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基于CarMaker的虚拟样车开发

2020-07-07 14:26:14·  来源：IPG中国  
　
目前随着汽车技术的发展，在汽车开发中我们会面临各种各样的挑战，其中样车的开发就是整个开发周期中非常重要的一步。据统计，真实样车使用周期只占整个汽车开发
目前随着汽车技术的发展，在汽车开发中我们会面临各种各样的挑战，其中样车的开发就是整个开发周期中非常重要的一步。据统计，真实样车使用周期只占整个汽车开发周期的40%，并且只有少于10%的工程师才有机会参与到样车新系统的评估中。为了改善这种困境，使用CarMaker虚拟测试驾驶平台所开发的虚拟样车，可以使每一位工程师都有机会参与到虚拟样车新系统的评估中, 实现从项目立项到整车SOP整个开发周期的100%覆盖。
 
基于CarMaker软件所创建的虚拟样车可以应用于ADAS & Automated Driving，Powertrain以及Vehicle Dynamics等不同领域。在每一种领域所实现的功能也是不同的，比如说在ADAS & Automated Driving领域的应用中，可以通过虚拟样车实现控制策略的开发；传感器数据融合、目标聚类、环境建模的开发；软件功能和性能测试；软件集成测试；HPC(高性能集群计算)百万公里级的回归测试；基于CarMaker仿真的Homologation。在Powertrain领域中，可以通过虚拟样车实现能量效率、排放和性能测试；驾驶排放优化；动力系统概念设计、控制逻辑分析和测试；ECU标定；能量管理预测等功能。而在车辆动力学领域中，主要是可以通过虚拟样车进行底盘架构的设计；操纵稳定性性能研究；圈速优化性能研究；平顺性分析；虚拟竞品分析以及基于CarMaker仿真的ESC Homologation。
 
那么怎样在CarMaker中创建有效的虚拟样车呢？在这里我们划分为三个主要步骤。
Step 1 数据采集
Step 2 车辆模型参数化
Step 3 虚拟样车验证
数据采集
第一步的数据采集是至关重要的一个环节，最终虚拟样车的性能与所采集的数据量息息相关。在进行数据采集之前，需要与客户对需求进行细致的沟通。“Purpose Driven Fidelity”-目的驱动模型保真度是我们在虚拟样车开发中遵循的非常重要的原则，并非所有子系统模型参数化的精度越高越好，精度高虽然能更好的反应出真实世界中车辆的行为，但是这会对硬件有很高的要求并且会严重的影响仿真速度甚至出现非实时现象。而最终的虚拟样车则会是复杂模型和简单模型的结合体，在仿真精度和仿真性能之间寻找到平衡点。所以在需求沟通中就要明确用户的应用领域和整车部件类型。依据结果制定出适合用户的最佳方案并提供给客户参数列表。
 
[不同用例所推荐的模型保真度等级]
对于数据来说主要有两种数据来源，一种是设计数据，另一种是测量数据。对于OEM来说则可以提供出很多的设计数据。而对于Tier1来说则经常需要依靠测量数据来进行虚拟样车开发，需要对整车基本参数以及部件基本特性进行测试并运用不同的工具（Vector/ABD robot）记录数据，从而获取K&C曲线，整车质量、尺寸和惯量数据，轮胎数据以及车辆动力学相关数据等。在实际的项目中两种数据往往都会在虚拟样车开发中有所体现。
 
车辆模型参数化
模型参数化是一步非常重要的执行过程，需要基于前期所得到的数据，参数化不同的部件以组成完整的虚拟样车。这其中的数据有些可以直接填入CarMaker GUI界面中，有些则需要转化为CarMaker可读的数据格式才可以使用，比如说轮胎数据、K&C曲线数据、多体悬架数据等。除此之外CarMaker还提供了很多的接口工具（Data Converter）用于转换第三方软件中的数据，进一步完善车辆模型参数化的方式。
 
虚拟样车验证
验证主要是为了与参考数据进行对比评估数据一致性。这个参考数据可以是实车数据也可以是行业认可软件所测得的数据。在虚拟样车验证中，主要会通过”Static Validation”和”Dynamic Validation”两个阶段进行模型的验证。
 
其中”Static Validation”主要是评估空气动力学中阻力系数、气流角和风力之间的相互关系；评估动力系统中发动机扭矩、发动机转速和油门位置之间的相互关系；评估制动系统中制动踏板开度、轮边扭矩的关系并体现每个轮缸建压、保压、释压的过程；评估轮胎系统中纵向滑移率与轮胎纵向力的关系，侧偏角与轮胎侧向力的关系，侧偏角与回正力矩的关系；评估悬架系统中两侧车轮沿Z轴方向的位移变化与X/Y/Z三个方向的位移旋转6自由度的变化之间的关系；评估整车的质量、惯量以及部件静态位置等信息。
 
而”Dynamic Validation”则是需要通过驾驶虚拟样车在不同的场景中评估车辆的动力学响应。分别对纵向动力学和横向动力学进行验证，主要会涉及以下图表中所列的场景，其中包括了经验测试场景以及ISO标准测试场景。
 
[纵向和横向车辆动力学验证场景]
这些场景都需要在CarMaker中搭建出完整的TestRun，基于这些TestRun我们可以通过”TestManager”实现自动化测试得到虚拟样车的测试数据。还可以基于这些场景通过”Input From File”功能实现仿真数据与实车数据之间的对比，虚拟样车需要完全跟随真实车辆的转向、加速、换挡、制动等输入信息，确保两者的控车数据是一致的，推动模型的优化，最终达到虚拟样车开发目标。然后进行数据整理对比分析，生成交付报告。
 
 
[自动化测试以及数据对比报告]
以上内容则是基于CarMaker进行虚拟样车开发的整个流程基本介绍，关于更多使用CarMaker进行虚拟样车开发的细节，欢迎持续关注IPG中国公众号。
 
IPG公司简介
作为全球虚拟仿真测试技术的领导者，IPG为整车开发提供了完整的创新的仿真解决方案，能够实现软件和硬件的全开发流程中无缝切换，从概念设计验证到产品发布各个阶段的全覆盖。IPG的虚拟样车系统开发工具技术允许客户在完全虚拟的整车环境中进行全新的系统开发和测试。
CarMaker/TruckMaker软件作为面向乘用车/商用车市场的世界级仿真测试软件，其应用于整车概念开发阶段到零部件集成测试各个不同的开发阶段，提供了一个完整的整车仿真和测试环境。
CarMaker/TruckMaker可复用于MIL/SIL（模型在环/软件在环）以及HIL（硬件在环）/DIL（驾驶员在环）/VIL（车辆在环）不同测试阶段，帮助工程师节省时间和成本的投入。
 
 
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