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SimulationX 汽车工程应用 汽车虚拟数字化制造 汽车虚拟数字化制造 虚拟数字化
数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期，降低开发成本，提高产品设计和制造质量的重要途径. 随着虚拟产品开发，虚拟制造技术的逐渐成熟，多学科系统仿真是数字化虚拟样机的核心，关键技术. 在汽车设计，生产和制造过程中尤为重要.为了降低产品开发风险，在样车制造出之前，利用数字化样 机对车辆的性能进行计算机仿真，并优化其参数就显得十分必 要了.车辆的系统或各大子系统，基本上都是包含了机械，液 压，气动，电控，热等各个学科领域的内容.各大系统都是包 含了从控制器，动力传动，到执行机构的完整系统.因此迫切 需要能够涵盖上述领域的多学科领域复杂系统的建模和仿真工 具，以帮助实现整个车辆系统的仿真分析和优化. SimulationX 作为多学科领域复杂系统高级建模和仿真 主流平台，具有车辆工程所涉及的各个学科领域的基础模型 库：控制，机械，液压，气动，电，磁以及热.此外 还具有与车辆各大系统直接对应的专用模块库: 包括发动机系统，动力传动系统，悬架系统，转向系统，制动系统，及空气调节系统等.这些基础库加 上专用模型使得 SimulationX 成为了国际上新车开发时建模和仿真的标准平台. 汽车系统由发动机系统，动力传动系统，悬架系统，转向系统，制动系统和空调系统等几个主要部 分组成.SimulationX 软件的基础库和专用模型可以针对研究的目的分别实现各大系统各自的仿真, SimulationX 同时又可以灵活地把各大系统的模型直接连接起来，实现整车系统的仿真.
数字化整车模型的创建 数字化整车模型的创建
一，发动机 SimulationX 可以仿真和优化气门升程控制技术：进排气气门控制，驱动机构以及缸内压力的影 响，凸轮型线的优化，液压挺柱相对位移的分析，气门关闭时的制动设计，最大升程处的颤振，机械系 统以及和液压系统耦合作用引起的气门升程的差别研 究，压力波动的缓冲，驱动器性能的提高，新控制策 略的开发，效率的提高等.SimulationX 可以仿真和 SimulationX 优化燃油喷射系统 (低压和高压燃油喷射系统，非直 喷/直喷, 共轨, 泵喷嘴以及直列泵, 电磁, 压电, 电液阀以及机械驱动.SimulationX 可以仿真和优化 SimulationX 发动机排放系统：沿着排放管道的热管理，涡轮机进
涡轮增压器
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气流量的优化，管壁厚度和管道长度确定，岐管内热交换的减少等.
PIPE
同样 SimulationX 可以仿真和优化润滑
ENG N I E TH EE W Y V LVE H TR A A PU P M
系统：考虑或者不考虑热因素，管路中的气/ 液填充，摩擦的降低，工作零件的磨损以及
PIPE
O O C LLECTO TR
SEPAR TOR A
发热，元件性能的提高，不同支路流量的计
FAN PIPE HEAT EXCH NGER A Ol / W ter i a PIPE
算，回路中各处的压力，冷起动时气蚀的研
HEAT EXCH NGER A Air / W ter a
究等. 采用 SimulationX 开放的结构平台, 可以将在建立的发动机相关的各大子系统, 包括燃烧分析模型，进排气系统模型，冷却
系统模型，润滑系统模型，金属壳体散热模型, 活塞曲柄连杆等，连接成一个整体.
二，车辆转向系统 SimulationX 可以仿真和优化车辆转向系统，包括：全液压转向(HPS)，电液转向(EHPS), 电动转向(EPS)，钢索转向 (SBW)系统… 解决下述典型 问题：流量和压力的波动，泵流 量脉动的缩减，确定系统的尺 寸，供油管路中的噪声及振动, 管路损失，电子部分的动态特性 和性能，电动或者电液转向系统 新型控制策略的开发等.
转向阀
三，制动系统 SimulationX 可以仿真和优化制动系统，包括：助力器，主制动缸，制动卡钳,ABS, ASR, ESP, ABC, EHP, ABS 和 EPS 系统元部件分析, 钢索制动 系统，电液制动系统.解决下述典型问题：驱动器的时域响应, 压力元件的稳定性分析，液压回路中的噪声和振动，制动颤抖现 象等.
四，悬架系统 SimulationX 可以仿 真和优化悬架系统，包括: 被动，半主动和主动悬架, 机械，液压，气动，电子和磁流变悬 架，系统和元件的分析.解决下述典型问题：驱动器的时域响 应，压力元件的稳定性分析，液压和气动回路中的噪声和振动, 驾驶性和舒适性的优化，控制策略的离线测试，与实物模型连接
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的实时仿真等.
