吴艳新　李杰成　叶科

摘 要：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实现技术运用。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。研究表明，整车虚拟实验仿真结果可为产品设计提供指导性意见。

关键词：整车虚拟试验场；整车建模；虚拟路面；虚拟环境

1 引言

车辆作为一个复杂的机械产品，其质量需要经过多种试验得以保证。其中汽车疲劳强度试验都是通过先制造样车后进行各类试验，因此汽车内部结构早已确定。如遇特殊情况，会影响汽车结构设计，从而导致汽车开发周期延长。随着计算机软硬件水平得到提高，新型汽车试验法也得到不断提高，如虚拟试验场[1]。此方法不需要占用各种资源及任何成本，也能实现在无样车情况下进行各种场所试验，大大降低了产品开发时间，也能针对问题进行重新设计，因此非常有必要建设整车虚拟试验场。

目前常用基于ANSYS/LS-DYNA软件二次开发的虚拟实验技术——VPG技术。此法以整车为研究对象，输入所需要的车速及模拟道路数据，并考虑各种非线性因素，因此疲劳分析精度较高，不过此法在整车弹性体建模精度上存在较大误差。基于Multigreen Creator的汽车试验场仿真技术在三（双）通道视景建模具有较大优势，能够高逼真还原环境真实情况，不过对于整车耐久性试验并不适用，且较难分析某部件的疲劳程度。以上文献都能进行整车虚拟试验场建设，但基于ANSYS和Multigreen Creator不能进行弹性体建模，而精确的整车模型需要建立弹簧、悬置、橡胶衬套等弹性部件，因此选用实体辨识法对弹性体样件进行性能测试，将真实性能参数代入模型进行建模[6]。

综上所述，整车虚拟试验场建设应选用MSC Adams虚拟样机技术，建立准确的路面模型、轮胎模型及整车动力学模型，模拟各种工况下动力学分析，提取硬点动载荷后对零部件进行疲劳分析，此思路能为下一步虚拟试验场的具体建设提供思路，见图1。

2 整车虚拟试验

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。将以上功能模块按照图1进行能力化分解，总结出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。

2.1 虚拟样车

要先进行整车虚拟试验场实验，最重要的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。

白车身模型较为复杂，难以在Adams软件中生成及网格化，因此必须使用Hypermesh软件进行网格划分，生成白车身模型[7]，见图2所示。

2.2 虚拟路面

想要对虚拟样车进行综合性试验需要试验道路比较全面，应该包括强化试验道路、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[10]，见图3。

2.3 虚拟场景

虚拟场景建设需以下元素构成：道路、天空、汽车、草地、树木等。对于近景应绘制较为精细且逼真，但是为了优化软件的实用性，远景描述应该比较粗劣。对场景中树木、草地、标志等进行绘制，将道路与场景通过一定形式将其整合成符合要求的场景，见图4。

3 整车试验应用

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。输入动力参数，按照规定的试验工况行驶进行虚拟样车综合性试验，见图5。

在Adams软件中获取底盘与车身连接硬点间的动载荷分布图，将各部件所受到的动载荷在有限元软件中进行加载，同时对其进行相应约束，进行整车零部件疲劳耐久分析，提供解决问题的有效思路，指导设计人员进行合理设计及布局，见图6。

4 总结

基于Adams软件进行整车虚拟实验，得到各零部件间连接处硬点的动载荷数据，将分析部件与其动载荷数据及约束导入ANSYS软件中进行强度及疲劳计算，可为汽车方案修改给与指导性意见，节约企业开发成本及时间。此法是建立整车虚拟实验目前最可靠的方法，可为下一步搭建整车虚拟实验场提供理论基础及指导意见。

参考文献：

[1]宗振奇.虚拟技术在汽车工业中的应用[J].沈阳大学学报，2005，17（6）：49-52.

[2]胡经国，刚宪约，张鲁邹，苏炳邻.VPG技术在汽车中的应用[J].農业装备与车辆工程，2006，7：32-35.

[3]刘洋，曾雅訫.基于Multigreen Creator的汽车试验场仿真技术在三（双）通道视景建模具有较大优势[J].科技视界，2013，20：41-42.

[4]杨国权，赵又群，郝鹏飞.车辆虚拟试验场的路面建模方法研究[J].系统仿真技术，2010，06（3）：183-186.

[5]王惠玉，芮斌，郑长国.基于ANSYS的车体、转向架动力参数分析.

[6]何艳则.基于多体动力学的轿车扭转梁悬架运动学及NVH特性下的参数匹配优化研究[D].合肥：合肥工业大学，2009.

[7]涂小林.基于虚拟试验场的白车身耐久性研究[D].湖南：湖南大学，2012.

[8]朱茂桃，严金霞，王国林，高翔.基于ADAMS的三维虚拟道路的再现[J].机械设计与制造，2010（6）：171-173.

[9]杨国权，赵又群，郝鹏飞.车辆虚拟试验场的路面建模方法研究[J].系统仿真技术，2010，06（3）：183-186.