挑戰(zhàn)
-提高電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析能力
-將實(shí)物試驗(yàn)與建模仿真相結(jié)合
-縮短設(shè)計(jì)周期

成功的關(guān)鍵
-LMS Amesim的圖形化、模塊化多學(xué)科系統(tǒng)建模
-提供廣泛的元件庫，涵蓋可能用到的所有分析域
-建立多層次、多級復(fù)雜程度不同的模型
-與多體動(dòng)力學(xué)軟件聯(lián)合仿真

結(jié)果
-通過優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)周期
-提高了轉(zhuǎn)向力特性模型的準(zhǔn)確性
-EPS子系統(tǒng)仿真計(jì)算模型
-顯著提高EPS系統(tǒng)控制參數(shù)標(biāo)定效率

quotation marks我們期待繼續(xù)與Siemens PLM Software合作構(gòu)建底盤關(guān)鍵性能多領(lǐng)域設(shè)計(jì)分析平臺(tái)。
李凌陽,博士 CAE技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)高級工程師 東風(fēng)技術(shù)中心

根據(jù)以往的合作基礎(chǔ)以及其他企業(yè)的推薦，我們深信Siemens PLM Software的工程咨詢服務(wù)能帶來更好更多的附加值。
李凌陽,博士 CAE技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)高級工程師 東風(fēng)技術(shù)中心

此外，通過對比其他服務(wù)供應(yīng)商的方案，Siemens PLM Software提供的解決方案與服務(wù)更為全面與可靠。
李凌陽,博士 CAE技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)高級工程師 東風(fēng)技術(shù)中心 

良好的開始
汽車市場日趨激烈的競爭態(tài)勢，不僅對汽車制造企業(yè)的生產(chǎn)效率、加工成本提出更多要求，對汽車及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期也提出新的挑戰(zhàn)。作為汽車底盤四大系統(tǒng)之一，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車結(jié)構(gòu)中扮演著重要角色。隨 著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品的不斷升級革新，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱“EPS系統(tǒng)”）得到推廣應(yīng)用。

要獲得優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量，保證汽車的整體性能，前期的設(shè)計(jì)開發(fā)工作十分重要。作為汽車行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限 公司技術(shù)中心（以下簡稱“東風(fēng)技術(shù)中心”）在EPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方面做了較大投入，使用LMS Imagine.Lab Amesim™提供的建模仿真平臺(tái)，搭建EPS仿真模型，同時(shí)通過數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)結(jié)果對比，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)， 在保證產(chǎn)品性能的同時(shí)，縮短了開發(fā)周期。

洞察市場變革
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成，至今經(jīng)歷了機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）幾個(gè)發(fā)展階段。EPS正呈現(xiàn)出不斷增長的態(tài)勢。

2014年全球汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場規(guī)模超過9000萬臺(tái)，銷售額達(dá)到311億美元。隨著中國汽車市場規(guī)模的擴(kuò)大，國內(nèi)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場發(fā)展迅速，且自主品牌的占有率較高。在國內(nèi)市場中，2014年中國汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 市場規(guī)模增至2389萬套，其中乘用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需求量增至1992萬套。

隨著汽車排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，中國EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場潛力巨大。與傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）相比，EPS可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，能節(jié)省油耗約2%～5%。所以EPS產(chǎn)品需求量增長迅速，正在不斷替代HPS成為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場的主流。從汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的歐、美、日等地區(qū)來看，EPS搭載率已超過50%，而在日本已接近90%。

EPS既是電子控制技術(shù)、微型電機(jī)、高精度傳感器的集成者，也是現(xiàn)代汽車節(jié)能、環(huán)保、安全性能提升的技術(shù)支撐者。隨著國家對新能源汽車的大力推廣，EPS系統(tǒng)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置，從供應(yīng)商到主機(jī)廠也越來越重視 EPS系統(tǒng)與整車的匹配開發(fā)及核心技術(shù)的掌握。

