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底盘开发之CAE -整车虚拟仿真

2021-09-13 21:53:07·  来源：Vehicle  作者：Pirate Jack  
　
多体力学MBS模型验证
为了提高仿真的质量和有效性，MBS模型所提供的结果应与以往和现有的实验结果进行比较。在开发过程中，为了达到最大的效率和确保系统的最佳功能，测试和仿真部门之间必须有密切的工作关系。
多体模拟和实验测试的结果可以在多个领域进行比较，如表6-3所示。
NVH
为了达到NVH的目的，可以使用虚拟的四个试验台进行低频（0到25hz）试验，以确定车身的横摇、俯仰和偏航频率以及悬架的固有频率。图6-28中的图表显示了计算数据和测量数据之间的比较。在比较计算数据和测量数据时，必须特别注意轮胎接触面处的边界条件（不打滑或受限）。表6-4显示了研究的兴奋类型
负载管理（从系统到组件的负载级联）
为了使用强度计算和随后的实验验证来设计和优化底盘部件和系统，必须知道准确的横截面载荷[16]。负载管理包括分解系统级上发生的负载并确定产生的组件负载。对于底盘系统，系统级载荷由车轮力和驱动载荷组成，这两种载荷通常由车辆制造商定义。部件级包括独立的底盘部件（控制臂、车轮托架、底盘副车架），其设计需要精确的横截面载荷。负荷管理中使用的计算方法和过程称为负荷级联。
图6-29提供了与底盘开发过程相关的负载管理计算任务、方法、先决条件和结果的摘要。计算过程从左到右显示。
在系统级，创建和/或测量合成负载和实验负载（按此顺序），以用作MBS仿真中的输入负载。
计算横截面荷载，并用于设计构件的结构和操作强度。这些计算出的载荷也可用于验证试验。图6-30中的下一行表示使用测试设备的负载级联的替代路径。这种方法特别昂贵和费时。在大多数情况下，负载级联是使用ADAMS/Car多体仿真软件的一个版本来执行的，该软件已经扩展到包含所需的功能。
MBS软件允许创建、分析和优化车辆模型，与使用原型的耗时实验运行相比，所需的工作量要少得多。然而，在一个模拟可以被认为是真实的之前，它的结果必须与实验数据相比较。
这些实验数据为保证仿真结果的质量提供了参考。由于在底盘开发的早期阶段既不存在原型轴也不存在实测载荷，因此只能在更高级的阶段进行比较。为了评估MBS模型的准确性，还需要精确分析计算的横截面载荷（对于合成和测量的载荷情况）与车轮力和驱动载荷之间的关系。
实验确定的力和力矩必须经过复杂的前后处理。这是与负载管理相关联的主要任务之一。以下段落详细描述了应应用于MBS模型的荷载、模型验证比较点的选择以及荷载数据的分析和评估。多体仿真所起的中心作用如图6-31所示。瞬态、高动态道路力和力矩不仅用作轴试验台的输入值，而且还使用相关的虚拟试验台应用于MBS轴模型。
为MBS模型加载数据
本小节描述了MBS模型验证中可用和推荐的荷载和荷载情况。
车轮和发动机负荷作为模型输入数据
多体仿真验证的输入数据包括准静态和/或动态载荷情况。为了便于与实验结果进行比较，并允许使用易于理解的参数来证明模型的合理性，所使用的荷载应尽可能简单，例如纯垂直车轮力或简单垂直车轮行程。例如，对于静态载荷情况，可以使用应变计精确测量由已知车轮力或弹簧行程距离产生的支柱反作用力，并使用手动计算进行双重检查。即使在车轴开发的早期阶段，静止车辆处于空档位置或在特定的负载条件下的负载也是已知的，因此非常适合用作仿真模型的验证负载情况。
模拟模型的行为也必须在动态载荷条件下进行研究。在大多数情况下，部件设计时还必须考虑动态载荷。同样，用于模型验证的输入负载信号应为具有恒定或稳定变化频率的简单正弦力信号。只要可能，验证负载情况应该是连续的，而不是重叠的。例如，应单独检查模型对悬架压缩和制动的响应，而不是作为组合载荷情况。
作为模型输出数据的横截面荷载
仿真模型提供的输出数据包括规定连接点处的横截面载荷（例如两个部件之间的橡胶衬套、车轮托架与前束连杆的接口等）。当实际测试运行（道路荷载数据收集，RLDC）中的荷载可用时，这些横截面荷载在设计过程的后期进行验证。使用横截面载荷作为输出数据需要定义与基于组件的局部坐标系相关的接口。这些接口的定义还必须考虑与测量仪器相关的限制。在非理想情况下，试验部件载荷数据（使用道路模拟试验台或在RLDC期间测量）可在与模型基于部件的局部坐标系中的位置不完全相同的测量点处获取。还必须注意的是，仿真模型中的坐标方向并不总是与测量设备的坐标方向匹配。例如，不可能总是在两个部件之间的界面的确切中心安装应变计。
模型验证比较点
比较点必须位于车轴的不同部分（不重叠），并应选择使所有三个力方向的独立验证成为可能。
张力和/或压缩中的两点连接为比较点提供了一个最佳位置，因为应变计可以精确地附着在加载方向上，并且MBS模型中的局部坐标系可以定向以匹配。从这些比较点获得的测量信号可以根据输出是负值还是正值直接转换为张力或压缩。实验结果与模拟结果具有很好的可比性。以下部件适合用作比较点，因为它们很容易安装传感器，以测量其在x、y和z方向上的位移或变形：
  • Fx：下控制臂和车轮托架（靠近控制接头）之间的连接，在后拖拉杆上（如适用）
  • Fy：前束连杆，下控制臂和车轮托架（控制接头）之间的连接，上控制臂和车轮托架之间的连接（对于双横臂悬架系统）
  • Fz：支柱（弹簧/减震器系统）、下控制臂和车轮托架之间的连接（球节上的拔出力）和稳定杆上的连接。
负荷数据的批准和评估
包含模拟和实验负载与时间函数的数据集通常必须在评估之前进行处理，因为测量数据通常包括预加载偏移量。
为了确定仿真的质量，通常使用以下过程分析加载时间数据集：
  • 加载时间数据的可视化分析
  • 产生功率谱密度（PSD）
  • 分类
  • 根据Miner法则作为累积损伤的应力对进行损伤计算。
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