耐久性測試是汽車產品開發(fā)中關鍵的一個方面。擁有回答“是否耐久”這個問題的能力不僅會影響零部件的設計，還會影響整個系統(tǒng)。在設計周期后期發(fā)現(xiàn)的耐久性問題需要花費大量時間和金錢來解決。如果在產品發(fā)布前未解決這些問題，則會產生保修成本并降低客戶滿意度。良好的耐久性通常會與其他屬性（如，平順性、操縱性或NVH）發(fā)生沖突，因此找到一種方法來平衡這些需求是必要的，也是困難的。
自1927年以來，沃爾沃汽車一直致力于為客戶提供駕駛性能、舒適性和耐久性方面世界一流的車輛。車輛的耐久和強度是耐久性的關鍵方面。強度是承受高載荷時保持正常功能的能力，而耐久是指在長時間使用后保持正常使用的能力。沃爾沃汽車公司的耐久性部門負責確保車輛的強度和耐久。沃爾沃使用計算機輔助工程（CAE）進行產品開發(fā)，并使用仿真方法來驗證車輛性能從而減少物理測試。Adams是沃爾沃耐久性部門選擇的多體動力學仿真軟件，由七名仿真工程師組成的小組來使用。
模擬車輛強度包括計算車輛的峰值載荷。沃爾沃使用14個車輛工況計算底盤零部件上的負載。這些工況可分為垂向、側向和縱向工況，比如“Drive Over Curb”（垂向）、“Braking into a pothole”（縱向）和“skid against curb”（側向）。
模擬車輛耐久性包括計算車輛的疲勞載荷。像強度工況一樣，耐久工況可以分為垂向、縱向和側向工況。一些工況可能會結合兩個方向。對于SUV和越野汽車，還需要計算越野路況。60個模擬耐久性工況中包括Cobblestone、Washboard、Potholes、Stop and Go、Off-road Track、Slalom。
準確模擬車輛運行過程中的道路載荷對于計算車輛的耐久性至關重要。通過使用Adams中的通道從仿真中采集道路載荷。這個通道就像仿真的端口一樣，可以測量系統(tǒng)響應并直接在頻域中輸出結果。為了評估強度，提取峰值載荷，而對于耐久評估，損傷和等效力是關鍵因素。將收集到的仿真數(shù)據(jù)與參考值進行比較，參考值可以是其他車輛或是不同底盤設計的同一車輛。
不同的小組使用計算出的道路載荷。輸出文件與大量的文檔一起發(fā)送給沃爾沃內部從事零部件級有限元分析工作的團隊，并與外部的供應商共享。道路載荷用作有限元模型的輸入，用于分析不同的車輛零部件。此外，在設計階段前期沒有測試數(shù)據(jù)的情況下，使用仿真載荷，進行系統(tǒng)級和零部件級的臺架試驗。
為了實現(xiàn)滿足各種道路條件下車輛動力學性能要求的車輛設計，現(xiàn)代的底盤系統(tǒng)具有越來越多的主動/半主動控制元件。在主動底盤系統(tǒng)中，懸架使用車載控制系統(tǒng)控制車輪相對于車身的垂向運動，這與被動懸架不同，后者的運動完全由路面和固定的懸架參數(shù)決定。半主動懸架系統(tǒng)是折中的情況，可以通過實時控制從系統(tǒng)中去除能量。
（半）主動控制車輛系統(tǒng)的CAE方法必須包含控制器和物理系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。由于計算出的道路載荷受控制系統(tǒng)的影響，因此聯(lián)合仿真對于準確獲取載荷十分重要。
本研究中模擬的車輛系統(tǒng)包含半主動減振器。相關的控制方案如圖1所示。在模擬控制系統(tǒng)中，輸入的是車輛參數(shù)，例如加速度、懸架高度、速度等，輸出為電流。然后將此電流反饋到Adams的減振器UDE，與阻尼器速度一起計算阻尼力。
沃爾沃利用高度自動化的流程來進行仿真作業(yè)?；贓xcel的設置用于準備仿真作業(yè)、在遠程集群上執(zhí)行并對結果進行后處理。過程涉及一個基于Excel的界面，用于Adams的批量處理。這個腳本化的批量處理過程用于運行多個不同事件和聯(lián)合仿真。在Adams中，存在幾種連接軟件的方法，Adams支持FMI標準，能夠導入導出FMU并進行聯(lián)合仿真。
此外，Adams支持使用植入文件在FMI框架之外進行聯(lián)合仿真。Adans與Matlab聯(lián)合仿真過程中，可以將Adams作為植入模型，這種方法需要Adams Control模塊，生成.m文件和.acf文件。求解器通過存儲通道或TCP/IP接收并執(zhí)行命令，來運行仿真并傳達車輛狀態(tài)。
