虚拟试验技术在整车及零部件试验中的应用

虚拟试验场（Virtual Proving Ground 简称：VPG），对试验场特定路面进行扫描，包括操稳和舒适性环道，耐久和性能路面，生成3D路面模型，利用动力学仿真软件结合整车模型进行仿真分析，达到缩短整车开发周期、减少项目成本的目的。

1、汽车虚拟试验技术概述

虚拟试验场是汽车开发领域的数字化革命，旨在通过高级计算和模拟技术，提升汽车设计和测试的效率与精确度。其核心功能包括三维数字路面建模，通过创建精确的虚拟环境，模拟实际道路的各种情况，从而在早期阶段预测汽车性能。

汽车虚拟试验场

虚拟试验技术使用户能在虚拟环境中对整车进行耐久和舒适性仿真分析，在没有物理样车或样件的情况下，使用虚拟试验场生成疲劳耐久仿真分析所需的载荷谱数据，在项目早期对整车耐久性能进行评估，提高早期疲劳耐久的仿真精度，以减少物理测试的工作量及投入，节省大量的整车开发时间和资源。

汽车虚拟试验室

整车试验是确保产品疲劳寿命的必要手段，也是验证产品设计的有效方案之一。提前预测疲劳危险点的位置及不同设计所造成的疲劳寿命差异，能大大节约企业开发成本及时间，建立虚拟验证的基础能力能在一些领域（汽车风洞试验）实现技术运用。

汽车风洞虚拟仿真实验

本文详细地对比分析了建立整车虚拟模型各软件的优缺点、虚拟路面及虚拟环境的建模方式，基于成本、时间及可靠性原则清晰地整理出整车虚拟试验建设的基本思路，确定了整车建模、虚拟路面、虚拟环境的构造方法。

2、汽车虚拟试验场

整车虚拟试验按照功能领域划分可分为整车耐久、整车性能、整车台架、主动安全及主动驾驶等方面。虚拟试验场建设所需的基础能力包含有虚拟样车、虚拟路面和虚拟场景。

汽车虚拟试验技术分解

（来源《基于虚拟技术的整车试验研究及应用》）

（1）虚拟样车

建立整车虚拟试验场实验第一步是建立一部虚拟样车，样车整体建模分为悬架模型、白车身模型及非结构质量模型三大模块分别建模。悬架模型中弹性体需要用实体辨识法测试真实样本特性，将实际性能参数代入模型进行建模，通过相关约束构成悬架模型。

虚拟白车身结构

（2）虚拟路面

虚拟路面是整车虚拟试验的关键步骤，应包括强化试验道路、高速环道、耐久性试验路、ABS 制动试验路及其他类型路面，同时要求布局合理。目前主要通过试验场3D扫面进行试验场道路信息收集。

汽车虚拟路面

（3）虚拟场景

虚拟场景建设主要由道路、天空、汽车、草地、树木等元素构建而成。测试场景要素主要包括测试车辆和交通环境要素2大类，其中，测试车辆要素又包括测试车辆基础要素、目标信息以及驾驶行为3类；交通环境要素包括天气和光照、静态道路信息、动态道路信息和交通参与者信息4类。

汽车虚拟场景

虚拟场景要素

（4）整车虚拟试验

整车虚拟试验是将虚拟样车、虚拟路面及虚拟场景通过模型整合形成虚拟试验场，再匹配整合整车动力参数，按照规定的试验工况行驶开展虚拟样车综合性试验。

整车虚拟试验

3、虚拟试验技术在电动汽车开发中的应用

电动汽车动力总成开发在开发早期将尽可能多的测试任务转向模拟仿真，可以减少对实物测试的依赖。通过基于模型的仿真来验证和优化他们的系统设计和软件控制算法，以增加测试覆盖率，并降低早期发现和修复错误的成本。

新能源汽车虚拟试验

电动汽车的电机逆变器需要高保真、复杂、非线性的行为建模来实现仿真精度。结合高保真电力电子和电机仿真的开放且可扩展的测试解决方案满足了上述需求。电动汽车虚拟试验台（eVTB）是一个基于硬件在环和FPGA技术的信号级实时仿真平台。结合相关的AVL仿真模型和测试工具链，该系统级解决方案能够覆盖驾驶性、运行效率、热管理和车载诊断等众多测试用例。

电动车动力电池一般布置在汽车下部车身，在车辆完整的生命周期内承受路面传递的振动激励，因此振动试验是电池包设计开发中重要的一个环节。建立电池包虚拟实验方法可以在项目前期开发出与整车耐久目标相匹配的电池包振动耐久试验，提高验证的精度。

电池包虚拟试验步骤

4、汽车虚拟试验优点

（1）节省时间和成本

传统的汽车试验需要建立专门的测试场地，购买测试设备和材料，并且需要招募大量的测试人员。汽车虚拟试验可以在计算机环境中模拟各种实际道路和驾驶情况，通过虚拟的方式进行测试，避免了建设实际测试场地的开支，同时又减少测试周期和测试成本，提高研发效率。

（2）提高试验安全性

在传统的汽车试验中，测试人员需要在实际车辆上进行测试，存在一定的安全风险。利用汽车虚拟试验可以在虚拟环境模拟各种极端天气和道路状况，并且没有任何风险。

（3）提高测试可重复性

在传统的汽车试验中，测试人员的技能水平和心理状态等因素会对测试结果产生一定的影响。汽车虚拟试验可以在相同的环境下进行多次测试，抑或比较不同车型运行体验，降低测试结果的随机性，实现测试数据的可靠性。

（4）智能统计测试数据

汽车虚拟试验可以提供更加直观的测试环境和结果展示，使用户更容易理解测试结果，同时也提高了用户的体验感。