目錄

• 行業(yè)趨勢

• 對車輛開發(fā)團(tuán)隊的影響

• 在測試軟件中可視化仿真模型 – Amesim

• 使用 FMI創(chuàng)建精確的虛擬傳感器

• 應(yīng)用案例 – SimRod：準(zhǔn)確模擬減震器力

• 1. 在仿真模型中施加實際載荷

• 2. 驗證模型準(zhǔn)確性

• 3. 通過精確的虛擬通道關(guān)聯(lián)模型并擴(kuò)展測量

01、行業(yè)趨勢

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車制造商越來越需要提高車輛在研發(fā)過程中的效率，隨著對研發(fā)效率的提高，那也就伴隨著帶來新的挑戰(zhàn)。例如電氣化、虛擬傳感器和其他增加的復(fù)雜性。

車輛開發(fā)團(tuán)隊需要對其新產(chǎn)品進(jìn)行性能評估，以滿足市場的期望。傳統(tǒng)上，所有性能評估都是通過物理測試完成的;但是想要提高研發(fā)效率就不可能為每個設(shè)計變體進(jìn)行物理測試。那就可以通過對車輛性能進(jìn)行虛擬驗證來解決相關(guān)問題。

但這并不意味著對物理測試的需求正在減少。仿真模型和仿真數(shù)據(jù)仍然需要與現(xiàn)實生活中的測量相關(guān)聯(lián)，才能獲得真實的結(jié)果。這種方法從以測試為中心開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榛谀Ｐ偷拈_發(fā)（MBD），通過緊密集成和平衡測試和仿真來提高車輛開發(fā)的效率，從而提供更好的工程洞察力。

02、對車輛開發(fā)團(tuán)隊的影響

如上所述，對虛擬驗證的需求正在增加。但是，仿真工程師還需要通過調(diào)整模型參數(shù)來驗證其模型，并將物理車輛載荷應(yīng)用于仿真模型以提高真實感。同時，測試工程師需要提供準(zhǔn)確的測量結(jié)果，并確保他們從車輛周圍所有關(guān)鍵位置采集了物理數(shù)據(jù)。

在將試驗數(shù)據(jù)傳遞到虛擬模型時，因為數(shù)據(jù)在不同平臺之間轉(zhuǎn)換，很容易造成重要信息的丟失?；跀?shù)據(jù)傳遞的問題，Simcenter 基于模型的系統(tǒng)測試（MBST） 專門用于將仿真和測試整合到單一環(huán)境中。這樣就避免了數(shù)據(jù)在傳遞過程的丟失。

MBST可以幫助：

• 有效地可視化仿真模型和級聯(lián)到不同組件的載荷

• 通過優(yōu)化模型參數(shù)創(chuàng)建精確的虛擬傳感器

03、在測試軟件中可視化仿真模型

 - Amesim

對于復(fù)雜的模型，例如完整的動力總成或整車，檢查每個部件的車輛負(fù)載、應(yīng)用特定負(fù)載分析、檢查結(jié)果并在仿真軟件中比較結(jié)果是非常困難和耗時的。為了應(yīng)對這樣的挑戰(zhàn)，Simcenter Testlab 提供了直接在測試軟件中打開和可視化 Amesim 模型的功能—— Amesim 草圖查看器。

Amesim數(shù)據(jù)可以直接由Simcenter Testlab進(jìn)行處理，Simcenter Testlab專門處理大數(shù)據(jù)集和進(jìn)行負(fù)載數(shù)據(jù)分析，與物理測試數(shù)據(jù)完全相同。

使用這種方法，測試工程師可以通過輕松地訪問模型來獲得對整個結(jié)構(gòu)的更好的理解。同時，仿真工程師可以從經(jīng)過驗證的負(fù)載數(shù)據(jù)分析技術(shù)中受益，他們可以將這些技術(shù)應(yīng)用于他們模型中的特定組件。

Amesim草圖查看器在Simcenter測試實驗室中顯示SimRod的懸掛系統(tǒng)