此工作流程存在一些限制，即使是開放標準（例如FMI）也無法解決。無法指定導出模型的目標機器，因為文件生成時不知道計算節(jié)點。此外，由于知識產權問題，控制系統(tǒng)的開發(fā)并不能完全提供給沃爾沃，因此無法將其編譯為FMU。而且，為32位車輛操作系統(tǒng)開發(fā)的軟件，在64位系統(tǒng)上進行仿真時，會產生平臺兼容性問題。即使所有這些問題在聯(lián)合仿真的過程中都可以解決，但對于文件傳輸和設置是人工的。Simulink的并行運行及保持端口的追蹤是很困難的。同樣，每個分析都必須從Simulink內部手動啟動，并將Adams作為聯(lián)合仿真的過程中的從軟件。
為了解決這些問題，由MSC Software Services開發(fā)了一種新型的無縫方法并在沃爾沃汽車公司安裝使用（圖2），這種方法與先前描述的執(zhí)行框架一致。用戶可以自動生成Adams Car模型文件并自定義輸出。腳本化的工作流程將與Simulink服務器建立TCP / IP連接，并啟動Adams Car 控制求解器。通過TCP / IP連接，Adams / Car求解器與運行Simulink模型的計算機通信。整個過程是，啟動Simulink服務器，像往常一樣生成Adams求解器文件，在本地或集群上提交聯(lián)合仿真作業(yè)命令。
圖2 : 改進的Adams-Simulink聯(lián)合仿真過程
這個命令啟動Adams守護進程，并與Simulink服務器進行通信來交換信息和文件，從而依次啟動仿真，在此期間，Adams Controls將與守護進程聯(lián)系并開始實際的聯(lián)合仿真。
對比聯(lián)合仿真方法與最簡單的無控制集成的方法。被動仿真在三種不同的阻尼/電流水平下進行（圖3）。試圖通過使用代表每個電流水平的阻尼器來研究半主動阻尼器對道路載荷的影響。
阻尼器曲線代表最軟到最硬的設置（最低到最高電流）。對于每種駕駛模式（舒適、動態(tài)、越野），每個電流水平各執(zhí)行60個事件集。這會導致額外的后期處理，并在解釋結果時增加復雜性。評估通道及其指標的峰值、損傷或等效力。對于不同的通道，不同的阻尼器設置
是“最壞的情況”。根據(jù)結果，必須進行工程判斷，確定將哪個阻尼器設置用作官方數(shù)據(jù)。如果選擇錯了，則存在零部件設計過度的風險。
通過聯(lián)合仿真的主動控制與采用靜態(tài)電流/阻尼的被動控制的對比結果如下面所示。
對于potholes仿真，與半主動仿真（圖4）相比，低電流被動阻尼器（圖6）在topmount force的最大載荷有顯著差異。除此之外，在被動仿真中還可以看到缺乏回彈阻尼且緩沖塊介入較大（圖5和圖6）。
圖4 : Pothole simulation, Front topmount force for each drivemode
圖5 : Pothole simulation, damper velocity.Passive equivalents with low, mid and high current representation
圖6 : Pothole simulation, topmount force.Passive equivalents with low, mid and high current representation
對于drop and rebound仿真，注意三種模式的最大電流（圖7）。將半主動仿真的被動仿真的topmount force作比較。由于控制器提供的最大電流與驅動模式無關，因此在某些驅動情況下采用被動低電流和中電流的替代方案是不現(xiàn)實的。
圖7 : Drop off rebound simulation,Front damper current signal for each drivemode.
總而言之，沃爾沃汽車公司選擇使用開發(fā)流程減少了人工操作、比較和工程判斷的量。與MSC Software的服務組織合作，正在開發(fā)支持更復雜聯(lián)合仿真場景的流程，其中也涉及仿真鏈中的其他工具。
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