福田M18型電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)仿真約束研究

黃志榮

摘 要：電動(dòng)汽車(chē)具有無(wú)污染、零排放的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為汽車(chē)工業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。以福田M18型電動(dòng)車(chē)為研究對(duì)象，在用仿真軟件對(duì)電動(dòng)車(chē)的整車(chē)模型進(jìn)行裝配后，針對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的柔性約束參數(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；傳動(dòng)系統(tǒng)；仿真約束；自由度

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.073

傳動(dòng)系構(gòu)件在從UG導(dǎo)入ADAMS時(shí)，利用不同的格式可生成不同的導(dǎo)入文件，從UG的仿真模塊中導(dǎo)出的“.anl”文件具有部分約束。本文涉及的“.xmt_txt”文件是在建模模塊中利用“Parasolid”格式導(dǎo)出的。導(dǎo)入仿真軟件時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)構(gòu)件間沒(méi)有約束關(guān)系，這就需要在生成其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型前，單獨(dú)增加各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系。根據(jù)從動(dòng)力的傳遞路線(xiàn)添加運(yùn)動(dòng)約束，同時(shí)按照能量流的傳遞路徑增加約束，采用這種方法可以避免漏約束或重復(fù)約束的情況發(fā)生。另外，還能增加動(dòng)力，查驗(yàn)約束構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況是否與實(shí)際相符。仿真軟件提供了多種約束連接方式，主要有移動(dòng)副、圓柱副和轉(zhuǎn)動(dòng)副等多種約束形式。

1 車(chē)架和懸架

車(chē)架是其他各個(gè)部件的裝配基體，懸架的運(yùn)動(dòng)方式為繞著鉸鏈軸擺動(dòng)。這時(shí)，需要在鉸接點(diǎn)添加“轉(zhuǎn)動(dòng)副”。其中，前懸架由兩個(gè)擺臂組成，這兩個(gè)擺臂鉸鏈節(jié)點(diǎn)的軸線(xiàn)需在同一條軸線(xiàn)上，否則在仿真運(yùn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)鉸鏈節(jié)點(diǎn)相互干涉，影響仿真的精確度。添加約束后的前懸架如圖1所示。

圖1 添加約束后的前懸架圖

添加上述約束之后，將轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖添加到擺臂的任何“旋轉(zhuǎn)副”中，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的運(yùn)動(dòng)仿真。依據(jù)機(jī)構(gòu)能否正常、平穩(wěn)地運(yùn)行來(lái)檢查添加的約束是否正確。

在連接車(chē)架和懸架時(shí)，需要對(duì)彈簧和減震器進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置時(shí)，可直接使用仿真軟件力庫(kù)，通過(guò)調(diào)整彈簧的屬性進(jìn)行彈簧和減震器的添加。此車(chē)型前、后懸架的阻尼系數(shù)為：C1=1.0 N·s/mm，C2=0.78 N·s/mm；彈簧剛度為：K1=62 N/mm，K2=54 N/mm；預(yù)壓力和長(zhǎng)度可結(jié)合實(shí)際情況確定。

2 傳動(dòng)系的約束

動(dòng)力學(xué)模型的生成需要以下兩個(gè)步驟：①按照動(dòng)力傳遞的線(xiàn)路，明確各構(gòu)件與相連構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；②按照運(yùn)動(dòng)關(guān)系確定構(gòu)件的約束關(guān)系，增加相應(yīng)的約束，這樣就確定了各部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。增加約束時(shí)要注意連接節(jié)點(diǎn)和約束形式。

在增加的各種約束當(dāng)中，比較復(fù)雜的是“齒輪副”的設(shè)置。下面只對(duì)齒輪副的設(shè)置作簡(jiǎn)要說(shuō)明。創(chuàng)建“齒輪副”的步驟如下：①在約束工具對(duì)話(huà)框或運(yùn)動(dòng)副工具庫(kù)中選齒輪運(yùn)動(dòng)副工具圖標(biāo) ，出現(xiàn)齒輪運(yùn)動(dòng)副對(duì)話(huà)框；②將齒輪運(yùn)動(dòng)副名稱(chēng)輸入Gear Name文本框中；③將一個(gè)非負(fù)整數(shù)輸入Adams Id文本框中，確認(rèn)齒輪運(yùn)動(dòng)副；④將注釋輸入Comments文本框；⑤將兩個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)副輸入Joint Name文本框中，并將兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副ADAMS/View自動(dòng)用“，”分開(kāi)；⑥將速度參考標(biāo)記點(diǎn)名稱(chēng)輸入Common Velocity Marker文本框中，共同的速度方向根據(jù)Z軸方向確定，傳動(dòng)比通過(guò)ADAMS/View兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副位置的距離和速度可參考標(biāo)記點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算；⑦點(diǎn)擊“OK”按鈕，設(shè)置齒輪運(yùn)動(dòng)副。

