Virtuell hållfasthetsprovning av en turistbuss

• Main Author: Bladh, Kim
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2012
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-99259

The competitive nature of the automotive industry has always implied a necessity to improve product development concerning time-to-market, cost and product quality. As capacity of computer-aided engineering (CAE) tools has evolved, so has the strive for simulation-driven design. Virtual durability testing using full vehicle models is one of many challenges posed in front of vehicle manufacturers when computer simulations are given a key role in product development. This thesis has been initiated as a preliminary step towards implementing dynamic virtual durability testing in the development of buses and coaches at Scania. The objective has been to assess the predictability of a full vehicle coach model and to what level of precision structural loads can be predicted. Previously performed proving ground testing of a Scania Touring coach has been the basis for the modelling and simulations in this thesis. A virtual model of the Scania Touring coach has been created in multi-body simulation software package MSC.Adams. The chassis frame and body structure of the coach has been incorporated as a flexible body to depict its dynamic properties and structural loads. Approximations of the coaches structural damping were derived by means of reverse engineering via design of experiment. The model was analysed using two different types of full vehicle simulations, in this paper referred to as Virtual Test Rig and Virtual Proving Ground. In the first mentioned simulation procedure, test rig software RPC Pro has been used in conjunction with Adams to generate displacement inputs at the wheel spindles. These displacements are back-calculated from response signals measured during the physical test on the proving ground. In the latter simulation, the unconstrained model was instead driven over a digitized version of a proving ground road profile. The model performance has been evaluated against the measured data from the physical test. Results from virtual proving ground simulations show good correlation of vertical spindle loads but not as well for spindle loads in lateral and longitudinal directions. Acceleration responses in the coach structure demonstrated evident damping dependency as expected. The evaluated strain responses were non-conservative for all derived structural damping approximations. Simulations in the virtual test rig has shown that accelerations in the coach body structure are possible to replicate with high accuracy. The results from the virtual test rig demonstrated well-correlated strain responses for two of the four evaluated locations. === Konkurrensen inom fordonsindustrin har under lång tid föranlett förbättringar i produktutvecklingen hos tillverkare. Effektivisering av produktutveckling inbegriper ofta åtgärder för att öka produktkvalitet och samtidigt minska kostnader och time-to-market. I takt med att kapaciteten och möjligheterna med Computer-Aided Engineering (CAE) har ökat har så även konceptet med simuleringsdriven produktutveckling fått allt större genomslag. Virtuell helfordonsprovning för utmattningsutvärdering är en av många utmaningar som tillverkarna står inför när datorbaserade simuleringar ges en alltmer framträdande roll i fordonsutvecklingen. Det här examensarbetet har genomförts som ett första steg mot att implementera dynamisk virtuell provning i utvecklingen av bussar på Scania. Målet med arbetet har varit att utvärdera hur väl en helfordonsmodell av en buss kan representera verkligheten och till vilken noggrannhet påkänningar i bussens struktur kan predikteras. Tidigare utförd provning av en Scania Touring turistbuss har varit utgångspunkt för modelleringen och simuleringarna som utförts i det här arbetet. En virtuell modell har skapats i multi-body systems (MBS)-verktyget MSC.Adams. Chassi och karosstruktur har implementerats som en flexibel kropp i modellen för att kunna återskapa strukturens dynamik och resulterande påkänningar. Approximationer av strukturdämpningen har tagit fram med hjälp av inversmodellering. Modellen analyserades utifrån två olika helfordonssimuleringar som benämns Virtuell Skakrigg respektive Virtuell Väg. I den förstnämnda simuleringen har provriggsmjukvaran MTS RPC Pro använts i kombination med MSC.Adams för att generera en drivsignal till en skakrigg som modellen kopplats till. Drivsignalen itereras fram utifrån uppmätta lastsignaler från den fysiska provningen. Den sistnämnda simuleringen innebär istället att modellen körs över en virtuell version av vägprofilen från provbanan. Modellen har utvärderats utifrån dess korrelation med mätdata från den fysiska provningen. Resultaten från simulering på virtuell väg uppvisade bra överrensstämmelse för vertikala navkrafter men sämre för laterala och longitudinella. Accelerationsresponser i strukturen var påtagligt beroende av strukturdämpningen som förväntat. Erhållna töjningsresponser var icke-konservativa för samtliga framtagna strukturdämpningar. I den virtuella skakriggen visade sig alla accelerationsresponser i strukturen vara möjliga att reproducera med hög noggrannhet. Två av det fyra utvärderade töjningsresponserna visade god korrelation till den fysiska mätningen.