案例分享 | 福特运用Adams Real Time减少物理样机

海克斯康设计与仿真 2021年8月2日浏览：2308 评论：4 收藏：4

作者：Tony Ge, 福特汽车公司；

Eric Pesheck, Paspuleti Rahul Naidu,

Michael Collingridge, Hemanth Kolera-Gokula, MSC软件公司

在资源受限的工程环境中，汽车行业一直面临着满足市场需求的压力。严格的开发时间表因物理样机预算的缩减而变得更加复杂。

福特汽车公司致力于为客户提供操控性和舒适性均世界一流的车辆，这是影响客户对车辆看法的关键因素。这些关键因素会受变速箱换挡策略的影响。

福特公司传统的变速箱标定方法包含对整车样机进行物理测试，并制定了大量的测试计划，既耗时又昂贵。通过与MSC软件公司及其咨询团队合作，福特开发了硬件在环测试流程，以减少物理样机的需求。

硬件在环测试 (HiL)

福特一直是Adams车辆动力学模型的长期用户。随着2017年Adams Real Time（RT）的发布，福特公司发现了一个机会，可以在开发周期中，进一步顺势利用现有的Adams知识库进行车辆测试和标定。

MSC和福特一起，在HIL测试环境中实现了物理组件和Adams实时模型的结合，以评估多个车辆平台的换档品质。对于每个测试设置，将发动机和变速箱物理样机与车辆的Adams虚拟模型连接。实施过程包括三个阶段：

用于实时分析的模型转换。

利用现有的Adams车辆模型，创建相应的能够满足实时平台/硬件要求的Adams实时模型。

模型设置。

模型准备好集成到测试台中，这项工作包括创建I / O通道、调整RT解算器设置和生成FMU，符合FMI协同仿真标准的模型表示方法。

与HIL测试台集成。

FMU随后被移植到HIL平台上，并在执行硬件调整之前对模型进行校准以测试数据。

由于实时Adams模型是从福特内部已经用于汽车开发的现有汽车模型中得出的，因此模型开发的开销很小。从现有的全保真Adams模型生成实时模型涉及多种模型降阶策略。

对于此用例，需要在实时模型中包含板簧。先前存在的基于梁的板簧模型对于实时分析而言过于复杂，因此将其替换为具有等效特性的五杆模型。在梁式板簧模型上进行了悬架子系统仿真，以获得弹簧特性的目标值。通过执行DOE来辅助模型调整，该DOE对模型的硬点和衬套进行微调，以捕获五杆模型中的正确特性，例如主频率、静态预载、垂直速率和缠绕速率。Adams实时模型具有150自由度，并保留了原始模型的拓扑和参数。例如，硬点、接头、弹簧、阻尼器和衬套等元素得以保留，并且可以进行修改。这样做的好处是模型可以捕获系统响应中的更高频率的特性，并且可以快速探索不同的配置。

然后将Adams实时模型作为功能模型单元（FMU）导出，并移植到HIL平台上执行计算。在将来的实施过程中，建模参数（例如，硬点、衬套特性等）将在FMU中公开，以便运行时可以调节参数。这将使福特工程师可以无需更改原始的Adams模型并导出新的FMU，即可更改参数和调整模型响应。

变速箱输出端的物理扭矩被测量出，并作为输入施加到Adams模型中。给定输入扭矩后，Adams模型会做出响应，并向测功机提供驱动轴速度响应，测功机再将速度强加到发动机和变速箱上。模型还提供了车辆换档时的纵向车辆加速度，可以将其与平顺性指标相关联。车辆动力学模型和硬件相结合来模拟车辆性能的能力，为福特提供了一个机会，可以在减少车辆样机的同时，产生了更高效且更全面的测试程序。

HIL实时预测得到车辆测试数据的验证，确认了车辆对已知输入扭矩的正确响应。图1显示了实际车速与模型车速的对比。图2显示了输出轴速度和纵向加速度响应。换档中间和换档期间的车辆响应显示出良好的一致性。在所有踏板位置上均一致，这表明Adams模型是可预测的。然后，标定工程师可以使用HIL设置来测量和调节变速器参数，以达到所需的性能。