鄭書嵐

AMESim仿真軟件在汽車機(jī)電技術(shù)中的應(yīng)用

鄭書嵐

（安徽電氣工程學(xué)校，安徽 合肥 230031）

AMESim是一款專業(yè)的液壓系統(tǒng)仿真軟件，可進(jìn)行液壓系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、伺服控制、熱計(jì)算等多方面的仿真。文章介紹了AMESim軟件基本仿真環(huán)境，及其在汽車機(jī)電、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)駕駛等方面的應(yīng)用。并對(duì)某型號(hào)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪組進(jìn)行了仿真模型的建立，通過(guò)轉(zhuǎn)速輸入控制，得到了齒輪組末端轉(zhuǎn)速響應(yīng)情況，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪動(dòng)力學(xué)進(jìn)行預(yù)演仿真分析。將AMESim應(yīng)用于汽車機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為其設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供仿真環(huán)境和設(shè)計(jì)參考。

AMESim；仿真技術(shù)；汽車機(jī)電；ADAMS；MATLAB

引言

在汽車機(jī)電設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)有些內(nèi)容需要預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，而有些內(nèi)容往往無(wú)法通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)獲取或并不具備實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，因此需采用?jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行建模和仿真計(jì)算[1,2]。在汽車機(jī)電技術(shù)方面的仿真軟件有多種，如虛擬儀器平臺(tái)的LabView軟件、AMESim液壓系統(tǒng)仿真軟件、數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS、ANSYS等[3]。董榮寶[4]等簡(jiǎn)述了AC伺服泵控液壓系統(tǒng)的工作原理，并基于AMESim軟件建立了整體仿真模型，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)性能較好，可為該型液壓系統(tǒng)的工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。楊瑞東[5]等設(shè)計(jì)單水泵供給電池、電機(jī)電控冷卻液的冷卻回路，并在AMEsim建立了仿真模型，在最佳冷卻水溫度的目標(biāo)下進(jìn)行水泵的PID控制與開關(guān)控制的對(duì)比，得出PID控制具有更高的效率。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可在產(chǎn)品制造前對(duì)產(chǎn)品的性能提前預(yù)知，并根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與性能等。AMESim作為一款液壓與機(jī)電結(jié)合的仿真系統(tǒng)解決方案，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、液壓、汽車、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、航空航天、船舶與海洋工程等中。

1 AMESim的仿真環(huán)境與汽車機(jī)電技術(shù)仿真

1.1 AMESim仿真環(huán)境

AMESim是一款專業(yè)的機(jī)電液一體化仿真軟件，軟件的仿真環(huán)境提供了許多常見的液壓系統(tǒng)元件，可選擇液壓組件、機(jī)械組件、電氣芯片組件、信號(hào)與控制組件等。AMESim將構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)的最小要素抽取出來(lái)，通過(guò)拖動(dòng)圖標(biāo)的形式實(shí)現(xiàn)了較少要素完成最符合實(shí)際工程應(yīng)用的復(fù)雜系統(tǒng)模型，提高了開發(fā)效率。軟件通過(guò)圖形界面方式即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真模型的搭建、參數(shù)設(shè)定、模型修改、單元擴(kuò)充以及改變等，而無(wú)需像其他仿真軟件那樣編寫仿真程序代碼，將模型的數(shù)學(xué)模型隱藏到底層，用戶只需關(guān)心模型的匹配與連接即可。

1.2 AMESim在汽車機(jī)電仿真中的應(yīng)用

在汽車機(jī)電方面，AMESim可進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理、汽車輪胎、齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛、車身、液壓與電子系統(tǒng)集成、電子與控制系統(tǒng)等的仿真計(jì)算。

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)方面，AMESim可進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與性能研究，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停應(yīng)用、均值引擎模型的應(yīng)用、致動(dòng)器模型和控制器、帶MiL/SiL/HiL應(yīng)用控制的全動(dòng)力系統(tǒng)模型等。另外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥執(zhí)行器控制器，在AMESim中可進(jìn)行單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真計(jì)算，通過(guò)圖標(biāo)模型搭建的方式實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立，也可通過(guò)其他軟件搭建發(fā)動(dòng)機(jī)的三維實(shí)體模型，通過(guò)聯(lián)合接口的方式實(shí)現(xiàn)交互仿真。

在自動(dòng)駕駛方面，AMESim可進(jìn)行自動(dòng)駕駛系統(tǒng)自動(dòng)加減速、自動(dòng)轉(zhuǎn)向、自動(dòng)會(huì)車判斷等的仿真，通過(guò)設(shè)置汽車的整體模型與控制器模型，可實(shí)現(xiàn)上述功能，通過(guò)與Simcenter等軟件的聯(lián)合可進(jìn)一步直觀地觀測(cè)啟動(dòng)駕駛汽車的運(yùn)行情況，如圖1所示的自動(dòng)駕駛汽車處理會(huì)車情況時(shí)的3D仿真情況，自動(dòng)駕駛汽車可自動(dòng)判斷來(lái)車，并在合適的時(shí)間階段自動(dòng)減速與加速，保證行駛過(guò)程的安全。

