Endurica与小米Su7 Ultra同战纽北赛道，虚拟轮胎耐久仿真创历史记录
2025年6月11日，德国纽博格林北环赛道（Nürburgring Nordschleife）见证历史性时刻——小米SU7 Ultra量产版以7:04.957的狂暴成绩，悍然刷新量产电动车圈速纪录！这一成绩不仅将保时捷Taycan Turbo GT（7:07.55）斩落 马下，更以1548马力三电机、285kg赛道级下压力的组合，宣告中国性能车的终极进化。
始建于1927年的纽北赛道，全长20.8公里，依山而建，落差达300米，拥有177个弯道。它对车手和车辆性能（如底盘、制动、动力、轮胎）构成极致考验，加上复杂地形与多变天气，被公认为“地狱级考场”和“真理之环”。低于8分钟的圈速是超跑性能的标杆。赛道几乎涵盖所有路况，其极限工况是打磨车辆、验证调校、推动技术升级的绝佳平台。因此，从经济小车到豪华超跑，几乎所有主流品牌量产前都来此严苛测试。在此创纪录，是顶尖品牌实力的象征。
当小米战车在纽北狂飙时，另一场“数字战争”正在静默推进——Endurica与达索系统通过全虚拟仿真，精准预言轮胎在纽北极限工况下的214圈耐久临界点。无需真实车辆驶上赛道，仅凭数字模型与载荷计算，便揭示了轮胎带束层在4800公里纽北里程后产生1mm裂纹的精确寿命。
实车登顶与虚拟预言的交响，正在重构汽车性能开发的未来法则！
项目起源：
2023年5月，Will Mars在密歇根州诺维市举办的Simulia用户大会上发表了《基于Endurica的弹性体支架耐久性虚拟验证》专题报告。该研究与福特汽车合作，采用Endurica EIE多通道复杂载荷谱处理模块高效分析发动机支架耐久性——其数据处理特征包括：
源数据：144轮道路测试工况
计算规模：超1500万时间步长
输入维度：3通道载荷谱
此项目创下Endurica EIE模块迄今最大规模分析记录，首次实现结合实测赛道数据与Endurica DT/EIE技术模块完成汽车零部件的虚拟验证。
图1
演讲结束后，Simulia技术专家John Lewis向Endurica团队提出构想：
是否可采用车辆动力学模型虚拟生成道路数据替代实测数据，在无需实测道路数据的前提下，实现汽车零部件的全虚拟耐久性能预测。
核心团队构成：
达索系统技术顾问 John Lewis
Simulia工艺顾问 Jason Barr
Endurica专家 Will Mars、Jesse Suter、Ethan Steiner
团队选定德国纽博格林赛道作为技术演示场景，重点展示赛道工况下轮胎耐久性与疲劳寿命预测技术，并计划在4个月后的国际轮胎学会年会正式发布成果。
仿真工作流程（图2）：
图2
1. 获取纽博格林赛道道路模型
2. 在Sim Pack中搭建整车多体动力学(MBD)模型
3. 模拟车辆沿赛道行驶工况，记录目标轮胎参数时程数据
4. 确定轮胎有限元分析(FEA)的载荷参数范围，利用Endurica EIE载荷简化与重构功能，提取用于FEA的一系列特征载荷路径，执行非线性轮胎FEA矩阵分析
5. 利用Endurica ElE模块处理FEA结果应力/应变场文件，建立仿真结果插值映射模型，通过映射模型生成原始路谱载荷时程对应的应力/应变状态
6. 基于计算得到的应力应变结果、结合材料的本构关系和疲劳特性参数，用Endurica DT计算每个时间步的损伤增量（裂纹扩展），累积至结构失效临界值
7. 将单圈载荷时程的重复次数等效为最危险的轮胎（选定为左前胎，在顺时针赛道中最危险）在该赛道上可承受的圈数。
关键实施过程
多体动力学仿真
任务：生成车辆在赛道上行驶时轮胎所受载荷的时程数据。
执行团队：Anand Pathak、Salil Harlikar（Simulia）
技术组件：
l 纽博格林赛道模型
l Simulia “蓝色车辆”模型+基于有限元分析（FEA）解校准的TMEasy轮胎模型（图3）
图3
l SimPack 模拟车手在赛道上进行虚拟行驶（图4）。
