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        基于ADAMS/Car的某微型電動汽車動力學(xué)模型建立

        2014-06-24 09:05:00孫艷王長明
        汽車工程師 2014年12期
        關(guān)鍵詞:實車樣機懸架

        孫艷 王長明

        (遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院)

        虛擬樣機技術(shù)是當(dāng)前制造領(lǐng)域的一門新技術(shù),涉及多體系統(tǒng)動力學(xué)、計算方法與軟件工程。在生產(chǎn)過程中,虛擬樣機的準(zhǔn)確建造,可極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和降低產(chǎn)品開發(fā)成本。文章以實車數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),應(yīng)用ADAMS軟件建立某微型電動汽車的虛擬樣機,并初步完成其正確性驗證。在ADAMS/Car中完成虛擬樣機的正確搭建,可為后續(xù)實車性能研究和開發(fā)提供技術(shù)支持。

        1 虛擬樣機技術(shù)

        虛擬樣機技術(shù)[1]是近些年在產(chǎn)品開發(fā)的CAX,DFX及DFM等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它進一步融合了現(xiàn)代信息技術(shù)、先進仿真技術(shù)及先進制造技術(shù),是面向系統(tǒng)級設(shè)計的、應(yīng)用基于仿真設(shè)計過程的技術(shù),包含數(shù)字化物理樣機(DigitalMock-Up)、功能虛擬樣機(Functional Virtual Prototyping)及虛擬工廠仿真(Virtual Factory Simulation)的內(nèi)容。虛擬樣機在產(chǎn)品開發(fā)過程中代替物理樣機的重復(fù)制造,可極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,降低產(chǎn)品開發(fā)成本,改進產(chǎn)品質(zhì)量,提高對產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計和評估。

        1.1 虛擬樣機在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

        對于傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā),在概念設(shè)計(產(chǎn)品規(guī)劃)之后,是一個產(chǎn)品設(shè)計—樣機生產(chǎn)—對樣機測試評估—對測試評估結(jié)果反饋—設(shè)計的循環(huán)反復(fù)的過程,物理樣機的修改,以及研發(fā)階段的測試、評估及反饋均會增長產(chǎn)品開發(fā)周期,增加研發(fā)成本。

        將虛擬樣機應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,可以將傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中的設(shè)計—樣機生產(chǎn)—對樣機反復(fù)測試評估—對測試評估結(jié)果反饋—設(shè)計的需要耗費大量人力、物力的勞動過程以數(shù)字化方式進行,不僅可有效減少生產(chǎn)物理樣機的成本、縮短開發(fā)周期以及對人力資源的占用,且虛擬樣機的應(yīng)用將使產(chǎn)品的開發(fā)全生命周期的統(tǒng)一成為可能。圖1示出汽車產(chǎn)品開發(fā)流程圖。中起到核 方法的利潤比較,如圖2所示。

        由圖2可以看出,虛擬樣機在產(chǎn)品開發(fā)過程中的應(yīng)用,不僅生產(chǎn)周期明顯減少,而且利潤大幅增加。

        1.2 多體系統(tǒng)動力學(xué)MSC.ADAMS簡介

        MSC.ADAMS[2]是CAE領(lǐng)域中使用范圍最廣且應(yīng)用行業(yè)最多的機械動力學(xué)仿真工具,是一款集建模、求解及可視化于一體的虛擬樣機軟件。ADAMS/Car模塊分為Standard(標(biāo)準(zhǔn))和Template Builder(模板建模器)2種模式,并對應(yīng)不同的菜單界面功能。ADAMS/Car中有:屬性文件、模板、子系統(tǒng)及裝配組件4類文件。

        ADAMS/Car允許汽車工程師建造汽車各個子系統(tǒng)的虛擬樣機原型,并如同試驗真實樣機一樣對其進行計算機仿真分析,輸出表示操縱穩(wěn)定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的性能參數(shù)。

        2 電動汽車虛擬樣機的建立

        文章以某微型電動汽車為例,額定載客2人,其主要參數(shù)指標(biāo),如表1所示。

        表1 某微型電動汽車整車性能參數(shù)

        2.1 前懸架動力學(xué)模型的建立

        該微型電動汽車的前懸架為帶橫向推力桿跟穩(wěn)定桿的L型麥弗遜懸架。根據(jù)CATIA三維模型,建立前懸架模板文件所需要的硬點坐標(biāo)、質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量,建立帶橫向推力桿跟穩(wěn)定桿的L型麥弗遜懸架,如圖3所示。

