基于動態(tài)駕駛模擬器的底盤虛擬調(diào)校主觀評價體系

摘 要：隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，企業(yè)在競爭中對產(chǎn)品快速迭代的需求劇增，虛擬開發(fā)驗證占比會越來越高，也是OEM降本增效的必要途徑。底盤性能開發(fā)是汽車研發(fā)中的重要一環(huán)，而動態(tài)駕駛模擬器是當(dāng)前汽車虛擬開發(fā)的一個新型工具，將其融入底盤調(diào)校的流程中，可以大大縮短調(diào)校周期，減少實物驗證的成本，同時降低實車評價安全風(fēng)險。然而，行業(yè)上適用于底盤虛擬調(diào)校的主觀評價體系是比較空白的狀態(tài)。文章通過分析底盤實車以及虛擬調(diào)校的異同點，基于實車底盤調(diào)校主觀評價體系，制定針對動態(tài)駕駛模擬器的虛擬調(diào)校主觀評價體系，并基于模擬器對兩個典型工況進(jìn)行評價體系的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：底盤虛擬調(diào)校 主觀評價體系 動態(tài)駕駛模擬器

1 緒論

隨著生活水平的日益提高，人們對于汽車的要求不再只是一個簡單的代步工具，汽車行業(yè)正朝著智能化、電動化、集成化飛速發(fā)展，這是前所未有的機(jī)遇，也是巨大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這飛速變革和激烈的市場競爭，各大汽車商需要在更短的時間內(nèi)研發(fā)出配置更豐富、功能更優(yōu)異的產(chǎn)品，對于產(chǎn)品迭代更新的速度要求大大提高。在這樣的背景下，高效的虛擬開發(fā)應(yīng)用日益廣泛，特別是基于駕駛模擬器的性能開發(fā)與驗證，在汽車研發(fā)中占據(jù)著越來越重要的位置。

底盤虛擬調(diào)校是動態(tài)駕駛模擬器的一個重要功能之一。傳統(tǒng)的底盤調(diào)校需要制造樣車，制作調(diào)校零部件，更改方案實車換件等，費時費力且較難保證一致性。而基于駕駛模擬器的虛擬調(diào)校可以大大地提高效率，降低企業(yè)成本，得到了各大主機(jī)廠的廣泛關(guān)注[1]。然而，模擬器與實車還是在某些點上存在差異，傳統(tǒng)的底盤調(diào)校主觀評價體系不能完全適用于虛擬調(diào)校，所以制定一套底盤虛擬調(diào)校的主觀評價體系是十分必要的。

2 底盤虛擬調(diào)校概述

2.1 動態(tài)駕駛模擬器簡介

駕駛員是最終用戶，所以將駕駛員貫穿于整個車型開發(fā)測試中是極其重要的一環(huán)，動態(tài)駕駛模擬器就是實現(xiàn)這一功能的載體。

20世紀(jì)70年代開始，德國就已經(jīng)開始了駕駛模擬器的研究與探索[2]，經(jīng)過多年的更新與迭代，目前駕駛模擬器技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并廣泛地應(yīng)用于車輛自動駕駛測試、控制策略開發(fā)、安全性能評估、駕駛體驗優(yōu)化、賽道場景模擬等各種領(lǐng)域[3]。

CAERI擁有的Delta series S3模擬器是六自由度的大型動態(tài)模擬器。擁有真實的駕駛艙，包含座椅、儀表盤、操縱機(jī)構(gòu)、主動安全帶、主動座椅等。可以為駕駛員提供各種操縱機(jī)構(gòu)及力感反饋、體感、儀表顯示、聲響等模擬駕駛環(huán)境；采集駕駛員操縱信息輸入給實時仿真計算機(jī)。具備靈活的人機(jī)交互界面，能夠支持各種自動駕駛車型的人機(jī)界面定制。模擬器的主要性能參數(shù)如下表1。

2.2 虛擬調(diào)校內(nèi)容及流程

所謂的底盤虛擬調(diào)校，指的是駕駛模擬器提供與車輛動力學(xué)模型輸出車輛姿態(tài)一致的視景反饋，視景與駕駛模擬器運(yùn)動平臺協(xié)調(diào)工作，能提供給駕駛員準(zhǔn)確的車輛俯仰角、側(cè)傾角、質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度以及垂向運(yùn)動感受[4]，其視景反饋能夠使駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向、制動、操控穩(wěn)定性和平順性等底盤性能的主觀評估。

目前針對智能底盤系統(tǒng)，虛擬調(diào)校主要圍繞以下幾個方面進(jìn)行。

1）底盤操縱穩(wěn)定性及舒適性

2）轉(zhuǎn)向性能及EPS標(biāo)定

3）空簧及CDC控制策略標(biāo)定

4）制動系統(tǒng)ABS標(biāo)定

5）車身控制策略ESC標(biāo)定

6）輪胎選型及虛擬送樣。

其中，為了取代傳統(tǒng)底盤調(diào)校的騾車階段，主要關(guān)注操縱穩(wěn)定性、舒適性以及轉(zhuǎn)向性能[5]。

底盤虛擬調(diào)校基于動態(tài)駕駛模擬器進(jìn)行，需要高精度動力學(xué)模型、高保真的模擬器反饋、準(zhǔn)確的主觀評價映射等共同保障。主要流程如下。

