爱丽舍7164型轿车后悬架设计外文翻译资料

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Optimization of Vehicle Handling Performance Using a Full Vehicle Model with Multi-BodySystem (MBS) Suspensions in Multiple RealTime Applying the DoE Method

ABSTRACT: The application of a full vehicle model with MBS (gt;100 DOF) in real time has now become reality. This makes it possible to efficiently evaluate vehicle handling performance in the whole vehicle. An array of chassis design parameters (e.g. geometries, kinematics, hard points) can be evaluated in combination with systems (e.g. air suspensions, steering, powertrain). New applications are possible, such as the MIL, SIL and HIL tool chain, to validate the interactions with controllers and their variants. Tools and methods (e.g. automation, analysis) can be added. Best combinations can be achieved by using DoE methods transferred from powertrain ECU calibration.

KEY WORDS:Vehicle Dynamics, suspension system, chassis/control, multi-body dynamics multi-body system (MBS)suspensions, real time, Design-of-Experiment [B1]

1. 介绍

现代的车辆拥有很多零件、系统和子系统，它们是有内在联系的。这些零件、系统的复杂性和集成度都有了巨大的提升。高新精尖技术，例如电气化和混动动力系统，先进驾驶辅助系统(ADAS)和分散式控制系统都是汽车的一部分，并且被辅以多媒体系统用以交流和娱乐。这些都造成了对系统的提升和验证的复杂度，而正确的决定，尤其是那些不可避免的设计与性能要求冲突上的取舍，应在开发过程中尽早下决定以避免费时费力的设计失误。

不止有可能的技术性变化，消费者的需求也要被纳入考虑之中。一辆车可能以普通模式或运动模式来驾驶，它可能行驶在乡村道路或者高速公路，这些都会引出不同的需求。同时，驾驶者也需要感受到车辆厂商的特定的个性或特征。评定车辆操纵性能的其中一项性能是转向。包含了舒适性和稳定性。为了测试众多系

统的交互情况，对强力虚拟化工具的使用是很关键的，如开放式集成和测试平台CarMaker,可以节省大量的时间和开销。此外，一种全新的方法已经被开发出来，用于实时模拟分析多体系统(MBS)悬架。到目前为止，多体系统悬架和实时分析是两个完全独立的领域。他们联手之后，实时模拟完整的，附有拥有多于100个自由度的细致的悬架的整车模型将会成为可能。

1. 动机:早起验证

驾驶乐趣是一件非常主管和复杂的事。既然主机厂已经确定了他们独特的品牌DNA，车辆达到预期的运动性、舒适性和操控性就非常重要了。

1.转向 2.转向控制 3.悬架 4.ESC 5.其他

带有操作目录和评价标准的虚拟试驾

虚拟车辆

图1 整车的虚拟总成

所以，虚拟试驾被用于设计的全过程和模型，而且，实际的零件例如转向、ESP或者扭矩适量控制可以在一个非常早的阶段在虚拟车辆上做到互相协调，而且可以进行实时模拟或者快速模拟。互动的现象，例如ESP在一个新的车轴参数下会如何运作可以在虚拟试驾中被验证。

不止技术上的可能性，产品多样性也可以极大地增加，以适应全球不同地区的市场需求。在技术多样性这方面，除了传统上的定义，如不同的引擎，自动或手动变速器，消费者今天可以选择二驱、四驱，传统动力或混合动力，甚至不同的底盘、悬架搭配。因为对性能的测试、验证的效率是很重要的，设计和改进工程师们以超早期验证在全球的竞赛中取得先机。若虚拟试驾在设计中的每一步都被运用，车辆动态性能评估会变得更有效率（图2）。

虚拟车辆整合

虚拟系统整合

对全球车辆目标的评估

图2 研发过程中的验证

在验证与多控制器或者它的同类们时，会用到完全整合的模型、软件和硬件工具链。全部已存在，久经考验的工具、方法，例如自动化，分析和测试台通信，可以被整合到这个过程里。用这些方法可以充分发展新发明的潜力。

