強度耐久性能作為整車重要的屬性性能，耐久屬性的開發(fā)需要精確的工況載荷輸入，傳統(tǒng)的耐久載荷輸入需要借助物理樣車通過傳感器進行測試。基于虛擬試驗場仿真技術（Virtual Proving Ground）將真實路面轉化成具有真實路面特征的虛擬路面，在虛擬軟件環(huán)境下，建立整車虛擬樣機，在虛擬環(huán)境下模擬仿真實車在試驗場虛擬路面上以不同的速度進行運動，從而獲得整車不同節(jié)點處的載荷譜，支持整車強度耐久屬性的開發(fā)。

1、虛擬試驗場（VPG）技術概述

虛擬試驗場技術（Virtual Proving Ground）在開發(fā)前期可以快速精準的預測整車強度耐久載荷，支持整車強度耐久性能的開發(fā)。整車耐久性開發(fā)中的虛擬試驗技術（VPG）路線主要包括輪胎測試及建模、整車數字化路面建模、整車虛擬模型建模及整車虛擬路譜載荷提取等步驟。

整車強度耐久屬性開發(fā)在項目前期CAE的仿真迭代需要虛擬載荷的輸入，零部件及系統(tǒng)試驗驗證過程中同樣需要強度耐久載荷的輸入，耐久屬性開發(fā)需要確保CAE虛擬仿真/零部件及系統(tǒng)臺架試驗/整車道路試驗有強關聯性，VPG虛擬試驗長載荷技術正好彌補了傳統(tǒng)方法的短板，基于虛擬試驗場（VPG）整車強度耐久開發(fā)流程如下圖所示。

2、數字化路面建模

路面是車輛所受載荷激勵的主要來源，其建模方式和精度直接關系到仿真結果能否真實反映實車的受載情況。數字化3D路面主要是對試車場實際路面建模，也可根據實際開發(fā)需要創(chuàng)建虛構的路面模型，例如為評估整車操控和懸架減震器的平坦路面。

實現虛擬試驗場技術（VPG），需要精細化的數字化3D路面模型，3D路面模型的作用是提供足夠詳細試驗場路面，以使車輛經過時實現與實際車輛相同的響應。在多體動力學軟件 ADAMS 中，適用于三維耐久路面建模的路面文件格式主要有：3D樣條路面（XML 和 RDF 格式）、規(guī)則柵格路面（Regular Grid Road，RGR 格式）和曲線規(guī)則柵格路面（Curved Regular Grid，CRG 格式）。

對于試驗場中的各種路面建模，分為規(guī)則路面建模和不規(guī)則路面建模，規(guī)則路面可通過簡單的路面建模方法實現。不規(guī)則路面主要是指耐久道路，如鵝卵石路、搓衣板路、比利時路、魚鱗坑路等，結構復雜且沒有明顯規(guī)律。

（1）建模方法

建立不規(guī)則路面模型的方法就是通過三維路面掃描設備對路面進行掃描，獲取道路表面的點云數據及其他相關數據和修正參數，最后通過后處理生成用于虛擬試驗場仿真的3D數字路面模型，通常為CGR格式路面（曲線規(guī)則柵格路面）。一般采用激光動態(tài)掃描，車速控制為5km/h。

（2）試驗設備

數字化3D路面建模多采用哪個車載三維激光雷達掃描儀，主要由激光掃描儀、陀螺儀、高速相機、基站GPS、時間同步器、數據采集與存儲系統(tǒng)等部件構成。

3、Ftire輪胎測試及參數建模

汽車輪胎是連接車輛與路面的唯一部件，支撐整車重量，輪胎的力學特性與汽車的動力學特性密切相關。虛擬試驗場技術（VPG）中虛擬路面方法需用 Ftire創(chuàng)建輪胎模型。

Ftire（Flexible Ring Tire Model）是由德國 Esslingen 大學的 Michael Gipser 領導的小組開發(fā)的。它將胎面離散成大量的單元，單元與單元之間用拉伸彈簧，扭轉彈簧和彎曲彈簧來連接在一起，胎面單元又通過彈簧單元跟輪輞相連。

汽車在虛擬路面行駛時，模擬輪胎的彈簧單元根據3D路面和車輛的重量和速度，發(fā)生變形，產生反作用力，并將這些力通過輪輞傳遞給懸架系統(tǒng)，最后懸架系統(tǒng)將載荷傳遞給車身。

4、整車多體動力學模型

整車虛擬模型的質量直接影響整車傳遞函數精度，決定了能否獲得可靠的底盤件以及車身連接點的載荷。實現虛擬試驗場技術（VPG），需要精細化的車輛模型，車輛模型是包括輪胎模型在內的多體動力學模型，可通過 MSC ADAMS/car 等多體動力學軟件搭建。

整車模型常由車身、前懸、后懸、前后輪胎、動力總成、制動、轉向子系統(tǒng)模型構成，首先根據設計參數：基本參數、幾何參數、質量參數、質心坐標與轉動慣量、硬點坐標、彈性元件參數及系統(tǒng)參數等信息，用 Adams 來創(chuàng)建整車模型。

5、虛擬載荷提取與應用

基于試驗場數字模型（路面模型、輪胎模型、整車多體模型）開展整車道路試驗仿真測試，選定路況并設置車速，生成所定義場景的車輛載荷文件，再對生成的載荷信號進行檢查、截取及濾波。

在虛擬模型內生成虛擬載荷數據適用于多種場景，包括車身與底盤的分析與校核、整車耐久性驗證、懸架耐久驗證及零部件疲勞耐久試驗等。

總而言之，虛擬試驗場技術（Virtual Proving Ground）是針對整車性能開發(fā)和零部件疲勞耐久設計提出的一種CAE仿真分析技術，是當前CAE技術在汽車產品設計和開發(fā)領域內應用的熱點之一，也是未來的發(fā)展趨勢。虛擬試驗場技術能提供一致性較好且便于管理的測試環(huán)境，避免了環(huán)境溫度、試驗道路修復、風速等影響因素的影響。此外，虛擬試驗場技術也可消除駕駛員的認為或主觀因素，使測試結果更客觀。