面臨的挑戰(zhàn)：

為了支持下一代北約參考機(jī)動(dòng)性模型（NG-NRMM）項(xiàng)目，對(duì)現(xiàn)有 CAE 機(jī)動(dòng)性分析能力進(jìn)行評(píng)估，使用了各種不同的?？怂箍诞a(chǎn)品組合對(duì) FED-Alpha（一種燃料效率示范車輛）的機(jī)動(dòng)性進(jìn)行了評(píng)估和可視化（圖 1）。為支持這項(xiàng)工作，由 Eric Pesheck、Venkatesan Jeganathan、Tony Bromwell、Aniruddh Matange 及Paspuleti Rahul Naidu 組成的團(tuán)隊(duì)依照現(xiàn)實(shí)世界的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建并驗(yàn)證了 Adams 模型。然后采用這些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的模型來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)各種道路和越野操作場(chǎng)景下的車輛性能。通過(guò)專門開(kāi)發(fā)的可視化和機(jī)動(dòng)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（海克斯康地理空間產(chǎn)品組合的一部分）。此外，還證明了 Adams 模型的實(shí)時(shí)兼容能力，可支持各種自主場(chǎng)景和“硬件在環(huán)”場(chǎng)景。

來(lái)自海克斯康的解決方案：

創(chuàng)建并驗(yàn)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(fù)使用的子系統(tǒng)參數(shù)模板（例如底盤、輪胎、動(dòng)力系等），并通過(guò)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(jì)重點(diǎn)、零件質(zhì)量屬性以及部件兼容性特征。Adams Car 能對(duì)部件進(jìn)行詳細(xì)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(xì)程度取決于仿真意圖和可用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。對(duì)各種車輛測(cè)試事件中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)比與車輛行為、動(dòng)力學(xué)及乘坐品質(zhì)有關(guān)的指標(biāo)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

用 Adams 模型預(yù)測(cè)車輛性能

隨后采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 Adams 模型來(lái)仿真各種車輛事件，用以評(píng)估車輛的性能和機(jī)動(dòng)性。這些事件包括模擬真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景的道路及越野行駛。對(duì)典型的軍事道路評(píng)估事件進(jìn)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(cè)試結(jié)果非常吻合。

由于在實(shí)現(xiàn)某些任務(wù)目標(biāo)時(shí)，有可能需要在毫無(wú)準(zhǔn)備的地形上進(jìn)行操作，因此對(duì)越野性能的評(píng)估至關(guān)重要。越野建模中最重要的一點(diǎn)就是地面力學(xué)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(jiǎn)單模型和精細(xì)模型來(lái)描述地面力學(xué)。

簡(jiǎn)單地面力學(xué)模型采用基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)可變形地形對(duì)車輛操作的響應(yīng)。該方法計(jì)算效率高，可依據(jù)定義明確的牽引和爬坡分析來(lái)評(píng)估車輛性能。而且該方法還能用于各種掃描過(guò)的地形形態(tài)，以便進(jìn)行更廣泛的越野性能分析。

另外，由于該方法計(jì)算效率高，能支持隨機(jī)分析方法，在仿真時(shí)可以從統(tǒng)計(jì)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(jī)仿真代表了數(shù)百種潛在的土壤特征，能夠預(yù)測(cè)出整個(gè)土壤和地形屬性統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的車輛性能，進(jìn)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(lái)得到土壤屬性。這通過(guò) Adams 和 EDEM 的協(xié)同仿真來(lái)實(shí)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(jiǎn)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(duì)潛在的 EDEM 接觸進(jìn)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(duì)拉桿牽引力和沙床加速度等測(cè)試進(jìn)行仿真，以便測(cè)算 FED 在各種越野場(chǎng)景下的牽引行為。雖然進(jìn)行了密集的計(jì)算，但這些仿真不僅表明逼真度有了顯著增加，而且與測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性也更為準(zhǔn)確。

機(jī)動(dòng)性映射

借助品種繁多的?？怂箍诞a(chǎn)品組合（圖 5），運(yùn)用地理空間業(yè)務(wù)部的 Luciad Lightspeed 技術(shù)將 Adams 預(yù)測(cè)的 FED Alpha 機(jī)動(dòng)性特征投影到 Keewenaw 研究中心（KRC）的測(cè)試地形上。將 Adams 預(yù)測(cè)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(jí)以及預(yù)測(cè)的車輛性能數(shù)據(jù)的組合，在整個(gè)映射范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛速度的可視化。此外，還可以根據(jù)選定的路線端點(diǎn)來(lái)計(jì)算優(yōu)化路線。

可將邊坡預(yù)測(cè)、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(gè)可運(yùn)用仿真車輛性能數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際地形進(jìn)行全面機(jī)動(dòng)性評(píng)估的平臺(tái)。

實(shí)時(shí)虛擬模型性能

在驗(yàn)證用于機(jī)動(dòng)性評(píng)估的全逼真 Adams 模型對(duì)與其銜接的硬件在環(huán)（HIL）和 ADAS 應(yīng)用程序的適用性時(shí)，需要為全逼真模型創(chuàng)建一個(gè)降階實(shí)時(shí)兼容變量。

由該變量可推導(dǎo)出不同逼真度、滿足特定仿真意圖的車輛動(dòng)力學(xué)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(jìn)行昂貴且易于出錯(cuò)的模型轉(zhuǎn)換。此外，借助 Adams 實(shí)時(shí)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(duì)所選定的部件和連接的表述進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，從而得到實(shí)時(shí)車輛性能。在本例中，僅對(duì)防側(cè)傾桿模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。在 VTD（虛擬試駕）分析環(huán)境中對(duì)實(shí)時(shí)模型進(jìn)行測(cè)試以驗(yàn)證其功能。此外，還參照基準(zhǔn)整車性能對(duì)該模型的數(shù)值精度和效率進(jìn)行了評(píng)估。

Adams 長(zhǎng)期以來(lái)一直活躍在道路分析領(lǐng)域。這項(xiàng)工作展示了如何運(yùn)用各種?？怂箍诞a(chǎn)品組合來(lái)擴(kuò)展這些模型，并將其重復(fù)用于道路地形表述、實(shí)時(shí)分析以及操作映射背景下的越野分析。

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