汽车工程中的智能化测试：硬件在环（HiL）与Adams车辆动力学模型的应用实践

引言

在资源受限的工程环境中，汽车制造业内普遍面临着满足市场需求与优化开发时间成本的双重压力。福特汽车公司在追求为客户提供操控性与舒适性均达世界顶级标准的车辆时，更是深感在变速箱换挡策略的优化上，打造一台优质车辆的权重。然而，传统的基于物理样机的变速箱标定流程耗时且成本高昂，需要通过大量的物理测试来验证其性能。面对这一挑战，福特汽车公司积极探索更为高效的测试方法，与MSC软件公司及其咨询团队紧密合作，引入了硬件在环（HiL）测试流程，实现了对物理组件与Adams车辆动力学模型的结合，从而在保持高精度的同时，快速准确地评估多个车辆平台的换挡性能。

HiL测试流程的集成与优化

在这一背景之下，Ford与MSC公司的合作紧密围绕Adams车辆动力学模型的实时应用。Adams作为Ford车辆模型化的长期伙伴，其Real Time（RT）发布为Ford提供了一个利用现有知识库进行车辆测试与标定的宝贵机会。在与Ford团队的共同努力下，通过在一个集成的HIL测试环境中实现了物理组件与Adams实时模型的结合，成功评估了多个车辆平台的换挡品质。此流程的具体实施包含三个关键步骤：




1. 实时模型的创建：自Ford内部的全真Adams车辆模型出发，创造出能够满足实时平台与硬件需求的Adams实时模型。这一过程涉及模型的转化与优化，确保其适应实时环境的要求。

2. 模型的集成与调理：为实现与测试台的集成，需要在现有工作的基础上进行I/O通道的构建、RT解算器设置的调整以及生成与FMI协同仿真标准相符合的FMU（功能模型单元）。

3. 与HIL平台的集成与验证：通过将FMU移植至HIL平台上并对其进行校准，以测试层级验证模型的性能。整个过程中，实现了一个灵活性高、可观测性强的测试流程，为Ford在保持模型开发成本较低的同时，进行实验与测试提供了可能。

智能降阶与物理混搭

面对先前基于梁的板簧模型复杂度，团队巧妙地通过引入具有等效性能的五杆模型进行替代。这一策略不仅简化了模型分析，还通过控制系统动力学模型的关键参数，实现了对模型性能的精准设定。五杆模型通过进行悬架系统仿真，识别出弹簧特性目标值。配合决策实验（DOE）对模型的节点与衬套进行微调，使模型能捕捉到五杆模型中的主频率、静态预载、垂直速率与缠绕速率等特性。此外，模型保留了150个自由度，原始模型的拓扑结构与参数得以完整继承，确保模型能更准确地反映系统响应中的高频特性与性能的快速探索。

实际效益与未来展望

通过多年的实践与验证，此HiL测试流程显著减少了物理样机的需求，且在减少样机的情况下实现了更高效率与更全面的测试程序。实际结果验证了Adams模型的预测准确性，图1与图2的数据对比展示了车速与驾驶感受的优质一致性，证明了此方法对优化变速箱换挡策略的可行性和有效性。此外，后续的实施计划将进一步打造功能模型单元（FMU）公开模型参数的平台，并吸纳运行时间的快速调整与优化，使得Ford工程师无需打断原始Adams模型即可实现参数化计算与精细化调优。