虛擬樣機技術在運加油車研發中的應用研究

文/蒲小波 呂宏慶

虛擬樣機技術在運加油車研發中的應用研究

文/蒲小波 呂宏慶

在運加油車研發過程中，應用虛擬樣機制造技術，可以縮短裝備的設計周期，降低成本，提高性能效能。本文就虛擬樣機技術在運加油車研究中的應用作一詳細介紹。

虛擬樣機技術；運加油車

虛擬樣機技術是數字化時代在汽車工業設計領域中最重要的新技術之一。在運加油車研發過程中，應用虛擬樣機制造技術，可以縮短裝備的設計周期，降低成本，提高性能效能。

現以某型運加油車為例，展示其虛擬樣機建模及仿真分析流程。

1.整車模型建立

整車模型的建立可以根據實際情況來進行簡化：將整車上裝部分和底盤部分簡化為一個具有質量、質心、轉動慣量等物理信息的整車質點；驅動橋簡化為一個無質量的剛性桿件；起連接作用的板簧和柔性襯套簡化為彈簧；輪胎采用在汽車系統動力學分析中廣泛應用的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。這個模型可以進行整車的直線行駛方面的仿真分析。見圖1：

2.整車動力學—爬坡縱傾模擬仿真分析

爬坡縱傾穩定性是運加油車的重要性能，直接影響到車輛在坡道上的性能和安全，下面就用虛擬樣機技術對越野狀態下滿裝爬坡(tgα=0.6)行駛時的工況進行模擬仿真分析。

2.1仿真參數計算

整車最大質量：G=18100kg (g=9.81N/kg)；車輛軸距：L=4200mm ；越野狀態下滿載軸荷分配：前軸=6125kg，后軸=11975kg;整車質心點位置：(2937.92mm,1518.1mm)以前軸中心點在地面投影處為原點，從車頭向車尾方向為正。見圖2：

為了得到整車進行模擬仿真所需的參數，根據運動學及動力學公式可得如下計算：

前軸受力情況：

后軸受力情況：

前軸距質心距離(力臂)：

后軸距質心距離(力臂)：

前軸載荷對整車質心的力矩：

后軸載荷對整車質心的力矩：

2.2 仿真設置

當車輛在處在爬坡工況時，整車的質心位置后移，如果偏移量過大，就會造成以后輪軸為支點的向后縱翻。故在設置仿真參數及仿真驅動的作用位置時應考慮到這一點，將上面計算出的參數進行優化整合，力求得出最符合本模型的仿真參數，并且將驅動的作用奠基作用效果矢量疊加，簡化仿真計算過程，提高效率。

根據以上分析，在為整車設置驅動的作用類型時設置為力矩驅動，作用點為整車質心坐標點，力矩的大小為：

2.3仿真結果及分析

模型建立好之后，采用Simulation模塊進行模型的仿真，其仿真結果如下圖3：

圖中，上揚實心曲線是整車質心所具有的動能變化，下降虛線是整車質心相對于大地的角速度，其呈下降趨勢的原因，是由于坐標系建立時出現反向的緣故。從圖中可以看出，整車質心的動能是增加的，說明在前后軸載荷所造成力矩不等的情況下，車輛具有縱傾的趨勢，只是由于有地面支持力而沒有表現出宏觀的運動。在分析的工況下 (滿載油品5000L以最大爬坡角爬坡)，車輛具有縱傾的趨勢。在從其角速度情況進行分析，圖中的虛線一直在增加（不考慮坐標系相反的影響），而且角速度為正值，說明車輛的縱傾趨勢是逆時針旋轉，車頭方向向下旋轉，所以，在此種工況下，車輛不會發生向后翻的情況，安全性、穩定性滿足行駛要求。

3.小結

通過上面的演示和分析，不難看出虛擬樣機技術在建立運加油車模型方面的優越性，并且可以直接對運加油車的穩定性性能進行仿真分析，找出設計中存在的不足，同時還可以對比不同工況設置下的車輛性能，達到了最優化設計。虛擬樣機技術是目前科學界和工程界關注的熱門技術，已進入實用階段用于開發加油車裝備的虛擬樣機，進行運加油車的前期開發工作，便與信息交流，及早發現設計中的問題，大大提高加油車的設計水平，降低設計成本，達到物理樣機試制的一次成功的目的，帶來很大的經濟效益。

后勤工程學院）