虛擬試驗(yàn)場（Virtual Proving Ground 簡稱：VPG），對試驗(yàn)場特定路面進(jìn)行掃描，包括操穩(wěn)和舒適性環(huán)道，耐久和性能路面，生成3D路面模型，利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件結(jié)合整車模型進(jìn)行仿真分析，達(dá)到縮短整車開發(fā)周期、減少項(xiàng)目成本的目的。

1、汽車虛擬試驗(yàn)技術(shù)概述

虛擬試驗(yàn)場是汽車開發(fā)領(lǐng)域的數(shù)字化革命，旨在通過高級計(jì)算和模擬技術(shù)，提升汽車設(shè)計(jì)和測試的效率與精確度。其核心功能包括三維數(shù)字路面建模，通過創(chuàng)建精確的虛擬環(huán)境，模擬實(shí)際道路的各種情況，從而在早期階段預(yù)測汽車性能。

汽車虛擬試驗(yàn)場

虛擬試驗(yàn)技術(shù)使用戶能在虛擬環(huán)境中對整車進(jìn)行耐久和舒適性仿真分析，在沒有物理樣車或樣件的情況下，使用虛擬試驗(yàn)場生成疲勞耐久仿真分析所需的載荷譜數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目早期對整車耐久性能進(jìn)行評估，提高早期疲勞耐久的仿真精度，以減少物理測試的工作量及投入，節(jié)省大量的整車開發(fā)時(shí)間和資源。

汽車虛擬試驗(yàn)室

整車試驗(yàn)是確保產(chǎn)品疲勞壽命的必要手段，也是驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有效方案之一。提前預(yù)測疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)的位置及不同設(shè)計(jì)所造成的疲勞壽命差異，能大大節(jié)約企業(yè)開發(fā)成本及時(shí)間，建立虛擬驗(yàn)證的基礎(chǔ)能力能在一些領(lǐng)域（汽車風(fēng)洞試驗(yàn)）實(shí)現(xiàn)技術(shù)運(yùn)用。

汽車風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

本文詳細(xì)地對比分析了建立整車虛擬模型各軟件的優(yōu)缺點(diǎn)、虛擬路面及虛擬環(huán)境的建模方式，基于成本、時(shí)間及可靠性原則清晰地整理出整車虛擬試驗(yàn)建設(shè)的基本思路，確定了整車建模、虛擬路面、虛擬環(huán)境的構(gòu)造方法。

2、汽車虛擬試驗(yàn)場

整車虛擬試驗(yàn)按照功能領(lǐng)域劃分可分為整車耐久、整車性能、整車臺(tái)架、主動(dòng)安全及主動(dòng)駕駛等方面。虛擬試驗(yàn)場建設(shè)所需的基礎(chǔ)能力包含有虛擬樣車、虛擬路面和虛擬場景。

汽車虛擬試驗(yàn)技術(shù)分解

（來源《基于虛擬技術(shù)的整車試驗(yàn)研究及應(yīng)用》）

（1）虛擬樣車

建立整車虛擬試驗(yàn)場實(shí)驗(yàn)第一步是建立一部虛擬樣車，樣車整體建模分為懸架模型、白車身模型及非結(jié)構(gòu)質(zhì)量模型三大模塊分別建模。懸架模型中彈性體需要用實(shí)體辨識法測試真實(shí)樣本特性，將實(shí)際性能參數(shù)代入模型進(jìn)行建模，通過相關(guān)約束構(gòu)成懸架模型。

虛擬白車身結(jié)構(gòu)

（2）虛擬路面

虛擬路面是整車虛擬試驗(yàn)的關(guān)鍵步驟，應(yīng)包括強(qiáng)化試驗(yàn)道路、高速環(huán)道、耐久性試驗(yàn)路、ABS 制動(dòng)試驗(yàn)路及其他類型路面，同時(shí)要求布局合理。目前主要通過試驗(yàn)場3D掃面進(jìn)行試驗(yàn)場道路信息收集。

