文/蒲小波 呂宏慶

虛擬樣機(jī)技術(shù)在運(yùn)加油車(chē)研發(fā)中的應(yīng)用研究

文/蒲小波 呂宏慶

在運(yùn)加油車(chē)研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用虛擬樣機(jī)制造技術(shù)，可以縮短裝備的設(shè)計(jì)周期，降低成本，提高性能效能。本文就虛擬樣機(jī)技術(shù)在運(yùn)加油車(chē)研究中的應(yīng)用作一詳細(xì)介紹。

虛擬樣機(jī)技術(shù)；運(yùn)加油車(chē)

虛擬樣機(jī)技術(shù)是數(shù)字化時(shí)代在汽車(chē)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最重要的新技術(shù)之一。在運(yùn)加油車(chē)研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用虛擬樣機(jī)制造技術(shù)，可以縮短裝備的設(shè)計(jì)周期，降低成本，提高性能效能。

現(xiàn)以某型運(yùn)加油車(chē)為例，展示其虛擬樣機(jī)建模及仿真分析流程。

1.整車(chē)模型建立

整車(chē)模型的建立可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)化：將整車(chē)上裝部分和底盤(pán)部分簡(jiǎn)化為一個(gè)具有質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理信息的整車(chē)質(zhì)點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)橋簡(jiǎn)化為一個(gè)無(wú)質(zhì)量的剛性桿件；起連接作用的板簧和柔性襯套簡(jiǎn)化為彈簧；輪胎采用在汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析中廣泛應(yīng)用的UA輪胎模型；路面則選用ADAMS/View中自帶的二維平面路面文件DEFAULT.rdf。這個(gè)模型可以進(jìn)行整車(chē)的直線行駛方面的仿真分析。見(jiàn)圖1：

2.整車(chē)動(dòng)力學(xué)—爬坡縱傾模擬仿真分析

爬坡縱傾穩(wěn)定性是運(yùn)加油車(chē)的重要性能，直接影響到車(chē)輛在坡道上的性能和安全，下面就用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)越野狀態(tài)下滿裝爬坡(tgα=0.6)行駛時(shí)的工況進(jìn)行模擬仿真分析。

2.1仿真參數(shù)計(jì)算

整車(chē)最大質(zhì)量：G=18100kg (g=9.81N/kg)；車(chē)輛軸距：L=4200mm ；越野狀態(tài)下滿載軸荷分配：前軸=6125kg，后軸=11975kg;整車(chē)質(zhì)心點(diǎn)位置：(2937.92mm,1518.1mm)以前軸中心點(diǎn)在地面投影處為原點(diǎn)，從車(chē)頭向車(chē)尾方向?yàn)檎?。?jiàn)圖2：

為了得到整車(chē)進(jìn)行模擬仿真所需的參數(shù)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)公式可得如下計(jì)算：

前軸受力情況：

后軸受力情況：

前軸距質(zhì)心距離(力臂)：

后軸距質(zhì)心距離(力臂)：

前軸載荷對(duì)整車(chē)質(zhì)心的力矩：

后軸載荷對(duì)整車(chē)質(zhì)心的力矩：

2.2 仿真設(shè)置

當(dāng)車(chē)輛在處在爬坡工況時(shí)，整車(chē)的質(zhì)心位置后移，如果偏移量過(guò)大，就會(huì)造成以后輪軸為支點(diǎn)的向后縱翻。故在設(shè)置仿真參數(shù)及仿真驅(qū)動(dòng)的作用位置時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)，將上面計(jì)算出的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化整合，力求得出最符合本模型的仿真參數(shù)，并且將驅(qū)動(dòng)的作用奠基作用效果矢量疊加，簡(jiǎn)化仿真計(jì)算過(guò)程，提高效率。

根據(jù)以上分析，在為整車(chē)設(shè)置驅(qū)動(dòng)的作用類(lèi)型時(shí)設(shè)置為力矩驅(qū)動(dòng)，作用點(diǎn)為整車(chē)質(zhì)心坐標(biāo)點(diǎn)，力矩的大小為：

2.3仿真結(jié)果及分析

模型建立好之后，采用Simulation模塊進(jìn)行模型的仿真，其仿真結(jié)果如下圖3：

圖中，上揚(yáng)實(shí)心曲線是整車(chē)質(zhì)心所具有的動(dòng)能變化，下降虛線是整車(chē)質(zhì)心相對(duì)于大地的角速度，其呈下降趨勢(shì)的原因，是由于坐標(biāo)系建立時(shí)出現(xiàn)反向的緣故。從圖中可以看出，整車(chē)質(zhì)心的動(dòng)能是增加的，說(shuō)明在前后軸載荷所造成力矩不等的情況下，車(chē)輛具有縱傾的趨勢(shì)，只是由于有地面支持力而沒(méi)有表現(xiàn)出宏觀的運(yùn)動(dòng)。在分析的工況下 (滿載油品5000L以最大爬坡角爬坡)，車(chē)輛具有縱傾的趨勢(shì)。在從其角速度情況進(jìn)行分析，圖中的虛線一直在增加（不考慮坐標(biāo)系相反的影響），而且角速度為正值，說(shuō)明車(chē)輛的縱傾趨勢(shì)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，車(chē)頭方向向下旋轉(zhuǎn)，所以，在此種工況下，車(chē)輛不會(huì)發(fā)生向后翻的情況，安全性、穩(wěn)定性滿足行駛要求。

3.小結(jié)

通過(guò)上面的演示和分析，不難看出虛擬樣機(jī)技術(shù)在建立運(yùn)加油車(chē)模型方面的優(yōu)越性，并且可以直接對(duì)運(yùn)加油車(chē)的穩(wěn)定性性能進(jìn)行仿真分析，找出設(shè)計(jì)中存在的不足，同時(shí)還可以對(duì)比不同工況設(shè)置下的車(chē)輛性能，達(dá)到了最優(yōu)化設(shè)計(jì)。虛擬樣機(jī)技術(shù)是目前科學(xué)界和工程界關(guān)注的熱門(mén)技術(shù)，已進(jìn)入實(shí)用階段用于開(kāi)發(fā)加油車(chē)裝備的虛擬樣機(jī)，進(jìn)行運(yùn)加油車(chē)的前期開(kāi)發(fā)工作，便與信息交流，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，大大提高加油車(chē)的設(shè)計(jì)水平，降低設(shè)計(jì)成本，達(dá)到物理樣機(jī)試制的一次成功的目的，帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

后勤工程學(xué)院）