图4
生成的时程数据如图5所示。
图5
我们关注的轮胎时程数据包括垂向载荷、侧偏角和速度。
结果表明，该模拟驾驶员在此赛道上的驾驶风格不如典型真人车手激进。其中一个例子是，其速度未达到实际驾驶员所能达到的水平。此外，该模拟驾驶的单圈时间为 11 分 40 秒，而典型的真人车手快圈时间在 6 至 8 分钟之间。尽管如此，此时程数据对于该案例的演示已经完全足够。它只是不值得在纽博格林赛道上夸耀——该赛道目前的最高圈速纪录（6分29.090秒）由梅赛德斯 AMG One 创造，驾驶者为 Maro Engel，时间在 2024 年 9 月 23 日。小米SU7 Ultra量产版于2025年6月11日，以7:04.957的狂暴成绩，创造量产电动跑车最快圈速纪录。
核心技术模块
载荷空间定义与 FEA 矩阵：
基于垂向载荷变化范围 (ΔFz)、侧偏角变化范围 (Δα) 和速度变化范围 (Δν)，确定了用于覆盖路谱载荷空间的有限元分析（FEA）的载荷边界。
Jason Barr 选择采用一种参数空间矩阵（如图6所示）来覆盖该空间，该矩阵使用了3个速度等级、8个垂向载荷水平和平均21个侧偏角水平。
Endurica EIE 支持其他定义载荷空间的方法。
图6也展示了 Endurica EIE 如何构建载荷映射并连接所有FEA结果。
图6
旋转应变叠加技术：
一旦建立了将每个时间步的输入载荷Fz、侧偏角α和速度ν映射到轮胎各单元应力/应变状态的映射模型后，图5所示的载荷时程数据即可通过该模型进行“播放”。该模型如同一个大型数据库，能查询每个时间步对应的应力应变数据。
然而，对于轮胎和轮辋，还有一个额外步骤是大多数其他部件所不需要的。由于轮胎是旋转的，材料单元在通过接地印迹区域时，会因旋转而产生其自身的时程变化。为考虑轮胎周向应变循环的影响，需在每个车辆时间步上额外叠加 25 个旋转步。此方法如图7所示。
图7
损伤累积与寿命预测：
因此，力、侧偏角和速度时程被转换为轮胎每个单元的六维应力/应变分量时程。
随后，这些时程数据经过雨流计数法 (Rainflow Counting)处理。
对于每个识别出的雨流循环，利用 Endurica DT 计算其损伤增量（裂纹萌生与扩展），并将其累加到先前的总损伤中。
通过重复模拟多圈载荷时程的损伤并累加，直至累积损伤量达到被认为足以引发结构失效的程度。
在此案例中，失效判据为在最危险区域——轮胎带束层边缘——产生1mm 裂纹。图8所示的计算结果表明，对于顺时针赛道（假定左前胎为最危险位置），左前胎在达到失效判据前可行驶 214 圈。
图8
总结与改进方向：
综上所述，这就是针对特定赛道或道路进行轮胎耐久性预测的全虚拟方法。以下是对未来工作的几点思考：
1. 温度模型优化方向：
本次分析是在整个轮胎和整个行驶历程中，温度保持恒定的假设下进行的。然而，轮胎实际存在截面温度分布梯度，并且在弯道处还会产生瞬态温升。高温不仅会影响疲劳特性，还可能引发橡胶材料化学结构演变。因此，下一步研究方向是开发瞬态热力耦合分析。
2. 驾驶模型优化方案：
在与专家交流时发现，214圈的失效寿命预测值似乎偏长。需知，Simpack驾驶员模型的驾驶风格不如许多实际驾驶员激进。因此，另一项改进措施是采用更激进的驾驶员模型，或引入驾驶员在环（Driver-in-the-Loop, DIL）系统。
虽然可直接采集赛道实车数据，但这将违背分析的“全虚拟”目标。另一种可行的方案是，使用配备真人驾驶员的车辆驾驶模拟器：驾驶员在座舱内沿纽博格林赛道行驶，生成分析所需的载荷时程数据。该方案如图9所示，其与图2所示流程的唯一区别在于初始步骤——此处时程数据由模拟器中的驾驶员在纽博格林赛道上驾驶生成。
图9
行业影响：
该全虚拟轮胎耐久性预测方法已由 易瑞博科技、Endurica 和 Simulia多次联合宣讲，并在业界引发了浓厚兴趣。我们期待后续工作，以持续优化该工具，使其成为轮胎与车辆开发流程中更有价值的关键环节。