        2.2 后懸架動力學(xué)模型的建立

        后懸架系統(tǒng)仍為麥弗遜式獨立懸架系統(tǒng),但不帶橫向推力桿及穩(wěn)定桿,通過左右橫拉桿與車架直接相連,如圖4所示。

        2.3 電動機模型的建立

        該微型電動汽車電動機的額定電壓為72 V,額定轉(zhuǎn)速為5 200 r/min,額定連續(xù)輸出功率為4.5 kW。電動機模型是以ADAMS/Car共享數(shù)據(jù)庫中的發(fā)動機模型為基礎(chǔ),配以該微型電動汽車電動機的屬性文件,導(dǎo)入發(fā)電機的殼體建立得到,如圖5所示。

        2.4 輪胎模型的建立

        該微型電動汽車的輪胎數(shù)目為2,輪胎規(guī)格為145/70R12,文章選用ADAMS/Car共享數(shù)據(jù)庫中的PAC2002,該型號的輪胎模型[3],如圖6所示。

        2.5 轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)的建立

        該微型電動汽車為齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。依據(jù)轉(zhuǎn)向系CATIA三維模型的硬點坐標(biāo)、質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量,對共享數(shù)據(jù)庫中的齒輪齒條轉(zhuǎn)向系模型進行修改,得到如圖7所示的齒輪齒條轉(zhuǎn)向系。

        2.6 車身子系統(tǒng)的建立

        文章根據(jù)微型電動汽車實車性能參數(shù),修改共享數(shù)據(jù)庫中的車身模型的質(zhì)心高度、質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量,并為該微型電動汽車簡單匹配汽車的外型結(jié)構(gòu)和電池組,獲得的該電動汽車的車身模型,如圖8所示。

        2.7 整車模型的建立

        將上述建立的該微型電動汽車的各個子系統(tǒng)跟ADAMS/Car Ride四柱試驗臺進行裝配,即可建立得到適用于平順性仿真實驗的微型電動汽車的仿真模型,如圖9所示。將上述建立的該微型電動汽車的各個子系統(tǒng)跟ADAMS/Car的整車測試試驗臺進行裝配,即可建立得到適用于操縱穩(wěn)定性仿真實驗的微型電動汽車的仿真模型,如圖10所示。

        3 模型驗證

        在ADAMS/Car標(biāo)準(zhǔn)界面中檢測所建立虛擬樣機的過約束情況及通訊器的匹配情況。經(jīng)檢測,該微型電動車整車模型沒有過約束現(xiàn)象,各通訊器匹配完全。初步驗證了文章所建立模型的可行性。在該標(biāo)準(zhǔn)界面中調(diào)用Ride模塊,完成四輪同時激振(垂向振幅為10mm的正弦波,掃描頻率從0~20Hz,仿真時間為10 s)的平順性激振試驗。試驗順利進行,沒有出現(xiàn)報錯現(xiàn)象。

        退出ADAMS/Car Ride四柱試驗臺模塊,在ADAMS/Car標(biāo)準(zhǔn)界面中進行操縱穩(wěn)定性模型的仿真試驗,仿真時間為15 s,仿真步數(shù)1 500,初始速度為40 km/h。第1次向右轉(zhuǎn)向,方向盤轉(zhuǎn)角為200°,轉(zhuǎn)向過程歷時0.2 s;第2次向左轉(zhuǎn)向,方向盤轉(zhuǎn)角為400°,轉(zhuǎn)向過程歷時0.4 s。2次轉(zhuǎn)角都維持6 s,試驗順利進行,也沒有報錯現(xiàn)象發(fā)生。

        平順性仿真試驗與操縱穩(wěn)定性試驗仿真過程中均沒有報錯現(xiàn)象發(fā)生,初步證明了虛擬樣機建立的正確性。

        4 結(jié)論

        1)根據(jù)電動汽車實車參數(shù),在ADAMS/Car中完成虛擬樣車模型的建立,通過仿真試驗初步驗證了模型的正確性,后續(xù)還可以通過實車樣車試驗與仿真試驗對比,更為準(zhǔn)確的驗證模型的準(zhǔn)確性。

        2)虛擬樣機的正確建立,可以減少設(shè)計經(jīng)費,所建立的虛擬樣機還能和物理樣機進行對比測試,以便找出其樣機的不足,它可以在同樣的時間“試驗”更多的設(shè)計方案。與常規(guī)的仿真相比它涉及的領(lǐng)域更廣,考慮也比較周全,因而可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,減少產(chǎn)品開發(fā)后期設(shè)計更改,這樣可以使得整個產(chǎn)品設(shè)計周期最小化,減少了產(chǎn)品開發(fā)過程的時間,使產(chǎn)品能更快上市。

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