車輛動力學(xué)及控制

任何（智能）車輛控制系統(tǒng)的構(gòu)成包括三大部分，即控制算法、傳感器技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開發(fā)。后兩者在技術(shù)上可以解決；但作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，即尋求一個能夠?yàn)檐囕v系統(tǒng)提供良好性能的控制律，則需要控制理論與車輛動力學(xué)的緊密結(jié)合，比如主動懸架系統(tǒng)。

最后，更為廣泛的問題，來自于底盤控制系統(tǒng)的集成，及智能駕駛系統(tǒng)的發(fā)展與交聯(lián)。車輛控制系統(tǒng)已在某些領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，如防抱死制動系統(tǒng)、驅(qū)動力控制等，并逐步向車身側(cè)傾控制、可切換阻尼的半主動控制懸架和四輪轉(zhuǎn)向等其它方向拓展。盡管這些控制系統(tǒng)最初只限制于各自完成某些特定范圍的功能，但它們的結(jié)合及智能系統(tǒng)的交聯(lián)是車輛技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也是未來車輛動力學(xué)研究新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

圖：車輛動力學(xué)與控制系統(tǒng)的關(guān)系舉例

我們對汽車產(chǎn)品提出的安全、舒適、易于操縱及智能化等更高的要求，到目前智能駕駛的發(fā)展，體現(xiàn)了目前及未來的人-車關(guān)系的轉(zhuǎn)變。由于實(shí)際車輛在不同工況下車輛系統(tǒng)表現(xiàn)出不同特性，車輛系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和評價(jià)指標(biāo)也呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性，除了要求駕駛者（或智能車輛控制算法）具有一定的適應(yīng)性外，車輛動力學(xué)的重點(diǎn)也將集中在使整車系統(tǒng)在各種情況下都能有更好的車輛性能。

Simpack用于整車動力學(xué)分析

圖：整車分析Simpack 建模roadmap

比如基礎(chǔ)操穩(wěn)分析的多體系統(tǒng)模型和三維模型是基于運(yùn)動圖、特性曲線和質(zhì)量構(gòu)建起來的，也被用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)空間與碰撞試驗(yàn)，在此過程中，結(jié)構(gòu)的柔性、橡膠支承的剛度沒有被關(guān)注。這種分析一般在靜態(tài)，準(zhǔn)靜態(tài)下進(jìn)行。

在計(jì)算中也可以計(jì)入構(gòu)件的尺寸柔性。可以將變形借助模態(tài)分析來分解，通過相對較少的模態(tài)坐標(biāo)和模態(tài)形式來趨近（利用SIMULIA Abaqus生成）。

在高動力學(xué)的操縱靈活性條件下，車輪支架、橫臂和減振器支柱的柔性可以對剪切載荷有顯著的影響，這些柔性的組合會在模型的力傳遞有很大的影響。

運(yùn)用整車模擬，不僅可以對車輛的動力學(xué)性能和參數(shù)進(jìn)行評價(jià)，還可以將產(chǎn)生的力在各個單個構(gòu)件的交叉點(diǎn)上及進(jìn)行分解。典型研發(fā)分析如下：

• 整車模型的構(gòu)建和保養(yǎng)；
• 借助標(biāo)準(zhǔn)的駕駛行為進(jìn)行修改；
• 底盤柔性動力學(xué)的改變對行駛動力學(xué)的影響；
• 構(gòu)件設(shè)計(jì)中動態(tài)載荷的計(jì)算。

車輛動力學(xué) 實(shí)時仿真一體化

圖：Simpack 用于主動&未來的車輛系統(tǒng)的功能

隨著智能汽車的發(fā)展，由于不同動力學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能一體化要求，系統(tǒng)交聯(lián)將始終面臨以下問題：

1）不同控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、及未來的智能駕駛系統(tǒng)之間作用會有重疊。因此必須精準(zhǔn)確定制動系統(tǒng)和疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干涉作用，以避免最終在各控制器之間產(chǎn)生不希望的干擾。

2）大部分的系統(tǒng)都具有多種功能，如疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，參與可變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比的調(diào)節(jié)，還參與車輛穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。不同功能間必須協(xié)調(diào)。

3）整體功能連接的研發(fā)，最終產(chǎn)品性能的保證都有各系統(tǒng)供應(yīng)商的參與，分配和研發(fā)非常復(fù)雜。

車輛動力學(xué)與控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)研發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

• 電子電控系統(tǒng)的主要開發(fā)成本都在實(shí)車測試
• 實(shí)車測試由于其環(huán)境的真實(shí)性及測試可靠性，是ECU主要測試手段
• 車輛電子電控設(shè)計(jì)往往在整車研發(fā)非常后期
• 最大的挑戰(zhàn)：各部門均使用不同的模型，造成ECU設(shè)計(jì)仿真困難，各部門間沒有協(xié)同
• 在進(jìn)行RT實(shí)時仿真時，需要額外的大量工作來進(jìn)行 SiL & HiL （如果通過S-function / FMU）
• Compliance MBS模型和實(shí)時模型的一致性：未知！
• 電子電控系統(tǒng)在整車研發(fā)過程中的對標(biāo)非常有限