應(yīng)對開發(fā)挑戰(zhàn)
東風(fēng)技術(shù)中心的所有乘用車全部標(biāo)配EPS系統(tǒng)（國內(nèi)自主品牌供應(yīng)商），這對系統(tǒng)的匹配與設(shè)計(jì)提出了更高的要求，因此在近幾年出現(xiàn)了很多問題，主要集中在以下兩個(gè)方面：EPS控制邏輯方面有缺陷、底盤調(diào)校過程繁瑣，由此導(dǎo)致整車性能不能盡如人意（往往要經(jīng)過3到4輪調(diào)試才達(dá)到預(yù)定目標(biāo)）。

東風(fēng)技術(shù)中心CAE高級工程師李凌陽博士表示“主要原因是現(xiàn)有國內(nèi)自主品牌供應(yīng)商與主機(jī)廠均在EPS系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)匹配、標(biāo)定等很多領(lǐng)域欠缺經(jīng)驗(yàn)。”

為了克服傳統(tǒng)方法的局限性，提高EPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析能力，東風(fēng)汽車尋求外部資源，通過實(shí)物試驗(yàn)與建模仿真相結(jié)合的手段，尋求更好的開發(fā)方案。據(jù)李凌陽博士介紹，本次科研課題的目標(biāo)是把控開發(fā)和設(shè)計(jì)前端，建立EPS建模仿真能力，掌握系統(tǒng)性能指標(biāo)分解方法，包括：

各種類型EPS的建模仿真方法
-EPS系統(tǒng)各部件關(guān)鍵參數(shù)選取與分析
-系統(tǒng)與整車分析結(jié)合仿真
-系統(tǒng)分析與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對比分析，嘗試將主觀感受進(jìn)行量化
-使用硬件在環(huán)測試（HiL）方法

選擇正確的合作伙伴
基于多年的合作基礎(chǔ)以及通過對多個(gè)產(chǎn)品工具進(jìn)行對比，東風(fēng)技術(shù)中心最終鎖定了Siemens PLM Software作為開拓新市場的合作伙伴，并選定LMS Imagine.Lab Amesim作為開發(fā)工作中的重點(diǎn)應(yīng)用工具。LMS Imagine.Lab Amesim是Siemens PLM Software的代表性軟件產(chǎn)品，是一個(gè)多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真平臺(tái)。用戶可以在這個(gè)單一平臺(tái)上建立復(fù)雜的多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真、計(jì)算和深入分析。

此外，用戶還可以在這個(gè)平臺(tái)上研究任何元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。LMS Amesim是汽車工業(yè)研發(fā)部門的理想選擇，工程師完全可以應(yīng)用高度集成的LMS Amesim應(yīng)用庫來設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)。所有這些來自不同物理領(lǐng)域的模型都已經(jīng)過嚴(yán)格測試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。LMS Amesim可以幫助工程師迅速實(shí)現(xiàn)建模搭建、仿真分析和優(yōu)化工程設(shè)計(jì)等目標(biāo)，從而幫助用戶降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

“根據(jù)以往的合作基礎(chǔ)以及其他企業(yè)的推薦，我們深信Siemens PLM Software的工程咨詢服務(wù)能帶來更好更多的附加價(jià)值。此外，通過對比其他服務(wù)供應(yīng)商的方案，Siemens PLM Software提供的解決方案與服務(wù)更為全面與可靠。”

東風(fēng)技術(shù)中心項(xiàng)目
東風(fēng)技術(shù)中心開展了一個(gè)EPS建模與優(yōu)化仿真分析項(xiàng)目。該項(xiàng)目的開發(fā)對象是一輛5座A級轎車和一個(gè)EPS系統(tǒng)，目前該車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。該車型利用LMS Amesim以及硬件在環(huán)系統(tǒng)（HiL）進(jìn)行建模和仿真分析，零部件及系統(tǒng)相對穩(wěn)定。

