(yè)研發(fā)能力與深度的逐步升級(jí)，正向開發(fā)逐漸成為主流，在設(shè)計(jì)開發(fā)初期，充分利用仿真分析、綜合匹配優(yōu)化、虛擬試驗(yàn)場等技術(shù)手段進(jìn)行車輛的性能開發(fā)及評(píng)估，可大大提升產(chǎn)品性能、縮短研發(fā)周期、降低開發(fā)成本。為全面、高效、同步進(jìn)行整車性能的開發(fā)及驗(yàn)證，在車輛開發(fā)的早期，整車企業(yè)應(yīng)需要協(xié)同供應(yīng)商進(jìn)行全方位的同步匹配設(shè)計(jì)，共同建立標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)流程及數(shù)據(jù)管理體系，搭建多方協(xié)同聯(lián)合開發(fā)的“智能化協(xié)同平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)全體系的正向同步設(shè)計(jì)，保障總體性能與系統(tǒng)約束的最優(yōu)平衡。“智能化協(xié)同平臺(tái)”要涵蓋從車輛前期性能定義、到中期性能分解以及后期精細(xì)優(yōu)化調(diào)校的底盤性能開發(fā)全流程，也要包括復(fù)雜的各專業(yè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理分析模塊、整車性能匹配評(píng)價(jià)模塊、DOE及靈敏度分析模塊、穩(wěn)健性綜合匹配優(yōu)化模塊等，以此為基礎(chǔ)搭建互聯(lián)云平臺(tái)進(jìn)行多方信息交互、模型建立、性能分析、參數(shù)優(yōu)化分解，實(shí)現(xiàn)具有獨(dú)有品質(zhì)性能基因的精準(zhǔn)開發(fā)，而后經(jīng)過多輪多車型數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)積累，使得產(chǎn)品性能夠持續(xù)迭代升級(jí)。

目前，本團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的車輛動(dòng)力學(xué)云平臺(tái)，已經(jīng)擁有前期低自由度性能定義動(dòng)力學(xué)仿真模塊、中期性能分解的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化模塊以及基于商用軟件的全面深度二次開發(fā)模塊，如圖1所示；同時(shí)，在輪胎動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了系列自主專用工具開發(fā)，形成TireSim產(chǎn)品家族，如圖2所示。


圖1 車輛動(dòng)力學(xué)智能開發(fā)平臺(tái)


圖2 TireSim®輪胎動(dòng)力學(xué)仿真&分析軟件家族

底盤性能開發(fā)的靈魂：動(dòng)力學(xué)

汽車作為應(yīng)用最為廣泛的交通工具，其終極目標(biāo)就是要在各種工況下都能夠?qū)崿F(xiàn)符合控制意圖的運(yùn)動(dòng)，因此動(dòng)力學(xué)是設(shè)計(jì)開發(fā)的靈魂，不能深入理解動(dòng)力學(xué)機(jī)理就無法實(shí)現(xiàn)全面精準(zhǔn)的正向設(shè)計(jì)，所以需要有自主、開源的軟件作為基礎(chǔ)，幫助工程師掌握機(jī)理，實(shí)現(xiàn)真正意義的深度正向設(shè)計(jì)。“智能化協(xié)同平臺(tái)”通過二次開發(fā)將動(dòng)力學(xué)開發(fā)人員從繁多的建模、仿真、優(yōu)化工作中解放出來，繼而將更多精力用于動(dòng)力學(xué)性能機(jī)理的深入研究、品質(zhì)升級(jí)的持續(xù)探索等方面。在車輛開發(fā)過程中，利用全面自主、多維度的開源動(dòng)力學(xué)軟件平臺(tái)進(jìn)行輔助開發(fā)研究，突破傳統(tǒng)的“在現(xiàn)有商用動(dòng)力 學(xué)軟件黑箱、灰箱環(huán)境下，常規(guī)輸入輸出的反饋操作”固有路線，形成以動(dòng)力學(xué)性能機(jī)理為總體指導(dǎo)與分析框架，最大限度地發(fā)揮動(dòng)力學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)性與全局性作用的具有自主特性的研發(fā)路線，圍繞“品牌性能基因“，在底盤約束范圍內(nèi)，運(yùn)用不同維度動(dòng)力學(xué)軟件開發(fā)工具，完成車輛的最優(yōu)設(shè)計(jì)及性能綜合調(diào)校，實(shí)現(xiàn)”靈魂“與”基因“深度融合。