Simpack車輛動力學(xué)一致性實(shí)時技術(shù)

• 避免重新對RT實(shí)時模型進(jìn)行重復(fù)建模，并且用于SiL & HiL
• 保證MBS模型和實(shí)時模型的一致性，包括結(jié)構(gòu)，參數(shù)等
• 在整車開發(fā)過程中，加強(qiáng)并提前ECU開發(fā)，可以預(yù)先進(jìn)行虛擬測試，對標(biāo)匹配等
• 大大減少由實(shí)車測試和重復(fù)建模導(dǎo)致的重復(fù)工作和成本

Simpack實(shí)時仿真可以保證模型的一致性，其先進(jìn)的解算技術(shù)，可以直接將Simpack用于動力學(xué)仿真的模型直接用于實(shí)時仿真，保證了具體動力學(xué)模可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用下的復(fù)雜模型的實(shí)時仿真，如：硬件在環(huán)，軟件在環(huán)。無需模型縮減，無需代碼生成或編譯，無需查表法等，是唯一一款被認(rèn)為可以將詳細(xì)動力學(xué)子結(jié)構(gòu)模型直接用于實(shí)時仿真的技術(shù)，目前已被眾多知名廠商廣泛采用。

圖：作用于縱向、橫向、垂直方向動力學(xué)的裝置，按功能置于不同領(lǐng)域

Simpack實(shí)時仿真應(yīng)用范疇

圖：Simpack在知名公司模擬器及智能駕駛應(yīng)用

1.駕駛模式；

2. 虛擬道路測試；

3. 性能仿真；

4. 極限工況仿真；

5. ECU、ADAS等開發(fā)；

6. 智能汽車開發(fā)；

7. 駕駛員操作行為仿真；

8. 復(fù)雜路況仿真；

9. 新技術(shù)驗(yàn)證；

10. *用于智能汽車：

• 智能汽車控制策略驗(yàn)證；
• 系統(tǒng)集成驗(yàn)證及試驗(yàn)；
• 無人車輛安全性驗(yàn)證；
• ADAS系統(tǒng)驗(yàn)證及評估；
• 人-車-環(huán)綜合評估與驗(yàn)證；
• 駕駛培訓(xùn)；
• 虛擬測試；
• 操作穩(wěn)定性評估；
• 復(fù)雜真實(shí)交通環(huán)境驗(yàn)證；
• 極限、危險(xiǎn)工況評估；
• ……..

最后，如果您想深入了解 Simpack 的具體應(yīng)用，學(xué)習(xí)Simpack車輛完整模型的搭建流程，掌握Simpack車輛動力學(xué)分析中的典型工況應(yīng)用，歡迎關(guān)注技術(shù)鄰聯(lián)合華東交通大學(xué)軌道交通技術(shù)創(chuàng)新中心開設(shè)的《Simpack 多體動力學(xué)軌交行業(yè)培訓(xùn)班》：

Simpack 是專家級機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)仿真分析軟件，是世界上第一款采用完全遞歸算法、利用相對坐標(biāo)系建立模型的多體動力學(xué)軟件。 Simpack 可以用來仿真模擬現(xiàn)實(shí)世界中任何的機(jī)械/機(jī)電系統(tǒng)，從僅僅只有幾個自由度的簡單系統(tǒng)到復(fù)雜系統(tǒng)，如汽車、火車、飛機(jī)、風(fēng)機(jī)等，都能利用 Simpack 軟件進(jìn)行模擬仿真。

Simpack Rail 是針對軌道車輛動力學(xué)仿真開發(fā)的專用模塊。在全球范圍擁有廣泛的用戶群，主要的機(jī)車制造商、供應(yīng)商、運(yùn)營商、高校和科研院所都在使用 Simpack Rail。通過 Simpack強(qiáng)大的建模功能和快速的計(jì)算速度能高效地預(yù)測和分析軌道車輛的動力學(xué)性能，從而大大降低了開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

培訓(xùn)目標(biāo)

(1) 了解 Simpack 在軌道交通行業(yè)的具體應(yīng)用，學(xué)習(xí) Simpack 的基本操作流程。

(2) 掌握軌道車輛建模的常用單元，學(xué)習(xí)軌道車輛完整模型的搭建流程。

(3) 掌握軌道交通行業(yè)車輛動力學(xué)分析中的典型工況應(yīng)用。

培訓(xùn)對象

軌道交通行業(yè)的仿真工程師和設(shè)計(jì)工程師，了解基本的 Simpack 操作。

時間及地點(diǎn)

11月4-6日，南昌（華東交大）

講師介紹

培訓(xùn)大綱

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