Comparison of Two Vehicle Dynamics Simulation Programs

Abstract

Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida ADAMS- ja SIMPACK-simulointiohjelmien sopivuutta ajodynamiikan simulointiin sekä niiden numeerista suorituskykyä. Nykyinen ajodynamiikan simulointiohjelmisto ADAMS ei täytä kaikkia Ford Motor Companyn vaatimuksia. Ennen kaikkea aikaintegroinnin luotettavuus on huono, simuloinnit epäonnistuvat liian usein. Kilpaileva ohjelmisto SIMPACK on aiemmin keskittynyt rautatiesovelluksiin, mutta uusi Automotive Toolbox -moduli tekee siitä kiinnostavan vaihtoehdon myös auton ajodynamiikan simulointiin.

Teoriaosassa tarkastellaan ohjelmien tapaa muodostaa monikappalesysteemin liikeyhtälöt. Käytettyjä numeerisia integrointimenetelmiä on myös lyhyesti selostettu. Ohjelmien suorituskykyä testattiin kolmella eritasoisella kokonaisen ajoneuvon mallilla, joilla ajettiin kolme yksinkertaistettua käsittelykoetta ja ajomukavuuskoe. Mallit rakennettiin ohjelmien standardielementeistä lukuun ottamatta Fordin omaa rengasmallia, jota käytettiin ADAMS-ajojen yhteydessä.

ADAMS käyttää globaaleja koordinaatteja yleistettyinä koordinaatteina, mikä tarjoaa tehokkaan ja systemaattisen tavan muodostaa systeemin liikeyhtälöt. SIMPACK:in minimikoordinaattiformalismi on vähemmän systemaattinen. Yhtälöitä syntyy vähemmän, mutta ne ovat monimutkaisempia. Rajoiteyhtälöt ovat erikoisasemassa ja käyttäjän täytyy suunnitella systeemin topologia etukäteen.

Ohjelmien tärkein ero on rajoiteyhtälöiden esitystavassa. ADAMS:in käyttämä tapa johtaa differentiaalialgebralliseen systeemiin, jonka indeksi on kolme. SIMPACK:in formulaatiossa systeemin indeksiksi tulee kaksi. Koska systeemin indeksi yleisesti määrää numeerisen integroinnin vaikeuden, SIMPACK:in aikaintegrointi toimii huomattavasti vakaammin ja useimmissa tapauksissa myös nopeammin kuin ADAMS:in. Työkaluna ADAMS on tuttu käyttäjille, mutta aikaintegrointi ei toimi riittävän luotettavasti. SIMPACK:in integraattori toimii hyvin, mutta käyttöliittymä vaatii vielä kehitystyötä.