基于虚拟样车的设计与分析理论、方法、平台技术及其应用

1.技术原理及性能指标；根据多体系统动力学的原理，在国外的大型通用软件环境中建立独立的模块，即通过软件的二次开发进行有关理论的实现研究，课题内容主要由七个部分构成： （1）进行典型汽车底盘部件的几何建模 在该项目中，采用Unigraphics三维建模软件对SANTANA 2000/PASSAT B5等多辆汽车的车身及底盘主要构件，悬架、转向器、轮胎等，进行CAD建模，从儿何造型分析中获得部分惯性等动力学参数信息。 （2）多体系统模型输入参数库的建立整车动力学仿真的前提可以概括为：部件惯量信息、轮胎特性、悬架定位、阻尼特性和后桥弹性等参数。（3）建立几种汽车各系统的模板及仿真分析模型 利用以上两部分工作取得的成果，在多体动力学仿真软件：ADAMS/VIEW平台环境中建立了几种典型汽车的虚拟样车，按照功能不同：将整车分解成相对独立的前后悬架、轮胎、车身、转向、驱动和制动等子总成。（4）对多体系统虚拟样车模型认证 在所建立的环境中，对SANTANA 2000/PASSAT B5制动性能、操纵稳定性和平顺性能评价指标的试验、仿真对比验证，构成了虚拟样车的模型认证环节。 （5）SANTANA2000/AG4/LPG性能对比 在汽车多体系统动力学理论分析的基础上，应用经认证的SANTANA2000虚拟样车对AG4、LPG改型进行了各种试验工况的仿真，从中归纳出两款改型与同原型的动力学性能差异，并提出针对性的改进方案。（6）进行轮胎磨损和偏磨损机理的研究：该项目应用多体系统动力学仿真、数值计算及有非线性的限元分析手段在轮胎（偏）磨损机理、悬架运动学、后复合式悬架扭转、弯曲刚度、变形以及它们同整个动力学性能之间的关系研究方面做了大量的工作。 （7）整车仿真用户化模块的建立以SANTANA2000/AG4/LPG，PASSAT B5等汽车为载体，对所建立的虚拟样车建立与分析的平台进行验证。（8）进行汽车结构修改措施的研究针对汽车存在的问题提出结构修改的措施与方案。各个车辆仿真用户化模块是该项目的最终体现，在整车仿真领域积累的工作经验从中得到了体现。在模块的实现过程中，人量使用了AVIEW宏命令利用户化界面开发技术，充分考虑了使用者的习惯，简化了以往复杂的操作。2.技术的创造性与先进性；该课题根据多体系统动力学的原理与方法，建立考虑关键件结构弹性的虚拟样车及其分析的平台，进行大规模的数字仿真，可进行虚拟试验，实现虚拟试验场（Virtual Proving Ground，VPG）的功能，提供了汽车开发的工具与平台，为现有产品的性能的改进及新产品的开发奠定了基础。此外，通过大规模的非线性有限元分析进行轮胎磨损和偏磨损分析及轮胎和整车匹配的分析与评价。3.技术的成熟程度；有关的实现是通过对国外大型通用软件环境中，通过对其进行二次开发得到的，因此起点高、可靠性高、适用范围广，而且便于与其它软件的连接。该项目建立的虚拟样车平台通过与各种试验对比，验证其上述优点，并在产品开发与实验及性能改进中得到了应用。计算机辅助分析（CAE）技术给汽车等工业企业产品研发带来了巨大的经济效益，它已将“基于物理样机试验的传统设计方法”带入基于“虚拟样机仿真的现代设计方法”。大幅缩短产品开发周期，降低成本，提高企业竞争力。 现代设计方法表明，产品设计虽然只占产品整个成本的5%，但它却影响产品整个成本的70%。潜在的问题越早地得到解决，设计的成本与周期的降低效果越明显。因此，CAE分析应该提前到概念设计阶段，在零部件设计阶段就应该进行CAE分析。鉴于国外，以美国FORD汽车公司为代表的诸多世界先进汽车企业在CAE技术，特别是整车多体系统动力学仿真方面取得的长足进步，已经给企业带来了显著的经济与社会效益，国内汽车界也深感这方面的前景及巨大效力。由上海汽车工业总公司和上海大众汽车有限公司及霍英东教育基金会等的共同资助下，由同济大学联合上海大众、上海通用等知名大企业，开展了基于虚拟样机的设计与分析理论、方法、平台技术及其在汽车研发中的应用究，取得了显著的成果，并取得了巨大的经济与社会效益。
同济大学
吴光强;高秋金;李文辉;鞠丽娟;梁骏;董华林;魏宏