1 底盤總體應用

底盤組件、子系統和相關控制集成開發的相關 技術涉及多學科領域，在車輛研發中面臨諸多挑戰。 現今國外的先進車輛企業底盤工程師已在產品過程中的早期及全程普遍采用基于模型的系統工程及其虛擬樣機的開發流程，實現真正通過關鍵品質功能設計優化來驅動產品的開發。 Amesim依據在汽車行業30多年的工程經驗，能夠滿足汽車研發企業在產品開發中的整車動力學仿真分析，并優化產品設計，提高系統性能。

Amesim即可單獨仿真分析上述單一性能：支持底盤前期設計與后期車輛系統集成驗證，加快底盤與動力總成、制動系統的集成，加快控制系統與底盤的集成驗證；還可以綜合所有性能進行多屬性平衡分析及優化，比如下圖所示的不同車重不同路面下的各項操穩性能平衡分析。

1.1 Amesim底盤動力學定位？

Amesim底盤動力學適合于產品開發的早期匹配及后期的優化設計。

1.具有不同顆粒度的模型適用于不同開發階段的應用

價值

? 模型顆粒度: 模塊化和開放的工具可以在設計早期階段對新概念的快速探索。更好地個人學習和理解車輛設計?；谀０宓哪Ｐ蜑榉菍＜姨峁Ｓ玫腉UI。當與控制器相結合時，可以快速的得到結果。

? 連續性:允許從底盤部到控制部支持過程的連續性。

關鍵收益

? 利用Amesim的靈活性，非常有效地探索新概念及其影響。

? 從不同角度(底盤和控制部門)使用相同的工具，可以輕松獲取和重用知識。

? 由于可能與內部數據庫連接，易于資本化和轉移到控制部門。

2. Amesim提供了不同階段建模模板及用戶環境，如下圖所示。

?  在前期設計階段，提供了專門的參數化界面GUI，可以方便地在一個界面導入不同車型參數模板列表，進行快速的匹配分析。

?  還可以基于Amesim平臺開放的建模環境和模塊化的建模思路，細化所需的任何子系統模型比如轉向系統：按照結構工作原理，搭建機械及電驅部分模型，考慮機械慣性特性及摩擦、電驅電磁特性及控制邏輯等，進而進行轉向系統詳細的瞬態特性仿真及優化。

1.2 典型應用

按照動力學方向可以將商用車底盤應用分為縱向、垂向及側向三個方向的動力學特性，如下圖所示。

1.2.1 縱向動力學

?與制動相關

?動力學過程

?制動距離

?制動失效分析

?制動踏板感分析

?與動力總成相關

?駕駛性

?經濟性

?Tip in/Tip out

?四輪驅動

?扭矩矢量控制

?軟路面爬坡（考慮差速鎖），如下動畫所示：

1.2.2 垂向動力學

?舒適性

?垂向低頻激勵響應

?俯仰、側傾舒適性

?懸架振動噪聲 (with MBS Coupling)

?NVH (with MBS Coupling)

?平順性

?道路激勵測試

?風洞激勵測試

?通過性

?其他

?懸架桿系疲勞強度分析(with MBS Coupling)

?動力總成疲勞強度分析(with MBS Coupling)

