Glen: 当年我们最初的目标是可以在可控、可重复的试验室内来复现试车场的测试过程,并且获得有效的测试数据和结论。那是在上个世纪70年代中期,由通用汽车公司的Paul Nawrocke 和 MTS 的 Richard Lund 博士共同提出的概念。当时,MTS系统公司推出了电液伺服整车道路模拟测试系统,那是业内第一台四立柱式的道路模拟器。我们的想法是,如果能够让作动缸像车辆在道路上行驶时那样颠簸车轮,就可以在试验室内复现试车场内的测试过程。为了采集道路载荷谱数据,整车厂的测试工程师在测试样车上安装了加速度传感器,利用磁带机记录加速度信号,然后在一套模拟计算机上处理将加速度信号并且转化为作动缸的位移指令来控制四立柱系统作动缸的运动。这是就是第一个道路谱驱动文件。
问:在可控的试验室内进行道路模拟测试可行吗?当时又遇到了怎样的问题呢?
Glen:想法很好但是实现起来很难,对加速度信号进行两次积分似乎就得到了作动缸的位移指令,但是这一过程存在很多问题。我们并没有充分认知伺服控制器本身的特性,也不了解轮胎与路面之间相互作用时存在的复杂动态特性,四立柱系统的轮胎托盘是刚性的平面(而不是凸凹不平的路面)等等。Narocke 和 Lund 博士的结论是,如果能够通过系统辨识来获取这些未知环节的数学模型,那么就可以推算出一套更好的驱动文件,再采用逐次迭代的方法优化模型,最终得到理想的解决方案。随着“新型”数字计算机的出现,频率响应逆函数修正的理念得以实现,最终发展成为“远程参数控制(RPC)”试验技术,这里所谓的远程是指像轮胎耦合道路模拟器这样的设备,实际控制的参数(作动缸位移/加速度)有别于需要实现的信号(轮胎颠簸加速度)的情况,换句话说,系统能够控制的作动缸以及加速度传感器所在的位置远离轮胎橡胶与道路的接触点位置。
问:您第一次使用 RPC 软件是什么时候?
Glen: 当年我在福特汽车,进行试验设备验收时...今天可以将那会儿的软件叫做 “RPC 0.0”。我们的项目是利用 PRC 用于扭转零部件的测试,当时的MTS技术团队意识到需要更强大的数字计算处理能力来实现驱动文件的优化。最终,我们花了34,000美元购买了一个矩阵处理器,要知道,那是1978年。不过通过与MTS团队的合作,我逐渐喜欢上了这个公司,不就之后,我就获得了加入MTS的机会,成为MTS车辆动态测试软件研发团队的第一批成员。RPC软件工具是我们全部的工作。
问:那会儿的软件是什么样子?
Glen:相当不一样!那会儿的软件完全没有图形界面,我们利用MTS BASIC(译者注:由MTS系统公司在标准BASIC语言指令集的基础上开发用于电液伺服测试系统的编程语言指令集。)在绿色字符显示器的终端上编程实现问答式的测试应用。如果需要研究频响函数,我们不得不把相应的曲线打印出来,打印的纸稿有好几百张,再平铺在地板上仔细研究。我们会拿个棍子(真的是类似教鞭一样的棍子)指着巨大的矩阵图形,仔细思考其中的细节。我们想知道,为什么数学模型不能给出可行的答案,然后像X射线那样透视内部的细节。直到现在我还是把频响函数叫做系统动态行为的X射线。
问:当时行业内对 RPC 的反应又是怎样呢?
Glen: 作为测试工程师,终于可以在受控的试验室环境内复现真实的道路载荷工况了。RPC试验方法没有影响测试系统的动态性能,对复杂的车身结构(例如悬架系统)实现了正确的加载。RPC让这一切成为可能。另外,计算机技术的发展让我们创建可用的路谱驱动文件的过程变得更加快速、方便。为了获取车辆动态特性的细节,我们还开发了安装于车辆轴头的应变式传感器和位移传感器,获取更加准确的悬架系统垂向运动。在那个时候,RPC 软件的源代码会随着系统的安装一同提供,到了 20世纪80年代中期,RPC 软件已经走向了全球,在短短不到十年的时间里,这是一个相当了不起的成绩。
问:第一次 RPC 用户研讨会是什么时候组织起来的?
Glen: 大约是1980 年左右。RPC 软件的用户自发组织的会议,他们期望交流彼此的想法和应用经验,完全是民间草根组织。MTS 支持并赞助了第一次在底特律的会议。没想到的是参会的人员还挺多。尽管参会的工程师服务于不同的整车厂,彼此之间有多多少少的竞争关系,但是,他们参加会议的目的是共同推进远程参数控制技术的发展和进步,应对车辆测试的技术挑战。他们展示了当时使用 RPC 技术的见解和经验,给出了希望 RPC 软件包含的新功能。随着 RPC 软件逐渐在全球汽车工业领域内逐步流行,这种用户大会也逐步流行了起来。现在,RPC 用户大会在北美、欧洲、日本、中国、韩国、巴西以及印度等地分期举办,是 MTS 与用户保持密切沟通和交流的平台。
问:RPC 的普及是否改变了 MTS 服务于汽车工业的方式?
