鄭書嵐

AMESim仿真軟件在汽車機電技術(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，可進行液壓系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、伺服控制、熱計算等多方面的仿真。文章介紹了AMESim軟件基本仿真環(huán)境，及其在汽車機電、汽車發(fā)動機、自動駕駛等方面的應(yīng)用。并對某型號的汽車發(fā)動機齒輪組進行了仿真模型的建立，通過轉(zhuǎn)速輸入控制，得到了齒輪組末端轉(zhuǎn)速響應(yīng)情況，可對發(fā)動機齒輪動力學(xué)進行預(yù)演仿真分析。將AMESim應(yīng)用于汽車機電系統(tǒng)設(shè)計中，為其設(shè)計及優(yōu)化提供仿真環(huán)境和設(shè)計參考。

AMESim；仿真技術(shù)；汽車機電；ADAMS；MATLAB

引言

在汽車機電設(shè)計中發(fā)現(xiàn)有些內(nèi)容需要預(yù)先進行設(shè)計計算，而有些內(nèi)容往往無法通過物理實驗獲取或并不具備實驗?zāi)芰Γ虼诵璨捎糜嬎銠C仿真技術(shù)進行建模和仿真計算[1,2]。在汽車機電技術(shù)方面的仿真軟件有多種，如虛擬儀器平臺的LabView軟件、AMESim液壓系統(tǒng)仿真軟件、數(shù)值計算軟件MATLAB、機械系統(tǒng)動力學(xué)軟件ADAMS、ANSYS等[3]。董榮寶[4]等簡述了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)的工程實踐提供指導(dǎo)。楊瑞東[5]等設(shè)計單水泵供給電池、電機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下進行水泵的PID控制與開關(guān)控制的對比，得出PID控制具有更高的效率。通過計算機仿真技術(shù)可在產(chǎn)品制造前對產(chǎn)品的性能提前預(yù)知，并根據(jù)仿真計算結(jié)果進一步優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計與性能等。AMESim作為一款液壓與機電結(jié)合的仿真系統(tǒng)解決方案，已廣泛應(yīng)用于機械、電子、液壓、汽車、動力學(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)境與汽車機電技術(shù)仿真

1.1 AMESim仿真環(huán)境

AMESim是一款專業(yè)的機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、機械組件、電氣芯片組件、信號與控制組件等。AMESim將構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)的最小要素抽取出來，通過拖動圖標的形式實現(xiàn)了較少要素完成最符合實際工程應(yīng)用的復(fù)雜系統(tǒng)模型，提高了開發(fā)效率。軟件通過圖形界面方式即可以實現(xiàn)對仿真模型的搭建、參數(shù)設(shè)定、模型修改、單元擴充以及改變等，而無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在汽車機電仿真中的應(yīng)用

在汽車機電方面，AMESim可進行汽車發(fā)動機、發(fā)動機熱管理、汽車輪胎、齒輪驅(qū)動系統(tǒng)、自動駕駛、車身、液壓與電子系統(tǒng)集成、電子與控制系統(tǒng)等的仿真計算。

在汽車發(fā)動機方面，AMESim可進行發(fā)動機設(shè)計與性能研究，發(fā)動機啟停應(yīng)用、均值引擎模型的應(yīng)用、致動器模型和控制器、帶MiL/SiL/HiL應(yīng)用控制的全動力系統(tǒng)模型等。另外，汽車發(fā)動機節(jié)流閥執(zhí)行器控制器，在AMESim中可進行單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機的仿真計算，通過圖標模型搭建的方式實現(xiàn)發(fā)動機模型的建立，也可通過其他軟件搭建發(fā)動機的三維實體模型，通過聯(lián)合接口的方式實現(xiàn)交互仿真。

在自動駕駛方面，AMESim可進行自動駕駛系統(tǒng)自動加減速、自動轉(zhuǎn)向、自動會車判斷等的仿真，通過設(shè)置汽車的整體模型與控制器模型，可實現(xiàn)上述功能，通過與Simcenter等軟件的聯(lián)合可進一步直觀地觀測啟動駕駛汽車的運行情況，如圖1所示的自動駕駛汽車處理會車情況時的3D仿真情況，自動駕駛汽車可自動判斷來車，并在合適的時間階段自動減速與加速，保證行駛過程的安全。

圖1 自動駕駛汽車會車判斷與自動加減速

在汽車機電控制方面，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)動控制、控制系統(tǒng)優(yōu)化、控制程序代碼的生成等功能。控制系統(tǒng)模型包括兩種，一種為通過AMESim圖標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均可對這兩種模型進行仿真和計算。

圖2 AMESim汽車機電控制抽象模型

在AMESim中搭建發(fā)動機的齒輪組模型，如圖3所示，通過設(shè)置沒對齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、接觸剛度、阻尼等參數(shù)，對主動輪加載運動信號可得其他齒輪的運行參數(shù)，通過這些參數(shù)，設(shè)計人員可預(yù)先知曉發(fā)動機的某些齒輪對的運轉(zhuǎn)情況，從而可進一步優(yōu)化齒輪組設(shè)計等。在AMESim中可搭建多個齒輪組共同工作的模型，以擴展其齒輪組仿真的應(yīng)用能力，同時可加入電機模型和電池模型等實現(xiàn)汽車動力電池的再生制動能量回收的仿真。

圖3 汽車發(fā)動機齒輪組AMESim模型

2 結(jié)束語

針對汽車機電設(shè)計階段可采用AMESim進行相關(guān)的仿真計算與研究。本文介紹了AMESim仿真環(huán)境及可在機械、液壓、電氣等方面的應(yīng)用，針對汽車機電應(yīng)用可進行汽車發(fā)動機、汽車輪胎、齒輪驅(qū)動系統(tǒng)、自動駕駛與控制等的仿真計算，并對其中的某些應(yīng)用進行了介紹，為AMESim在汽車機電技術(shù)仿真中的應(yīng)用提供參考。

[1] 陳遠龍,呂安生,侯亭波,等.基于AMESim與ADAMS的抓臂式清污機工作裝置聯(lián)合仿真研究[J].液壓與氣動,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].液壓氣動與密封,2020,40(09):17-20.

[5] 楊瑞東,徐啟良,楊國藝.基于AMEsim的電動汽車單水泵冷卻回路仿真[J].汽車實用技術(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：汽車機電與維修。