圖1 自動(dòng)駕駛汽車會(huì)車判斷與自動(dòng)加減速

在汽車機(jī)電控制方面，AMESim提供了一套仿真控制模型，其基本原理如圖2所示。在仿真環(huán)境中可進(jìn)行線性模型仿真、非線性模型仿真、跟蹤控制、PID控制、與PLC等的聯(lián)動(dòng)控制、控制系統(tǒng)優(yōu)化、控制程序代碼的生成等功能?？刂葡到y(tǒng)模型包括兩種，一種為通過(guò)AMESim圖標(biāo)模型搭建的物理模型，一種為控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型，AMESim均可對(duì)這兩種模型進(jìn)行仿真和計(jì)算。

圖2 AMESim汽車機(jī)電控制抽象模型

在AMESim中搭建發(fā)動(dòng)機(jī)的齒輪組模型，如圖3所示，通過(guò)設(shè)置沒對(duì)齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、接觸剛度、阻尼等參數(shù)，對(duì)主動(dòng)輪加載運(yùn)動(dòng)信號(hào)可得其他齒輪的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)，設(shè)計(jì)人員可預(yù)先知曉發(fā)動(dòng)機(jī)的某些齒輪對(duì)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從而可進(jìn)一步優(yōu)化齒輪組設(shè)計(jì)等。在AMESim中可搭建多個(gè)齒輪組共同工作的模型，以擴(kuò)展其齒輪組仿真的應(yīng)用能力，同時(shí)可加入電機(jī)模型和電池模型等實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力電池的再生制動(dòng)能量回收的仿真。

圖3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪組AMESim模型

2 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)汽車機(jī)電設(shè)計(jì)階段可采用AMESim進(jìn)行相關(guān)的仿真計(jì)算與研究。本文介紹了AMESim仿真環(huán)境及可在機(jī)械、液壓、電氣等方面的應(yīng)用，針對(duì)汽車機(jī)電應(yīng)用可進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車輪胎、齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛與控制等的仿真計(jì)算，并對(duì)其中的某些應(yīng)用進(jìn)行了介紹，為AMESim在汽車機(jī)電技術(shù)仿真中的應(yīng)用提供參考。

[1] 陳遠(yuǎn)龍,呂安生,侯亭波,等.基于AMESim與ADAMS的抓臂式清污機(jī)工作裝置聯(lián)合仿真研究[J].液壓與氣動(dòng),2020(01):137-141.

[2] Fan, Q, Zhang, H, Sun, M, et al.Research on the Influence of the Size Change of Hydraulic Excavator's Working Mechanism on the Working Performance[J].Jixie Gongcheng Xuebao/Journal of Mech -anical Engineering, 2017,53(7):154-163.

[3] Li, F, Tong, S, Wang, X.Dynamic optimization design for working device of hydraulic excavator based on modal analysis[J].Nongye Jixie Xuebao/Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014,45(4):28-36.

[4] 董榮寶,謝吉明.基于AMESim的AC伺服泵控液壓系統(tǒng)的仿真與分析[J].液壓氣動(dòng)與密封,2020,40(09):17-20.

[5] 楊瑞東,徐啟良,楊國(guó)藝.基于AMEsim的電動(dòng)汽車單水泵冷卻回路仿真[J].汽車實(shí)用技術(shù), 2020,45(16):16-17+71.

Application of AMESim Simulation Software in Automotive Electromechanical Technology

Zheng Shulan

( Anhui Electrical Engineering School, Anhui Hefei 230031 )

AMESim is a professional hydraulic system simulation software, which can simulate hydraulic system, electromechanical system, servo control, thermal calculation and other aspects. This paper introduces the basic simulation environment of AMESim software and its application in Automobile Electromechanical, automobile engine and automatic driving. And the simulation model of a certain type of automobile engine gear set is established. Through the speed input control, the speed response at the end of the gear set is obtained, which can be used for the preview simulation analysis of engine gear dynamics. AMESim is applied to the design of Automobile Electromechanical system to provide simulation environment and design reference for its design and optimization.

AMESim; Simulation technology; Automotive electromechanical; ADAMS; MATLAB

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.035

U467

B

1671-7988(2021)06-115-02

U467

B

1671-7988(2021)06-115-02

鄭書嵐（1984.04-），女，安徽東至人，本科，講師，研究方向：汽車機(jī)電與維修。