圖3 面向性能的開源車輛動(dòng)力學(xué)模型

底盤控制技術(shù)：突破國外壟斷

汽車電子行業(yè)飛速發(fā)展，智能駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)汽車得到全行業(yè)的高度關(guān)注，為加快推進(jìn)智能汽車創(chuàng)新發(fā)展，國家11部門聯(lián)合印發(fā)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，將此提升到國家戰(zhàn)略層面，是新一輪科技革命關(guān)鍵技術(shù)之一。底盤控制系統(tǒng)作為智能駕控的關(guān)鍵執(zhí)行層，是實(shí)現(xiàn)全面可靠智能駕駛的必經(jīng)之路，是智能駕駛的核心技術(shù)，因此必須要突破國外在此領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。自主控制系統(tǒng)供應(yīng)商繼續(xù)跟隨國外的技術(shù)開發(fā)路線，將無法形成良好的應(yīng)用生態(tài)，為此應(yīng)深刻把握 “底盤控制的核心就是對(duì)輪胎力的精 準(zhǔn)控制”，以此為切入點(diǎn)，克服現(xiàn)有系統(tǒng)無法精確獲取輪胎力與路面實(shí)時(shí)狀態(tài)的不足，進(jìn)而高效精準(zhǔn)的達(dá)到最終控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“換道超車”。此外，底盤應(yīng)用最為廣泛的側(cè)縱向耦合控制系統(tǒng) ESP/ABS，長期被國外供應(yīng)商壟斷，造成自主整車企業(yè)話語權(quán)不高、難以掌握控制系統(tǒng)與整車開發(fā)的深度匹配技術(shù)。為此，需建立完善的底盤控制系統(tǒng)自主集成測試、評(píng)價(jià)與匹配體系，通過結(jié)合傳統(tǒng)性能與電控系統(tǒng)測試（HIL），進(jìn)行先期性能匹配的探索與研究，在此過程中可以逐步深度解析其動(dòng)力學(xué)機(jī)理及核心算法， 建立控制系統(tǒng)深度集成匹配能力，向供應(yīng)商提出更全面更精準(zhǔn)的性能要求， 最終實(shí)現(xiàn)汽車底盤電控系統(tǒng)匹配測試、開發(fā)的全面自主化。

近年來，團(tuán)隊(duì)在輪胎與底盤控制系統(tǒng)性能匹配測試及開發(fā)方面做了一些初步探索，依靠在輪胎動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的長期積累，結(jié)合前期的測試經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了多臺(tái)性能及控制系統(tǒng)測試設(shè)備，包括輪胎室外力學(xué)特性測試拖車（圖4）、輪胎與控制系統(tǒng)匹配性能檢測試驗(yàn)臺(tái)（圖5）等。同時(shí)，進(jìn)行基于智能車輪系統(tǒng)的整車協(xié)同控制系統(tǒng)開發(fā)研究（圖6），實(shí)時(shí)精準(zhǔn)獲取輪胎多分力及路面附著信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能車輛的最優(yōu)控制，為自主底盤控制系統(tǒng)及智能駕駛技術(shù)開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


圖4 輪胎室外力學(xué)特性試驗(yàn)拖車


圖5 輪胎與底盤控制系統(tǒng)匹配測試


圖6 基于智能車輪系統(tǒng)的整車協(xié)同控制系統(tǒng)開發(fā)

總  結(jié)

吉林大學(xué)智能網(wǎng)聯(lián)車輛動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)是以輪胎動(dòng)力學(xué)研究為核心，一直致力于專一做動(dòng)力學(xué)技術(shù)研究，專注做國際一流動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)。長久以來，輪胎動(dòng)力學(xué)協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟的成員單位為本團(tuán)隊(duì)提供了優(yōu)質(zhì)的研發(fā)平臺(tái)及資源，使得我們在各研究領(lǐng)域均取得了階段性的進(jìn)展。在此，感謝各單位及行業(yè)專家們的支持與指導(dǎo)！