04、使用FMI創(chuàng)建精確的虛擬傳感器

除了在我們的測試環(huán)境中處理仿真數(shù)據(jù)外，由于功能模擬接口(FMI)標(biāo)準(zhǔn)，我們還可以提供測量輸入數(shù)據(jù)時模擬模型。FMI標(biāo)準(zhǔn)通過將仿真模型轉(zhuǎn)換為功能模型單元(FMU)提供了將仿真模型導(dǎo)入Simcenter Testlab的可能性。這允許仿真工程師直接從Simcenter Testlab軟件運(yùn)行仿真模型和更改模型參數(shù)。他們可以立即看到變化的影響，并將模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以更好地優(yōu)化模擬模型。從測試工程師的角度來看，測量車輛的每一個負(fù)載并不容易。首先，有限的資源限制了測試工程師在車輛上的傳感器數(shù)量。有時，由于特定位置結(jié)構(gòu)特殊，實現(xiàn)傳感器可能很困難。在那里，我們可以使用虛擬傳感器技術(shù)，我們可以從仿真模型中識別虛擬傳感器，并通過應(yīng)用真實數(shù)據(jù)作為輸入來獲取這些數(shù)量。但我們需要記住，這樣操作的前提是模擬模型應(yīng)該足夠準(zhǔn)確。為此，我們可以根據(jù)上述模型優(yōu)化將仿真和測試數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，因為我們可以根據(jù)我們關(guān)注的屬性來處理和比較仿真和測試數(shù)據(jù)，如NVH、聲學(xué)、耐久性等。Simcenter Testlab將是使用依賴于相關(guān)仿真模型的精確虛擬傳感器擴(kuò)展測量數(shù)據(jù)集的答案。讓我們看看所有這些如何在現(xiàn)實生活中實現(xiàn)。

05、應(yīng)用案例 – SimRod：準(zhǔn)確模擬減震器力

假如我們需要從電動汽車獲得減震器力，將其作為耐久性和疲勞評估的物理實驗室測試的直接輸入。在減振器上放置一個測力元件將是一個挑戰(zhàn)，因為一個大的測力元件將改變減振器周圍的結(jié)構(gòu)，并且可以很容易地改變子系統(tǒng)的幾何形狀。

可以肯定的是，減震器位移與施加的力之間存在關(guān)系。位移很容易成為測量值，但我們?nèi)绾螐倪@些值中準(zhǔn)確識別施加的力？例如，如果我們專注于耐久性，力幅值的準(zhǔn)確性是很重要的，任何變化都可能影響耐久性評估。如果在預(yù)估這些輸入力時犯了錯誤，我們很容易對測試對象進(jìn)行過測試或欠測試。

前段時間，我們在德國亞琛附近的奧爾登霍芬的試驗場用我們的一輛電動汽車進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集活動。我們測試的車輛是一輛名為SimRod的全電動跑車。通過使用 Simcenter 測試和仿真解決方案開展測試和仿真，我們根據(jù)SimRod更好地了解我們的客戶及其需求。

SimRod 在奧爾登霍芬試驗場的崎嶇賽道上奔跑

數(shù)據(jù)采集活動在不同的路面和軌道上進(jìn)行，包括比利時區(qū)塊、鋸齒和高速軌道。以下通道是從這個大型數(shù)據(jù)采集活動中提取的，并用于我們的應(yīng)用案例：

• 車輪力傳感器(WFT)力通道(z方向)：右前后側(cè)

• 輪轂加速通道(z方向)：右前后側(cè)

• 車身加速度通道(z方向)：右前后側(cè)

• 減振器位移通道(z方向)：右前后側(cè)

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安裝在 SimRod 懸架上的傳感器

該研究的目的是借助MBST方法準(zhǔn)確地擴(kuò)展虛擬傳感器的測試測量活動。在對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)載數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對受載一維仿真模型(Simcenter Amesim)進(jìn)行關(guān)聯(lián)(優(yōu)化)。通過模型關(guān)聯(lián)，建立了汽車右前和右后兩個位置的減振器虛擬力傳感器。這使得仿真團(tuán)隊能夠執(zhí)行基于有限元的分析，測試執(zhí)行團(tuán)隊能夠?qū)p振器進(jìn)行專門的組件實驗室測試。

