面臨的挑戰(zhàn)：

為了支持下一代北約參考機動性模型（NG-NRMM）項目，對現(xiàn)有 CAE 機動性分析能力進行評估，使用了各種不同的?？怂箍诞a(chǎn)品組合對 FED-Alpha（一種燃料效率示范車輛）的機動性進行了評估和可視化（圖 1）。為支持這項工作，由 Eric Pesheck、Venkatesan Jeganathan、Tony Bromwell、Aniruddh Matange 及Paspuleti Rahul Naidu 組成的團隊依照現(xiàn)實世界的校準數(shù)據(jù)創(chuàng)建并驗證了 Adams 模型。然后采用這些經(jīng)過驗證的模型來準確預(yù)測各種道路和越野操作場景下的車輛性能。通過專門開發(fā)的可視化和機動性映射應(yīng)用程序，將選自這些分析研究的結(jié)果集整合到 Luciad 中（?？怂箍档乩砜臻g產(chǎn)品組合的一部分）。此外，還證明了 Adams 模型的實時兼容能力，可支持各種自主場景和“硬件在環(huán)”場景。

來自海克斯康的解決方案：

創(chuàng)建并驗證 Adams 模型

Adams Car 是 Adams 產(chǎn)品組合中的垂直解決方案，專攻車輛總成和子系統(tǒng)的建模和仿真，可用于創(chuàng)建 FED Alpha Adams Car 的整車模型（采用基于模板的方法建模）；

可使用車輛數(shù)據(jù)填充可重復使用的子系統(tǒng)參數(shù)模板（例如底盤、輪胎、動力系等），并通過集成創(chuàng)建整車總成，如圖 2 所示。典型的模型數(shù)據(jù)包括設(shè)計重點、零件質(zhì)量屬性以及部件兼容性特征。Adams Car 能對部件進行詳細描述，例如柔韌性、摩擦力或者與頻率有關(guān)的行為（如有必要）。

模型中所采用的逼真度和詳細程度取決于仿真意圖和可用的設(shè)計數(shù)據(jù)。對各種車輛測試事件中收集到的數(shù)據(jù)進行對比，以驗證模型的準確性。通過對比與車輛行為、動力學及乘坐品質(zhì)有關(guān)的指標對模型進行驗證。

用 Adams 模型預(yù)測車輛性能

隨后采用經(jīng)過驗證的 Adams 模型來仿真各種車輛事件，用以評估車輛的性能和機動性。這些事件包括模擬真實戰(zhàn)場場景的道路及越野行駛。對典型的軍事道路評估事件進行了仿真，例如雙車道變道可展示極限操控性能、半圓形道路可展示乘坐品質(zhì)、爬階梯可展示障礙物通行能力，這些仿真與測試結(jié)果非常吻合。

由于在實現(xiàn)某些任務(wù)目標時，有可能需要在毫無準備的地形上進行操作，因此對越野性能的評估至關(guān)重要。越野建模中最重要的一點就是地面力學的表述；土壤性質(zhì)以及輪胎與土壤表面之間的相互作用。 本方案中采用了簡單模型和精細模型來描述地面力學。

簡單地面力學模型采用基于實驗測量的經(jīng)驗關(guān)系來預(yù)測可變形地形對車輛操作的響應(yīng)。該方法計算效率高，可依據(jù)定義明確的牽引和爬坡分析來評估車輛性能。而且該方法還能用于各種掃描過的地形形態(tài)，以便進行更廣泛的越野性能分析。

另外，由于該方法計算效率高，能支持隨機分析方法，在仿真時可以從統(tǒng)計的角度將因模型和地形輸入的變化而引起的不確定性考慮在內(nèi)。這些隨機仿真代表了數(shù)百種潛在的土壤特征，能夠預(yù)測出整個土壤和地形屬性統(tǒng)計范圍內(nèi)的車輛性能，進而可得到車輛性能的置信區(qū)間。

此外還采用了逼真度更高的方法，根據(jù)仿真微粒的相互作用來得到土壤屬性。這通過 Adams 和 EDEM 的協(xié)同仿真來實現(xiàn)，后者是 DEM 解決方案所提供的基于離散元方法（DEM）的仿真。在離散元方法中，材料用一堆形狀簡單（通常以圓形和球形為基礎(chǔ)）、相互作用的微粒表示。Adams 和 EDEM 的典型協(xié)同仿真工作流如圖3所示。根據(jù)指定的車輛部件對潛在的 EDEM 接觸進行定義。用Adams 確定這些零件的位移并提供給 EDEM。然后由EDEM 確定產(chǎn)生的反作用力，并將其傳遞回 Adams。

采用這些方法對拉桿牽引力和沙床加速度等測試進行仿真，以便測算 FED 在各種越野場景下的牽引行為。雖然進行了密集的計算，但這些仿真不僅表明逼真度有了顯著增加，而且與測試結(jié)果的相關(guān)性也更為準確。

機動性映射

借助品種繁多的海克斯康產(chǎn)品組合（圖 5），運用地理空間業(yè)務(wù)部的 Luciad Lightspeed 技術(shù)將 Adams 預(yù)測的 FED Alpha 機動性特征投影到 Keewenaw 研究中心（KRC）的測試地形上。將 Adams 預(yù)測與地理空間映射技術(shù)整合在一起，就可以基于各種土壤、等級以及預(yù)測的車輛性能數(shù)據(jù)的組合，在整個映射范圍內(nèi)實現(xiàn)對車輛速度的可視化。此外，還可以根據(jù)選定的路線端點來計算優(yōu)化路線。

可將邊坡預(yù)測、障礙物信息等附加操作數(shù)據(jù)合并到上述框架中，由此建立起一個可運用仿真車輛性能數(shù)據(jù)對實際地形進行全面機動性評估的平臺。

實時虛擬模型性能

在驗證用于機動性評估的全逼真 Adams 模型對與其銜接的硬件在環(huán)（HIL）和 ADAS 應(yīng)用程序的適用性時，需要為全逼真模型創(chuàng)建一個降階實時兼容變量。

由該變量可推導出不同逼真度、滿足特定仿真意圖的車輛動力學建模，這樣用戶只需部署單一的建模解決方案，不必在各種工具之間進行昂貴且易于出錯的模型轉(zhuǎn)換。此外，借助 Adams 實時方法，用戶可以更加自由地保留感興趣的模型特征。通?？筛鶕?jù)分析和綜合要求對所選定的部件和連接的表述進行一些簡化，從而得到實時車輛性能。在本例中，僅對防側(cè)傾桿模型進行了簡化。在 VTD（虛擬試駕）分析環(huán)境中對實時模型進行測試以驗證其功能。此外，還參照基準整車性能對該模型的數(shù)值精度和效率進行了評估。

Adams 長期以來一直活躍在道路分析領(lǐng)域。這項工作展示了如何運用各種?？怂箍诞a(chǎn)品組合來擴展這些模型，并將其重復用于道路地形表述、實時分析以及操作映射背景下的越野分析。

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