1. 转向感受:主观和客观的评估标准

转向感受，特别是“好的转向感受”，对给消费者一个主观上很高的驾驶乐趣的同时，对客观上的安全驾驶也很重要。在车辆的动态特性中，回正方向盘的操控行为，也指“拉amp;甩尾”效应，是决定转向感受和安全性的关键因素。在高速上保持直线行驶的例子可以很好地诠释这个效应(图3)。

偏移

居正

当驾驶者全神贯注驾驶（手放在方向盘上，眼睛盯着路面），车辆会很容易且精准的沿轨迹线行驶，即保持在车道上。但是，当驾驶者分神了，他对车辆的控制就恶化了。在车辆动态特性来说，驾驶者给予的转向力矩切换到0，车辆或多或少地更依靠它特定的动态特性，开始或左或右地偏移。当转向力矩为0时车辆偏移理想轨迹的多少是个客观的安全性评定标准。相对的，所谓的中间转向，也指保持直线的驾驶行为，被定义为驾驶者为了保持直线行驶，物理上需要使出的力，这也是一个主管舒适性标准。

明显的，需要的力越小，驾驶者主观上的安全感和舒适感越高，反之亦然。主观上保持直线行驶的行为可以客观上被测量，例如车辆在驾驶者转向力为0时的偏航率响应（图4）。

车辆偏离轨道-安全性标准

放松方向盘时直行-舒适性标准

方向盘输入角度5°行驶性模拟测试

图4 客观评价标准

车辆动态特性要求几乎完全基于驾驶方式和相应的评价标准，包括现实中和虚拟试驾中。在虚拟和设计空间中，对舒适（拉）和安全性（偏移）的相应数值的评估时，使用了一个改良的ISO制定的维持中线行驶测试，输入一个很小的转角5°，基本相当于直线行驶。图4展示的这个虚拟试驾的结果（HIL模拟）和现实中的情况高度相似。

1. 多体系统悬架的多种实时运算

设计的不同对驾驶行为的影响是存在的。在这层关系上，悬架参数是关键。改变设定会影响到零件、系统的相互作用，最终改变了车辆的性能。有很多参数可以影响到车辆的行为（如图5），这些参数必须被确定，试验，验证和优化。以不同方式来应付极度复杂、大量的验证工作是强力模拟、虚拟工具发展的动力。

悬架参数

硬点

衬套

拖距

外倾角

轮胎参数

侧倾角刚度

自对准扭矩

转向参数

转向类型

摩擦

方向盘转角

主销偏移距

扭杆刚度

ESP/ECU参数

摩擦控制器

超车

切出

扭矩分配

上文提到过，多体系统悬架和实时模拟是完全互不相干的两个领域。一方面，MBS技术对悬架分析是种艺术。但它们对全球带有整合系统的车辆的评估来说不适用，尤其是实时应用，例如控制器开发和XIL方法。这种情况下，现实中的零件需要整合到虚拟车辆上，因为虚拟远慢于现实时间（约1000倍）。另一方面，现时的实时悬架模型经常不够细致，以反映动态底盘特性，因为它们都是基于静态图。另外的，用户是不能自定义设定参数，例如硬点或衬套，这些东西对增加对系统互动情况的认识是必须的。

MBS的两个领域（图6）可以被看做两个部分，分成两半。左半边（细致的多体系统悬架模型，没有实时应用能力）处理的是像压力、疲劳、噪声振动和啸叫（NVH）、乘坐舒适性、运动学的·协调性和操控性。右半边（多体系统悬架模型，带有地图，具备实时运用能力）就是用于处理操控性、综合控制、虚拟（多领域）整合和全球车辆的功能。

操控性

整合控制

ADAS

虚拟整合（多领域）

全球车辆的功能

压力疲劳

NVH

乘坐舒适性

运动学协调性

操控性

图6 MBS工具的领域

MBS悬架模型在CarMaker中的新发展更多地拓宽了左半边的应用。它加强了MIL,SIL,HIL和驾驶模拟的应用，在这些领域实时运算能力是很关键的而左半边能力的加强会使这些应用收益。