汽車虛擬路面

（3）虛擬場景

虛擬場景建設(shè)主要由道路、天空、汽車、草地、樹木等元素構(gòu)建而成。測試場景要素主要包括測試車輛和交通環(huán)境要素2大類，其中，測試車輛要素又包括測試車輛基礎(chǔ)要素、目標(biāo)信息以及駕駛行為3類；交通環(huán)境要素包括天氣和光照、靜態(tài)道路信息、動(dòng)態(tài)道路信息和交通參與者信息4類。

汽車虛擬場景

虛擬場景要素

（4）整車虛擬試驗(yàn)

整車虛擬試驗(yàn)是將虛擬樣車、虛擬路面及虛擬場景通過模型整合形成虛擬試驗(yàn)場，再匹配整合整車動(dòng)力參數(shù)，按照規(guī)定的試驗(yàn)工況行駛開展虛擬樣車綜合性試驗(yàn)。

整車虛擬試驗(yàn)

3、虛擬試驗(yàn)技術(shù)在電動(dòng)汽車開發(fā)中的應(yīng)用

電動(dòng)汽車動(dòng)力總成開發(fā)在開發(fā)早期將盡可能多的測試任務(wù)轉(zhuǎn)向模擬仿真，可以減少對實(shí)物測試的依賴。通過基于模型的仿真來驗(yàn)證和優(yōu)化他們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件控制算法，以增加測試覆蓋率，并降低早期發(fā)現(xiàn)和修復(fù)錯(cuò)誤的成本。

新能源汽車虛擬試驗(yàn)

電動(dòng)汽車的電機(jī)逆變器需要高保真、復(fù)雜、非線性的行為建模來實(shí)現(xiàn)仿真精度。結(jié)合高保真電力電子和電機(jī)仿真的開放且可擴(kuò)展的測試解決方案滿足了上述需求。電動(dòng)汽車虛擬試驗(yàn)臺(tái)（eVTB）是一個(gè)基于硬件在環(huán)和FPGA技術(shù)的信號級實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。結(jié)合相關(guān)的AVL仿真模型和測試工具鏈，該系統(tǒng)級解決方案能夠覆蓋駕駛性、運(yùn)行效率、熱管理和車載診斷等眾多測試用例。

電動(dòng)車動(dòng)力電池一般布置在汽車下部車身，在車輛完整的生命周期內(nèi)承受路面?zhèn)鬟f的振動(dòng)激勵(lì)，因此振動(dòng)試驗(yàn)是電池包設(shè)計(jì)開發(fā)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。建立電池包虛擬實(shí)驗(yàn)方法可以在項(xiàng)目前期開發(fā)出與整車耐久目標(biāo)相匹配的電池包振動(dòng)耐久試驗(yàn)，提高驗(yàn)證的精度。

電池包虛擬試驗(yàn)步驟

4、汽車虛擬試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)省時(shí)間和成本

傳統(tǒng)的汽車試驗(yàn)需要建立專門的測試場地，購買測試設(shè)備和材料，并且需要招募大量的測試人員。汽車虛擬試驗(yàn)可以在計(jì)算機(jī)環(huán)境中模擬各種實(shí)際道路和駕駛情況，通過虛擬的方式進(jìn)行測試，避免了建設(shè)實(shí)際測試場地的開支，同時(shí)又減少測試周期和測試成本，提高研發(fā)效率。

（2）提高試驗(yàn)安全性

在傳統(tǒng)的汽車試驗(yàn)中，測試人員需要在實(shí)際車輛上進(jìn)行測試，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。利用汽車虛擬試驗(yàn)可以在虛擬環(huán)境模擬各種極端天氣和道路狀況，并且沒有任何風(fēng)險(xiǎn)。

（3）提高測試可重復(fù)性

在傳統(tǒng)的汽車試驗(yàn)中，測試人員的技能水平和心理狀態(tài)等因素會(huì)對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。汽車虛擬試驗(yàn)可以在相同的環(huán)境下進(jìn)行多次測試，抑或比較不同車型運(yùn)行體驗(yàn)，降低測試結(jié)果的隨機(jī)性，實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）智能統(tǒng)計(jì)測試數(shù)據(jù)

汽車虛擬試驗(yàn)可以提供更加直觀的測試環(huán)境和結(jié)果展示，使用戶更容易理解測試結(jié)果，同時(shí)也提高了用戶的體驗(yàn)感。