Volvo CE需要使用5个不同的软件工具来进行虚拟样机设计工作，但这些软件相互都不兼容。当公司统一使用基于LMS Imagine.Lab AMESim的解决方案取代过去那种各部门独立开发的旧有模式后，达到了对于四个主要子系统（液压系统、传动系统、热管理系统及驾驶员系统）的高效仿真，并实现了这些子系统之间无缝数据交互。

统一的仿真平台

LMS Imagine.Lab解决方案能够同时精确预测车辆油耗和作业性能，而油耗和性能是产品类的两个重要指标。Volvo CE为此创建了一个名为SamSim的项目计划，旨在通过使用有限的工具软件建立一个协同仿真平台，使整个开发过程流程化，加快产品开发的速度。

LMS Imagine.Lab AMESim的使用让整个设计流程面貌一新。易用、点击即可运行的图形化用户界面使参与该项目的团队之间配合无间，从项目伊始就能迅速进行设计优化工作。工程师所要做的就是通过拖放操作从模型库中选择所需要的模型图标（预定义且验证过的1D模型），并将它们连接成一个完整的系统模型。仿真模型看起来很简单，但其底层则是复杂的数学物理模型，可以精确描述车辆的各个子系统在实际作业过程中的行为和性能。

图1 LMS Imagine.Lab AMESim整车能量管理模型

项目工程师通过使用由LMS Imagine.Lab AMESim 构建的主模型以及由Matlab构建的电控系统模型，就能够考察在各种实际工况下的整车性能及各子系统之间的相互作用。相比于分别使用不同的工具，各部门工程师统一使用LMS Imagine.Lab AMESim及其模型库，就像使用统一的语言一样，可以方便地进行方案设计、设备油耗和作业性能预测以及设计优化等工作。

仿真建模

合理描述车辆在典型作业工况下的驾驶员行为是成功创建仿真模型的重要因素。以矿用卡车为例，项目人员在位于Eskilstuna 的试验场地上进行车辆的路跑测试，用于生成LMS Imagine.Lab AMESim模型所需要的循环工况曲线，包括模拟矿用卡车在各种气候条件、地形条件和路面等级下的所要求的车速和加速度曲线。对装载机而言，其作业工况还包括在各种沙石路面和不同驾驶员习惯下铲斗的装货、卸货及举升等操作。

如果要模拟车辆的实际作业工况，就必须把液压系统模型和传动系统模型耦合在一起分析，同时考虑这两个子系统零部件的选型问题。在这些模型中，液压油泵不仅直接和发动机连接，而且和工作装置（装载机铲斗或矿用卡车的卸料斗）相连。还有一个需要考虑的就是液压驱动的冷却系统风扇会损失一部分发动机功率。LMS Imagine.Lab AMESim能够让工程师权衡以上不同系统的设计要求，在满足工作装置的油压需求的同时最优化发动机的功率损失。兼顾所有主要子系统(包括混合动力机型)。

想要精确预测装载机和矿用卡车的作业油耗及作业性能，就必须考虑各个子系统在作业过程及与整车相互作用过程中各种复杂的因素、瞬态行为及边界条件。此外，还需要考虑油电混合动力的问题。以动力总成建模为例，LMS Imagine.Lab AMESim体现了建模的灵活性。Volvo CE的工程师只需通过鼠标在传动模型库中点击合适的图标就能选择所需要的传动部件模型，如变速器模型、离合器模型、差速器模型及发动机模型等。同样，工程师还可以建立由内燃机和电机驱动的混合动力装载机模型，预测其在工地进行装货、卸货和举升等作业时的油耗。

图2 整车系统能量流分布，作业循环工况油耗预测

热管理对油耗的影响

精确预测车辆作业油耗及性能还需要考虑车辆热管理系统，如用于调节发动机温度、制动油和传动油温度的冷却系统的选型和控制策略。简单地说，油温会影响机油粘度，从而影响液压系统内摩擦。油温越低，内摩擦越大，油耗越大。然而油温也不能太高，否则会引起机油润滑性能下降，损坏机械部件。所以要将油温控制在一个合适的平衡点。此外，LMS Imagine.Lab AMESim还能模拟发动机暖机时间，考虑气候条件和作业工况对热管理控制策略的影响，如液压驱动的散热器风扇（损耗相当可观的发动机功率）的控制策略。

LMS Imagine.Lab AMESim的优势

LMS Imagine.Lab AMESim在经过6个月的软件评估及6个月的模型综合及验证之后，Volvo决定加大对软件的投资和利用。目前该软件已经成为Volvo CE仿真平台的一个关键组成部分。”LMS Imagine.Lab AMESim不仅能够实现数据在各个模块之间的交互，还能够与Volvo CE所采用的其他第三方工具兼容，如用于多体、发动机及电控仿真方面的软件及内部代码，简而言之，LMS Imagine.Lab AMESim已经成为所有项目工程师都能“说”的设计语言。

结语

通过对协同设计和联合仿真流程的改善以及对仿真模型和控制策略的改进，Volvo CE实现了在设计初期减少一半虚拟样机开发时间的目标，大大缩短了整个产品的开发周期。现在工程人员能够单独利用仿真模型对一款新机型进行设计变更、设计优化和设计验证，这样就使得公司能够在整个机型开发过程中将物理样机测试次数减少到原来的三分之一。工程师还能够轻松地根据客户要求定制开发机型，采用不同的电控策略来优化车辆的性能和油耗，满足特殊的装载/卸载作业要求。