1.2.3 側向動力學

?操控性

?操縱穩定穩定性

?變道

?彎道剎車

?彎道卷入

?給定路徑跟隨

?抓地力分析

?側翻

?功能安全及ADAS系統

?ABS, ESP, 輔助制動

?電子油門控制

?主動防側翻控制

?ACC自適應巡航

?牽引力控制

?車身穩定控制

?防碰撞系統

?與轉向相關

?原地轉向

?方向盤抖動

?轉向特性

?駕駛 中心感

?橫擺穩態、瞬態響應特性

?減擺性能分析（Ame+MBS）

2 縱向動力學——傳動

本章主要列舉商用車傳動方面的典型應用。

2.1 Scania ——縮短傳動鏈開發周期

Scania基于Amesim開發傳動鏈駕駛性、扭振、舒適性及變速器效率損失和潤滑，并且將模型實時簡化降階，用于控制器開發標定，具體如下圖及動畫所示。

Scania仿真了大部分與駕駛車輛相關的物理特性。

? 仿真時間通常比實時快。

? 對各種問題有了深刻的理解。

? 加快了開發模型或解決現有問題的時間。

? 后處理和動畫很容易使用。

2.2  Kamaz——全輪驅動應用開發

Kamaz全輪驅動應用開發，如下動畫所示：

通過該動畫，我們可以看到：

?  極大優化了卡車扭矩分配單元

?  通過混合測試加速變速器控制校準

?  改善車輛在脫困路況下的能源效率

2.3 Voith Turbo ——優化經濟性、冷卻性能及駕駛舒適性

業務挑戰:

? 改善四速自動變速器的液壓閥行為

? 引入機電一體化產品的系統開發流程

成功關鍵:

? 使用一維多領域系統平臺預測系統和子系統的動態行為

? 利用Amesim豐富及高品質的庫，高效建模分析

Voith的應用如下動畫所示：

結果:

? 減少測試時間和原型迭代次數

? 開發改進的液壓閥設計

? 縮短上市時間

? 持續改進設計和開發流程

? 傳動控制單元直接導入工作算法

? 模型在開發階段的早期可用性

? 管理各種版本

3 縱向動力學——制動

本章主要列舉商用車底盤制動相關應用。

3.1 WAbCO ——制動平臺開發

Wabco基于Amesim開發了一整套制動零部件模型庫，可以用于不同配置車輛制動系統匹配分析。

? 開發不同閥門的詳細模型，包括它們的動力學，以模擬完整的制動回路。

? 開發的每個閥門和元件分別與實驗進行校核。

? 基于Amesim超級組件方式生成了一個制動系統零部件庫。

上述模型也可以用于各種車輛配置的制動系統布局的設計和優化，用于分析車輛的制動距離甚至穩定性。

3.1 TATA ——制動開發

TATA制動系統仿真平臺的建模和驗證過程被分為三個級別。如下圖所示為整個制動系統建模的過程。

Level 1：基于Amesim這一多物理工具中閥門的物理和結構，對制動回路中使用的各種閥門進行了識別，并建立了每種閥門的數學模型。用實驗結果對數學模型進行了驗證,并在Amesim中建立了制動元件庫。氣動制動系統庫包含了用于制動系統的所有部件的所有數學模型。這些元件級數學模型可以用來建立從非常簡單到最復雜的氣動制動系統數學模型。

Level 2：通過使用在第一級中創建的各種組件級模型創建了一個系統級數學模型。用實驗結果再次驗證了系統級數學模型。

Level 3：采用系統級數學模型建立整車級數學模型，預測動態制動性能，其中包含了傳動系、懸架、輪胎等其他重要集合。用實驗結果再次驗證了車輛數學模型的正確性。該模型能夠根據IS11852預測動態制動性能。同一模型已用于優化整個制動回路的性能和成本。

結果：

TATA將零件級、系統級和整車級模型的輸出結果與實驗結果進行了比較，發現了與實驗結果密切相關的關鍵因素。根據IS11852在靜態和動態條件下評估完整的制動系統性能，這將幫助設計者在設計或概念階段本身根據IS11852凍結制動系統的目標制動性能規格。

? 該模型能夠預測各參數對整體制動性能的貢獻，從而幫助設計者選擇對整體制動性能貢獻最大或最小的參數，從而進一步提高整體制動性能。

? 也有可能選擇各種閥門的最佳組合和各種閥門之間使用的最佳管徑。利用現有的模型，有可能從成千上萬的組合中選擇一個最好的組合，可以在實際車輛上進行試驗。

? 該模型可進一步推廣用于評價ABS或ESP等先進制動系統的整車級制動性能。

4 小結

本文先是總體闡述了Amesim在商用車底盤總體應用，并著重闡述了縱向動力學傳動及制動的典型應用。 由于篇幅限制，后續會繼續更新垂向動力學及側向動力學的應用，歡迎讀者繼續關注。

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文章來源Simcenter 1D 系統仿真