Eric Pesheck, Paspuleti Rahul Naidu,
Michael Collingridge, Hemanth Kolera-Gokula, MSC軟件公司
在資源受限的工程環(huán)境中，汽車行業(yè)一直面臨著滿足市場(chǎng)需求的壓力。嚴(yán)格的開(kāi)發(fā)時(shí)間表因物理樣機(jī)預(yù)算的縮減而變得更加復(fù)雜。
福特汽車公司致力于為客戶提供操控性和舒適性均世界一流的車輛，這是影響客戶對(duì)車輛看法的關(guān)鍵因素。
這些關(guān)鍵因素會(huì)受變速箱換擋策略的影響。
福特公司傳統(tǒng)的變速箱標(biāo)定方法包含對(duì)整車樣機(jī)進(jìn)行物理測(cè)試，并制定了大量的測(cè)試計(jì)劃，既耗時(shí)又昂貴。通過(guò)與MSC軟件公司及其咨詢團(tuán)隊(duì)合作，福特開(kāi)發(fā)了硬件在環(huán)測(cè)試流程，以減少物理樣機(jī)的需求。
福特一直是Adams車輛動(dòng)力學(xué)模型的長(zhǎng)期用戶。隨著2017年Adams Real Time（RT）的發(fā)布，福特公司發(fā)現(xiàn)了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以在開(kāi)發(fā)周期中，進(jìn)一步順勢(shì)利用現(xiàn)有的Adams知識(shí)庫(kù)進(jìn)行車輛測(cè)試和標(biāo)定。
MSC和福特一起，在HIL測(cè)試環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了物理組件和Adams實(shí)時(shí)模型的結(jié)合，以評(píng)估多個(gè)車輛平臺(tái)的換檔品質(zhì)。對(duì)于每個(gè)測(cè)試設(shè)置，將發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱物理樣機(jī)與車輛的Adams虛擬模型連接。實(shí)施過(guò)程包括三個(gè)階段：
利用現(xiàn)有的Adams車輛模型，創(chuàng)建相應(yīng)的能夠滿足實(shí)時(shí)平臺(tái)/硬件要求的Adams實(shí)時(shí)模型。
模型準(zhǔn)備好集成到測(cè)試臺(tái)中，這項(xiàng)工作包括創(chuàng)建I / O通道、調(diào)整RT解算器設(shè)置和生成FMU，符合FMI協(xié)同仿真標(biāo)準(zhǔn)的模型表示方法。
FMU隨后被移植到HIL平臺(tái)上，并在執(zhí)行硬件調(diào)整之前對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)以測(cè)試數(shù)據(jù)。
由于實(shí)時(shí)Adams模型是從福特內(nèi)部已經(jīng)用于汽車開(kāi)發(fā)的現(xiàn)有汽車模型中得出的，因此模型開(kāi)發(fā)的開(kāi)銷很小。
從現(xiàn)有的全保真Adams模型生成實(shí)時(shí)模型涉及多種模型降階策略。
對(duì)于此用例，需要在實(shí)時(shí)模型中包含板簧。先前存在的基于梁的板簧模型對(duì)于實(shí)時(shí)分析而言過(guò)于復(fù)雜，因此將其替換為具有等效特性的五桿模型。在梁式板簧模型上進(jìn)行了懸架子系統(tǒng)仿真，以獲得彈簧特性的目標(biāo)值。通過(guò)執(zhí)行DOE來(lái)輔助模型調(diào)整，該DOE對(duì)模型的硬點(diǎn)和襯套進(jìn)行微調(diào)，以捕獲五桿模型中的正確特性，例如主頻率、靜態(tài)預(yù)載、垂直速率和纏繞速率。Adams實(shí)時(shí)模型具有150自由度，并保留了原始模型的拓?fù)浜蛥?shù)。例如，硬點(diǎn)、接頭、彈簧、阻尼器和襯套等元素得以保留，并且可以進(jìn)行修改。這樣做的好處是模型可以捕獲系統(tǒng)響應(yīng)中的更高頻率的特性，并且可以快速探索不同的配置。
然后將Adams實(shí)時(shí)模型作為功能模型單元（FMU）導(dǎo)出，并移植到HIL平臺(tái)上執(zhí)行計(jì)算。在將來(lái)的實(shí)施過(guò)程中，建模參數(shù)（例如，硬點(diǎn)、襯套特性等）將在FMU中公開(kāi)，以便運(yùn)行時(shí)可以調(diào)節(jié)參數(shù)。這將使福特工程師可以無(wú)需更改原始的Adams模型并導(dǎo)出新的FMU，即可更改參數(shù)和調(diào)整模型響應(yīng)。
變速箱輸出端的物理扭矩被測(cè)量出，并作為輸入施加到Adams模型中。給定輸入扭矩后，Adams模型會(huì)做出響應(yīng)，并向測(cè)功機(jī)提供驅(qū)動(dòng)軸速度響應(yīng)，測(cè)功機(jī)再將速度強(qiáng)加到發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱上。模型還提供了車輛換檔時(shí)的縱向車輛加速度，可以將其與平順性指標(biāo)相關(guān)聯(lián)。車輛動(dòng)力學(xué)模型和硬件相結(jié)合來(lái)模擬車輛性能的能力，為福特提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以在減少車輛樣機(jī)的同時(shí)，產(chǎn)生了更高效且更全面的測(cè)試程序。
HIL實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)得到車輛測(cè)試數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，確認(rèn)了車輛對(duì)已知輸入扭矩的正確響應(yīng)。圖1顯示了實(shí)際車速與模型車速的對(duì)比。圖2顯示了輸出軸速度和縱向加速度響應(yīng)。換檔中間和換檔期間的車輛響應(yīng)顯示出良好的一致性。在所有踏板位置上均一致，這表明Adams模型是可預(yù)測(cè)的。然后，標(biāo)定工程師可以使用HIL設(shè)置來(lái)測(cè)量和調(diào)節(jié)變速器參數(shù)，以達(dá)到所需的性能。
圖 1. 50％踏板輸入時(shí)（VSPD-車輛速度，OSS-輸出軸速度）
仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致
圖 2. 75％踏板輸入時(shí)（VSPD-車輛ACC速度，OSS-輸出軸速度）
仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致
HiL測(cè)試流程幫助福特團(tuán)隊(duì)以更少的物理樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，這有助于流程的調(diào)整。相同的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱樣機(jī)可以在多種載荷工況下用多個(gè)車輛進(jìn)行測(cè)試。