需要修改的運(yùn)動(dòng)副特性在運(yùn)動(dòng)副修改對(duì)話(huà)框中操作，具體操作如下：

運(yùn)動(dòng)副初始狀態(tài)：初始速度和位移，部分運(yùn)動(dòng)副能夠修改，對(duì)應(yīng)的修改按鈕為 ；

運(yùn)動(dòng)副基本特性：連接類(lèi)型和被連接零件等；

運(yùn)動(dòng)副摩擦力：可以在移動(dòng)副、萬(wàn)向副、轉(zhuǎn)動(dòng)副和球形副上施加靜摩擦力和動(dòng)摩擦力，摩擦力對(duì)應(yīng)的按鈕為 ；

運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)：對(duì)具有自由度的運(yùn)動(dòng)副增加運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)按鈕為 。

3 輪胎仿真模型

如何簡(jiǎn)化輪胎模型、解決路面和輪胎的接觸問(wèn)題？現(xiàn)就此展開(kāi)論述。輪胎的制作材料具有非壓縮性、各向異性、非線(xiàn)性和黏彈性，使得行駛中的汽車(chē)輪胎具有一定的特殊性。ADAMS軟件含有輪胎模型，且使用目前廣泛使用的輪胎模型。此外，ADAMS軟件還有不同的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ涂晒┻x擇和比較。ADAMS軟件結(jié)合輪胎模型理論構(gòu)建相應(yīng)的輪胎仿真模型，方便了整車(chē)仿真模型的構(gòu)建。其包含的輪胎模型有：用于穩(wěn)態(tài)操縱穩(wěn)定性分析的Pacejka89、MF-Tyre和Pacejka94；用于舒適性和震動(dòng)分析的SWIFT-Tyre；用于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)分析的UA、MF-Swift、Delft-Tyre和Fiala。本文采用Fiala輪胎模型，輪胎模塊包括dimension、units、parameter、model和shape子模塊，實(shí)際使用中需結(jié)合具體情況調(diào)整每個(gè)模塊的技術(shù)參數(shù)。

4 模型約束自由度分析

在機(jī)械系統(tǒng)中，自由度表示確定一個(gè)零部件在空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目，用來(lái)衡量該零部件相對(duì)于其他零部件運(yùn)動(dòng)的可能性。而整個(gè)系統(tǒng)的自由度表示系統(tǒng)特性的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，與整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)量、原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和數(shù)量以及其他約束條件有關(guān)。每個(gè)自由構(gòu)件具有6個(gè)自由度。

ADMAS中自由度DOF的計(jì)算公式為：

DOF=6×（n-1）- . （1）

式（1）中：n為系統(tǒng)的零部件數(shù)目（包括地面）；ni為系統(tǒng)內(nèi)各約束所限制的自由度數(shù)目。

本文所建立的電動(dòng)車(chē)動(dòng)力學(xué)模型經(jīng)過(guò)ADAMS的驗(yàn)證，共有37個(gè)零部件，限制了204個(gè)自由度，DOF=12，沒(méi)有重復(fù)約束和漏約束，也沒(méi)有多余的運(yùn)動(dòng)方程，模型檢驗(yàn)正確。

5 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)動(dòng)約束，并對(duì)整車(chē)約束和自由度進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)

[1]靳立強(qiáng)，王慶年，宋傳學(xué).電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真模型及試驗(yàn)驗(yàn)證[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，37（4）.

[2]李軍，刑俊文，覃文潔，等.ADAMS實(shí)例教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.

〔編輯：劉曉芳〕