将路面引入室内的先进测试与仿真技术

2021-04-02 13:54:48·  来源:MTS系统公司  
 
MTS的远程参数控制(Remote Parameter Control, 简写为RPC)技术是进行整车、零部件道路模拟试验应用的核心方法之一,也是MTS系统公司数十年开展车辆耐久以及动力学性能测试应用经验的结晶。当时光的车轮来到2021年,MTS 系统公司全新一代的远程参数控制应用软件 RPC Connect即将发布,那么,远程参数控制技术如何成为业内的标准工具之一,过去的50年里这一技术经过了怎样的发展历程呢?

1960s

早在上个世纪60年代,在MTS系统公司正式成立之前,作为MTS系统公司前身的Research Inc公司MTD(Material Test Division)分部就成功交付了业内第一套四立柱道路模拟器。当时的工程师在轮辋上安装加速度计,通过磁带机来记录路面的颠簸,然后利用模拟计算机将加速度信号转化为作动缸位移信号,再通过电液伺服控制系统将其播放,这就是最早的道路模拟试验方式。

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MTS系统公司是最早开发整车道路模拟器的公司
(照片拍摄于1964年)

1970s

为了能够将实际路面试验尽量减少,在试验室内开展更多的试验应用,整车道路模拟试验系统就必须提供足够的试验精度和可重复性。1970年代中期,来自通用汽车公司的Paul Nawrocke和MTS系统公司的Dr. Richard Lund提出,如果能够让道路模拟器的作动器运动与地面颠簸起伏完全一致,那么道路模拟器就一定能够替代实际路面试验。但是轮辋与作动缸之间的轮胎耦合成为了影响试验精度的最大挑战。Paul Nawrocke和Richard Lund指出如果能够采用某种数学手段,获取轮胎耦合的传递函数,那就有办法将这种耦合作用从驱动文件中去除,就能够实现真正的道路模拟。于是,随着新型数字化计算机的应用,这种频率响应反函数修正的思想通过软件得以实现。MTS系统公司在1977年正式推出了远程参数控制(Remote Parameter Control, RPC)技术,这里所谓的远程,就是指像轮胎耦合道路模拟器这样,实际控制的参数(作动缸位移/加速度)有别于需要实现的信号(轮胎颠簸加速度)的情况。

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1977年MTS系统公司正式推出RPC试验应用技术

1980s

RPC工具一经推出就受到了业内道路模拟试验工程师们的重视和欢迎,因为RPC让工程师们能够在试验室内完成精确的道路模拟试验。1980年,MTS系统公司在底特律组织了第一次RPC用户大会,倾听用户对RPC技术的要求,总结试验经验。很快,根据用户的需求,MTS系统公司在RPC中增加了对应变、位移等信号的迭代建模能力,从而实现了对整车各个部分各种类型应用进行动态试验模拟。到了1980年代中期,MTS RPC技术逐渐成为了道路模拟试验的标准化工具,最终在1989年正式推出了具有划时代意义的RPC III应用软件。

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1980年代的轮胎耦合整车道路模拟试验系统

1990s

进入90年代,计算机技术发展异常迅猛,越来越多的汽车研发中心选择使用MTS的道路模拟器、多轴振动台、零部件试验系统等开展针对整车到零部件的耐久性评估试验,加载的自由度逐渐增加到六自由度,试验应用软件需要有更强大的多自由度解耦能力。于是,在1999年,MTS系统公司将正式推出RPC Pro测试与仿真工具集,提供了更强大的迭代能力和多自由度解耦能力,能够支持例如24通道的六自由度道路模拟试验系统的应用,成功地将测试路面引入到试验室,将试验室应用引向桌面系统。

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六自由度329型轴耦合道路模拟器

2000s

时光的车轮进入21世纪,世界各地市场的强大需求以及车辆的更新换代带动了全球汽车工业的迅猛发展。此时,越来越多的车辆研发机构和整车厂商面临着市场需求快速变化和研发生产迟迟跟不上进度的巨大挑战,而传统的车辆道路模拟试验可能占据了1/4左右的车辆研发周期。当试验人员完成试验、发现问题的时候,新研发车型几乎就要推向市场,此时做任何系统性的修改都非常痛苦而且面临巨大的时间和成本的挑战。那么,试验人员提出,能不能够采用某些技术手段,让研发团队可以尽早针对产品原型就开展类似的测试,而不需要等待原型车辆,从而加快研发进度?
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业内标准的MTS 329型轴耦合车辆道路模拟器
(图片来自Toyota Sports GmbH)

2010s

MTS系统公司利用混合仿真试验技术与RPC工具相结合,带来了革新的混合仿真响应迭代(HSRC)试验技术,例如,新的车型将采用全新的轮胎轮辋设计,在真实的轮胎和轮辋生产出来之前,将轮胎轮辋的虚拟有限元模型与MTS329型整车道路模拟器组合起来,就好比车辆利用虚拟轮胎运行在验证路面之上,这个时候车辆和路谱数据都是真实有效经过验证的部分,轮轴部分的运动和载荷与虚拟轮胎的运动和载荷相结合,共同作为整车试验的反馈。这样,车辆研发人员和试验人员就可以在原型车之前针对关键部件进行整车级别的仿真测试,所有工作都在试验室内完成,从而加快了产品的研发进度。
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混合仿真手段将物理试验与仿真分析软件结合起来

2020s

现在,MTS系统公司即将推出新一代的道路模拟测试与仿真工具 - RPC Connect。RPC Connect测试与仿真工具集继承了过去数十年各种车辆试验应用的专业经验,增强混合仿真以及虚拟试验能力,将更多的有限元分析工具、实时硬件在回路仿真系统结合起来开展车辆试验。从算法上,将针对车辆非线性环节的迭代应用进行强化,提高试验精度。同时,简化软件操作的流程,让软件使用起来更加直观、有效率,提高试验室的生产效率。

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RPC Connect测试与仿真工具的发展路线图

全新一代的RPC Connect测试与仿真工具集将于2021年4月份正式发布,如果需要了解更多的信息,请通过识别下面的二维码来跳转至RPC Connect的产品网站:

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关于MTS系统公司

MTS系统公司成立于1966年,是全球首屈一指的高性能力学试验系统、仿真系统与传感器供应商,而美特斯工业系统(中国)有限公司是MTS系统公司在中国地区的全资子公司,成立于2008年。MTS系统公司的产品被广泛应用于各行各业,用于提高产品品质,加快研发进度,包括材料力学性能测试、土木工程结构测试、航空航天以及汽车耐久性、性能测试与仿真等领域,其先进高性能传感器用于各种振动、压力、位置、声学和载荷测量。截至2020年10月3日,MTS系统公司全球共有3,000余名员工,2020财年的营销总额为8.28亿美元。

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