IPG Automotive已经开始发布一款新的车轴设计界面，用于外部的悬架模型，也用于他们自己的内部悬架模型。最新的进展是基于地图的悬架模型和细致的多提悬架模型的结合，兼有两者的功能。通常的当依赖于绘图一类的方法时，模拟比现实快40倍是可能的。为了保持这种优势，这种新的建模方法带有两种模拟模式。

• 1. 静态和动态MBS

静态模式是基于一个长的预处理阶段（毫秒到数秒之间），在此同时查表系统会在后台自动生成。一旦地图可用，整个功能就可以实现，就算用户还处于悬架设计阶段，改进参数或者衬套。Kamp;C特性会在CarMaker模拟的早期阶段被计算出来。在静态模式，一个比现实快很多的元素是可以存在的。

动态模式模拟了悬架的全部零件（连接件断电运动、加速和受力），而且会反馈轮心所受的合力、扭矩。在基准测试机上(标准单处理器PC，处理器为i7 3 GHz),一个麦佛逊前悬架和四连杆后悬架仍然可以运行的比现实快1.8倍。细节的程度体现在自由度上:每轴超过40个（如图7）和全车110个。

使用了一个大于0.15毫秒的固定工步。输入到MBS悬架模型的数据是典型数据如硬点，质量，惯性，衬套，刚度/阻尼，这些数据被用于像ADAMS或SIMPACK等工具。拥有所有动态悬架效果的另一个好处是此模型也能计算一些典型的悬架参数：运动学特性和平顺性，侧倾中心高度，后倾角，主销偏移距和副簧。

• 1. 开发工作

MBS车轴模型是用MESE VERDE（机械，卫星，车辆和机器人方程式），这工具是被 Kaelsruhe大学的Jens Wittenburg和Udo Wolz教授开发的。主要的好处是这种构型反映了所有非线性效果，而且它能够自动生成不同的运动方程。一个数字和符号的动态分配结构，还有智能替换最小的微分方程，显著减少了矩阵运算的工作量。另一个主要的优势是C语言输出。添加基于服务的多线程软件后的CarMaker在进行MESA VERDE建模时可以很好地挑战实时运算的任务，真正成为开发的“引擎”。

1. 运用实时MBS的过程

对实时多体系统悬架的运用让对整合悬架与控制系统的互动的广泛参数研究成为可能。这是很大的优势因为工程师们实在需要运算越来越多的数据去发现可能的参数/设计空间。

可能的运用场景有很多，在此列出五个：

1. 对整合悬架操控性和舒适性（带有MIL）的综合参数研究
2. 悬架相互作用的设计，转向系统和转向器的转向感受和舒适性（带有MIL/SIL/HIL）
3. 作为底盘功能的ESP（带有SIL/HIL）的鲁棒性
4. 悬架和控制器（带MIL/HIL）的互相作用
5. 用于研究瞬态行为的驾驶模拟器（带有HIL）

5.1传统vs.改进的工作流程

当对底盘设计这个话题进行全面的观察，包括悬架设计，转向系统和转向器还有它们的相互作用，很明显它们中任何一个的优化都不止于一个子系统。运用实时多提系统悬架，可以进行跨系统的优化功能接口的使用都很大的简单化了。

改变悬架设定参数

传统工作流程

查阅表

操作和标准

任务完成？

图8. 传统工作流程

在对比传统工作流程时优势甚至更明显。在传统方法中（图8），一个新的查找表需要被建立和传送到虚拟环境中，以对应悬架设计参数的每一个改变。这样，设计过程就会变的很长。

比起这中方式，改进的工作流程（图9）让适应（甚至是微小的）改变的可能大大提高。参数的改变可以直接实时在虚拟工具中完成，也可以被自动完成。对于ESP鲁棒性，不同地盘的参

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