3 虛擬調(diào)校評價體系的建立

3.1 虛擬及實車調(diào)校評價體系差異

底盤調(diào)校是汽車行駛性能開發(fā)中極其重要的一環(huán)，無論是實車還是虛擬調(diào)校都是為了讓車輛根據(jù)產(chǎn)品的定位，獲得更好的操控性、舒適性以及轉(zhuǎn)向性能等，擁有更好的駕乘體驗。

然而，不同于實車調(diào)校的是，基于動態(tài)駕駛模擬器的虛擬調(diào)校，需要在模擬器有限的運(yùn)動空間中，通過一套cueing的算法，與實時動力學(xué)模型進(jìn)行交互，去模擬車輛在各種輸入下的響應(yīng)及體感反饋，在每一次完成輸入響應(yīng)后，運(yùn)動平臺需要回到中間位置以便響應(yīng)下一次輸入，再加上動力學(xué)模型以及輪胎模型的影響，是有一定的局限性的，所以虛擬調(diào)校目前主要用于取代騾車階段的調(diào)校。其與實車調(diào)校的差異，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）不能模擬持續(xù)的加速、減速、轉(zhuǎn)向工況，所以對于穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)這種穩(wěn)態(tài)工況的反饋，更多是靠主動座椅、主動安全帶以及視聽系統(tǒng)提供輔助的反饋。

2）對于高頻的次級振動以及路感的反饋，有一定的失真。

3）轉(zhuǎn)向、動力系統(tǒng)及制動系統(tǒng)等，如沒有控制系統(tǒng)的介入，會與實車感受存在一定的差異。

4）不太能反饋出由于車輛其他系統(tǒng)耦合共同造成的一些問題，如余振等。

3.2 虛擬調(diào)校評價體系內(nèi)容

結(jié)合上文中介紹的基于動態(tài)駕駛模擬器底盤虛擬調(diào)校特點，可以基于已有的實車底盤調(diào)校主觀評價體系[6-7]，進(jìn)行一定的適應(yīng)性修改，得到適用于駕駛模擬器的虛擬調(diào)校主觀評價體系。評分體系可以借用實車調(diào)校的10分制，評價體系內(nèi)容如表2所示。

3.3 虛擬調(diào)校評價體系簡單應(yīng)用

現(xiàn)對上文擬定的虛擬調(diào)校主觀評價體系如何應(yīng)用進(jìn)行一個簡單的示例：選取某SUV車型，將已有的高精度動力學(xué)模型通過實時機(jī)集成于動態(tài)駕駛模擬器上進(jìn)行主觀評價。更換前后彈簧剛度，分別對單項沖擊（過減速帶）以及（瞬態(tài)響應(yīng)）角階躍轉(zhuǎn)向兩個典型的工況進(jìn)行評價，評估不同彈簧剛度帶來的差異。

部分主觀評價結(jié)論：彈簧剛度×1.2倍后，過減速帶沖擊能量感略微增強(qiáng)，頂升感更加明顯；角階躍工況時側(cè)傾支撐明顯變好，側(cè)傾速率變慢，車體響應(yīng)速度略微提升，信心感增強(qiáng)。

對比實時輸出的客觀數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)過減速帶時，彈簧剛度增大1.2倍后，Z向的沖擊加速度由0.268g增加到0.302g；角階躍的側(cè)傾角速度由6.53°/s減小到5.73°/s，與主觀評價的結(jié)論保持一致。

4 結(jié)語

文章對底盤虛擬調(diào)校進(jìn)行了簡單介紹，并分析了虛擬底盤調(diào)校與實車調(diào)校存在的一些差異，在實車底盤調(diào)校主觀評價體系基礎(chǔ)上進(jìn)行針對性的修改，得到了底盤虛擬調(diào)校主觀評價體系。然后基于我司自有的六自由度動態(tài)駕駛模擬器，選取兩個典型工況，對評價體系進(jìn)行了簡單的應(yīng)用，得到了較為一致的主客觀結(jié)論，為后續(xù)的底盤虛擬調(diào)校工作開展提供一定的指導(dǎo)與幫助。

參考文獻(xiàn)：

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[4]金艷秋.基于駕駛模擬器實驗的車輛動態(tài)參數(shù)分析平臺研究[C]//中共沈陽市委，沈陽市人民政府，中國農(nóng)學(xué)會，第十三屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（理工農(nóng)醫(yī)）.沈陽：遼寧省交通高等專科學(xué)校，2016.

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