Glen:是的,它吸引了很多优秀的人才加入 MTS 并致力于解决 RPC 需要解决的问题。这也是我加入MTS的原因,我们的团队还有很多很优秀的工程师,例如 Dave Holub、Peter Gunness 和 Dave Fricke,在他们还很年轻的时候通过书本学习了RPC,并且在后续的工作中逐步实践。例如 Dave 开发了一种新的轮胎建模方法来解决道路仿真挑战,这也是迭代式混合仿真测试 (HSRC) 的理念,他非常出色。
问:什么是道路仿真挑战?
Glen:我们一直把 RPC 称为道路模拟或者道路仿真,现在也是如此,但它实际上是在受控的试验室环境内复现试车场路面上的工况。路面的输入与测试车辆主轴处的输出不同,因为它们之间有轮胎。我们无法测量轮胎的情况,所以我们用 RPC 方法来真正地模拟道路,我们的目标是“把路面引入试验室,把试验室引入桌面”, 这是测试与仿真技术领域的重大突破。
问:“把路面引入试验室”有何好处?
Glen:整个汽车工业面临着加速和简化汽车开发流程的巨大压力。要通过 RPC 过程生成驱动文件,首先需要让完整原型车连接各种仪器仪表,进入试车场进行道路载荷数据采集。一个典型的车辆研发过程大约两年的时间,而用于路谱数据采集的原型车通常会有三四辆,等到最后一辆原型车完成路谱数据采集的时候,车厂已经完成了车辆的加工模具开发,几乎就要开始投产了。换句话说,那会儿已经到了车辆研发的末期。如果这时在测试过程中发现任何产品缺陷,返工的成本、代价非常巨大。现在,开发流程和周期一再被压缩,行业内需要将道路测试引入试验室,在原型车辆甚至零部件生产出来之前,尽早地开展测试。最好不需要获取所有的道路谱数据,在零部件研发的阶段就开展一些整车级别的测试,以此来加快研发,推动新产品面试。
问:有真正的道路模拟或者仿真吗?
Glen:有。事实上,我们正在使用 HSRC 方法将成功地将道路引入试验室。这种方法始于对试验场路面进行与现实相符的数字化处理。这种处理产生出一种非常大的道路 JPEG 图像,其中像素代表砾石的高度,而不是颜色。混合解决方案的本质是结合物理测试(在此情况下是在真实道路模拟器上的真车)和虚拟模型,这里是能够在数字三维道路中“驱动”的数学建模轮胎。通过 HSRC,物理轮毂的力和运动与虚拟轮胎的力和运动相结合,不断迭代。换句话说,物理车辆能感觉到虚拟轮胎的存在,虚拟轮胎能感觉到物理车辆的存在。HSRC 使用反向 FRF 技术和 RPC 的迭代策略,在无需获取道路载荷数据的情况下,实现道路载荷加载效果。这一切都发生在试验室内,并且无需完整的原型车。
问:鉴于 HSRC 的潜力,RPC 的重要性是否会降低?
Glen: 不会,根本不会。RPC 对于许多应用场景仍然至关重要。现场数据采集可能会减少,但永远不会过时。具备将道路带入试验室的能力后,我们可以直接从整车 HSRC 测试中获取有关部件和子系统的数据。这些数据可用于基于 RPC 方法的其他部件和子系统测试。此外,RPC 软件可以进一步处理实验室获取的数据,提高测试开发的效率。对于零部件厂商来说,他们很多情况下使用整车厂提供的数据来进行产品测试,RPC 方法依然是他们的首选,是保证耐久性能测试准确性的最可靠方法。
问:MTS 是否会继续支持 RPC 方法和工具?
Glen:当然。对 RPC 工具的持续投入将帮助我们充分实现“将道路带入试验室”的好处。RPC 工具可提供必要的信号分析和可视化工具,帮助实现新的测试和相关性设想。随着 HSRC 应用场景的发展,这些工具将变得更加重要。我们正在开发各种方法来“查看”数字路谱并可视化道路上的轮胎,这样我们就可以理解物理/虚拟系统的整体情况。我们还将继续使用 RPC 来学习如何在 HSRC 测试验证和精确性评估中应用疲劳破坏分析。我们可能已经将道路带入实验室,但在缩短测试时间、提高精确性和提供可操作的测试结果方面仍有许多工作要做。所有这些都需要不断改进和完善 RPC 工具和方法。