功能模擬單元(FMU)包含我們的Simcenter Amesim模型，它依賴于一個四自由度系統(tǒng)模型，如下所示。

在Simcenter Amesim中創(chuàng)建的SimRod四自由度模型

讓我們逐步了解 Simcenter Testlab 如何幫助我們創(chuàng)建準(zhǔn)確的虛擬減震器力：

01、在仿真模型中施加實際載荷

將Amesim模型作為FMU導(dǎo)入到Simcenter Testlab中，并將WFT (wheel force transducers)得到的實測車輪力輸入到模型中得到仿真輸出。輸出通道包括上述所有4個測量值，還包括我們無法物理測量的虛擬減振器力。

由于嵌入在FMU模塊中的Amesim模型，新運(yùn)行創(chuàng)建為“虛擬”

02、驗證模型準(zhǔn)確性

由于我們可以測量減振器位移，并從包含Amesim模型的FMU獲得相同的虛擬輸出，所以我們在比較測試和仿真時將使用這兩個數(shù)值。

如果我們檢查測量通道和虛擬通道的前懸架右側(cè)減震器位移，我們會注意到非常相似的特性。

前懸架減震器位移通道（以紅色測量，以綠色測量）

通過計算這些位移通道上的雨流、范圍對、偽損傷和 PSD（功率譜密度）來進(jìn)一步檢查，以便比較實測數(shù)據(jù)和虛擬數(shù)據(jù)之間的潛在損傷。

耐久性負(fù)載數(shù)據(jù)分析過程

執(zhí)行分析過程后，我們看到前懸架具有相似的結(jié)果，而后懸架顯示出相當(dāng)大的差異，因為我們的虛擬運(yùn)行具有比測量運(yùn)行多1.73倍的潛在損傷。

與后懸架測量的運(yùn)行相比，虛擬運(yùn)行多1.73倍的潛在損傷

03、通過精確地虛擬通道關(guān)聯(lián)模型并擴(kuò)展測量

以往的研究結(jié)果告訴我們，應(yīng)該改變模型參數(shù)，增加虛擬模型的阻尼特性，以降低潛在的損傷。經(jīng)過一些迭代，我們將后彈簧阻尼率提高到更精確的水平。這可以直接從Simcenter Testlab進(jìn)行，因為我們的FMU仍然允許訪問Amesim模型參數(shù)。

當(dāng)對測量和“優(yōu)化”的虛擬數(shù)據(jù)再次執(zhí)行相同的分析過程時，我們看到后懸架的偽損傷值幾乎相同（3.07e-42 vs 3.16e-42），其中第一個虛擬結(jié)果比測量數(shù)據(jù)(5.31e-42 vs 3.07e-42)的破壞性高1.73倍。值得一提的是，我們看到的損傷值非常小，因為這次測量是從試驗場獲得的短時間測量值。在現(xiàn)實生活中，我們看到的損傷值要高得多。

測量、virtual_initial和virtual_optimized運(yùn)行之間的偽損傷比較

由于我們要求虛擬減振器力作為仿真模型的輸出，并在我們改變后彈簧阻尼率后進(jìn)行關(guān)聯(lián)。現(xiàn)在，我們可以在一次運(yùn)行中輕松地將測量數(shù)據(jù)與2個相關(guān)的虛擬減振器力通道(前后右)結(jié)合起來。

在一次運(yùn)行中將 8 個測量通道與 2 個新的力通道合并

在這里，我們有一個具有10個通道的單一運(yùn)行，我們可以進(jìn)一步將其用作更多持久性評估的輸入。

比利時block_extended運(yùn)行現(xiàn)在有 10 通道

有了這個不錯的應(yīng)用程序，我們有機(jī)會進(jìn)行如下操作：

• 可視化仿真模型- Amesim sketch viewer在Simcenter Testlab

• 基于FMI的Simcenter Testlab模型參數(shù)化

• 基于FMI在Simcenter Testlab中創(chuàng)建虛擬傳感器

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因此，基于模型的系統(tǒng)測試(MBST)方法，在一個平臺中結(jié)合測試和仿真時，Simcenter Testlab有助于提供更深入的見解，更好的模型和優(yōu)化的測試。