五,.动力传动系统分析 动力传动系统分析 离合器设计(干式, 湿式, 多片式以及多级弹簧缓冲器)，双质量飞轮以及离合器减震器, 手动 变速箱，自动变速箱，手动自动变速箱(AMT),CVT，及双离合器变速箱 DCT，整体传动效率分析，换 档舒适性，液压驱动器的设计和优化，控制系统的测试，混合动力车辆的动力传动，传动系的 NVH 分 析(吓吱噪声, 齿隙的反跳, 发动机不平衡)
M e a su re me n t M e a su re me n t O u tpu tS p ee d In p utS p e ed
M e as ure men t S h iftin g F o rc e
M ea su re me n t S h iftin gD isp la ce me n t
S ign a l1
Sig na l3
F o rc e1
O u tpu tsh a ft_ lo n g 1
R ig id E n d Sto p (line a r)1 F ixed G ea r III + F ixed G ea r VI + F ixed G ea r V
C o nta kt F o rk ! -II mS h iftin g R o d 1
5 4 3
mF o rk I-II
S ig n a l2
6 7
L o ckin g F o rce1
G F riction 1 e arb ox1
2 1
8
S yn ch ro H ub R e verse
P in ion (ou G ea r + B e ve lG e a r_ 1 tp u t) + S e co n d ary Gear + D iffe re n tia l1 P o in t 1 D iffe re ntial1
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F ixe d G e a r IV
S ec on d a ry P oint 2
Se co n d ary Po in t C
S yn ch ro H u b I-II
S e co n da ry L a st P arts
C h a n ge D ire ctio n 7 O u tp utsh a ft_s ho rt2 G e a r IV C a rd a n Sh a ft1 Id le r G e a r II C h a ng e D ire ctio n 6 S ync hro nize r V-VI C h a ng e D ire ctio n 5 G e a r III G e ar VI Gear V
S yn ch ro n ize r I-II
S yn ch ro n izer R e ve rse
B e lt D rive 3 P u lley , F lyw he e l1
C h a ng e D ire ctio n4 S yn ch ro n izer III-IV Id le r G e ar IV
C h a n ge D ire ctio n 3
Id le r G e ar I C h a ng e D ire ctio n1 P rima ry L a st P arts and R ev erse (in pu t) + Ine rtia to S yn ch rini
C ha n g e D ire ctio n 2
E n g in e1
B e lt D rive 2
Be lt D riv e1
Id le r Id le r G ea r III G e ar VI P rima ry P oint B
Id le r Gear V
G e a r II
汽车缓冲器G e ar I
P rima ry L a st P arts
S yn ch ro H u b III-IV
S yn ch ro H u b V-VI + F ixe d G e ar II + F ixe d G e ar I
D ra g ue T o rq u e 1
六，车辆空调系统 SimulationX 可以解决下述典型问题：确定系统零部件的尺寸，优化结构，开发测试控制方案，研 究空调系统对发动机热管理系统的影响，测试新制冷剂和新的材料性能，预测制冷系统中任何一处的状 态变量的瞬变过程(温度，压力，制冷剂流量和干度等). 七，轮胎与路面模型 SimulationX 提供了 4 种轮胎模型，它们是: HSRI 轮胎模型,Pacejka 轮胎模型,Rill 轮胎模 型，和 Wohnhaas 轮胎模型.解决下述典型问题：对操纵稳定性的研究，解算出系统的时域响应和频域响 应.对各种整车设计方案进行快速优化对比，并且可实现试验条件下不能进行的严酷工况分析.可通过 调整: 轮胎自由半径，轮胎垂直变形量为零时的垂直刚度，轮胎侧偏角为零时的侧倾刚度，轮胎外倾角 为零时的外倾刚度，纵向滑移刚度，轮胎滚动阻力矩系数，径向相对阻尼系数，静摩擦系数等设定用户 轮胎的特性. 八，车身系统简化模型 SimulationX可以仿真和优化车身模型: 车身模型的合理可行，车身的惯性参数(车身质量及其绕 质心三根轴的转动惯量)及车身与悬架的连接位置和方式的正确性. 九，整车性能分析
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只需要将上述车辆各大系统的模型直接连接起来，在 SimulationX 平台上就可以形成整车的"虚 拟数字样车"，进而实现各大系统之间耦合的动态性能分析.根据具体的仿真目的整车性能分析模型可 以是 1D 或 3D.
结束语
高品质的样车的研发设计，已从部件上升到系统级的仿真.尤其在整车设计和优化上. SimulationX 作为多学科领域复杂系统高级建模和仿真标准平台，具有车辆工程所涉及的各个学科领域 的基础模型库：控制，机械，液压，气动，电，磁, 热以及多体.此外还具有与车辆各大系统直接对 应的专用模型库：包括发动机库，整车传动性能分析库, 混合动力库等.利用 SimulationX 平台把分 散的零部件设计和分析技术揉合在一起，提供一个全面了解产品性能的方法，并通过仿真分析中的反馈 信息指导设计，建立了整车模型，使设计中的主要问题利用数字化样机技术在设计初期得以解决. 丰富的各类模型库, 强有力的求解器, 适用于系统工程设计的建模环境 SimulationX 软件成为 世界各国汽车整车系统仿真平台的领跑者，成功地应用于世界范围内众多知名汽车企业的研发机构和部 门，并得到了工程技术人员的高度评价.随着中国国产汽车企业加大自主研发力量，实现技术创新已经 成为了一种不可逆转的浪潮，在这股浪潮中,SimulationX 愿意为中国汽车企业实现自主研发，技术创 SimulationX 新，提升核心竞争力助一臂之力.欢迎您能加入我们汽车用户的行列:
大中华区总经理，高级工程师 黎文勇 博士 (大中华区总经理 高级工程师 大中华区总经理 高级工程师)
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