此外，李凌陽博士介紹，根據(jù)供應(yīng)商提供的電控裝置（ECU）原理說明，東風(fēng)技術(shù)中心建立了基于LMS Amesim平臺(tái)的EPS控制器模型，這也是本次研發(fā)中最重要的部分。P-EPS系統(tǒng)在整車上運(yùn)行時(shí)，提供兩版不同 的控制器參數(shù)，作為ECU控制策略模型的標(biāo)定依據(jù)。

將實(shí)車試驗(yàn)的車速和方向盤轉(zhuǎn)角信號作為模型仿真的輸入條件，仿真輸出的側(cè)向加速度、橫擺角速度、車身側(cè)傾角及方向盤轉(zhuǎn)矩等，與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)；駕駛員對P-EPS系統(tǒng)兩個(gè)版本的控制器參數(shù)的效果分別進(jìn)行主觀評價(jià)，結(jié)合客觀測量結(jié)果，可作為后續(xù)靈敏度分析的方向性參考。

經(jīng)過對標(biāo)，EPS系統(tǒng)模型仿真結(jié)果與試驗(yàn)測量誤差在10%以內(nèi)，模型精度甚至更為精確。

實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新共贏
李凌陽博士對Siemens PLM Software和LMS Imagine.Lab Amesim贊不絕口，因?yàn)長MS Imagine.Lab Amesim為東風(fēng)技術(shù)中心提供了：圖形化、模塊化的多學(xué)科系統(tǒng)建模平臺(tái)；基于集中參數(shù)和物理元件的數(shù)學(xué)模型；由多個(gè)物理元件模型組成的仿真模型（每個(gè)物理元件模型用圖標(biāo)表示，且完全參數(shù)化）；極為豐富的專業(yè)元件庫，已基本覆蓋可能用到的各個(gè)分析領(lǐng)域。

該軟件可建立多層次、多級復(fù)雜程度的模型：對于不同的子系統(tǒng)，可在同一仿真平臺(tái)進(jìn)行機(jī)、電、液、控多領(lǐng)域多學(xué)科耦合建模；對于多體動(dòng)力學(xué)軟件聯(lián)合仿真，可用于整車動(dòng)力學(xué)性能匹配集成，而強(qiáng)大的二次開發(fā)功能可靈活定制模板化分析流程。

該軟件解決了長久以來困擾車輛操縱穩(wěn)定性仿真的轉(zhuǎn)向力特性模型不準(zhǔn)的問題。1D+3D聯(lián)合仿真能力不僅能對EPS系統(tǒng)模型單獨(dú)進(jìn)行仿真分析，而且還能將EPS系統(tǒng)模型與整車多體動(dòng)力學(xué)模型聯(lián)合起來進(jìn)行仿真分 析。

此外，東風(fēng)技術(shù)中心還制定了EPS系統(tǒng)及其子系統(tǒng)和零部件關(guān)鍵參數(shù)獲取試驗(yàn)規(guī)范，開發(fā)了控制器逆向分析建模方法，EPS系統(tǒng)模型精度顯著較高。不僅如此，東風(fēng)汽車還開發(fā)了EPS系統(tǒng)參數(shù)靈敏度及優(yōu)化自動(dòng)分析工具，顯著提高了EPS 系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定效率。

李凌陽博士表示，“通過與Siemens PLM Software工程咨詢部門的合作，東風(fēng)技術(shù)中心完善并細(xì)化了產(chǎn)品的開發(fā)流程，從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與整車集成的角度，建立了完整的指標(biāo)體系，使車輛性能有了更大的提高。我們期 待繼續(xù)與Siemens PLM Software合作構(gòu)建底盤關(guān)鍵性能多領(lǐng)域設(shè)計(jì)分析平臺(tái)。”

東風(fēng)技術(shù)中心已與Siemens PLM Software建立了牢固的聯(lián)盟關(guān)系，攜手為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。