黃志榮

摘 要：電動汽車具有無污染、零排放的優(yōu)點，現(xiàn)已成為汽車工業(yè)的一個研究熱點。以福田M18型電動車為研究對象，在用仿真軟件對電動車的整車模型進行裝配后，針對傳動機構的柔性約束參數(shù)進行了研究。

關鍵詞：電動汽車；傳動系統(tǒng)；仿真約束；自由度

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.073

傳動系構件在從UG導入ADAMS時，利用不同的格式可生成不同的導入文件，從UG的仿真模塊中導出的“.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”格式導出的。導入仿真軟件時，傳動系統(tǒng)各個構件間沒有約束關系，這就需要在生成其運動學模型前，單獨增加各個構件的運動約束關系。根據(jù)從動力的傳遞路線添加運動約束，同時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約束的情況發(fā)生。另外，還能增加動力，查驗約束構件的運動情況是否與實際相符。仿真軟件提供了多種約束連接方式，主要有移動副、圓柱副和轉動副等多種約束形式。

1 車架和懸架

車架是其他各個部件的裝配基體，懸架的運動方式為繞著鉸鏈軸擺動。這時，需要在鉸接點添加“轉動副”。其中，前懸架由兩個擺臂組成，這兩個擺臂鉸鏈節(jié)點的軸線需在同一條軸線上，否則在仿真運動時兩個鉸鏈節(jié)點相互干涉，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，將轉動脈沖添加到擺臂的任何“旋轉副”中，實現(xiàn)簡易的運動仿真。依據(jù)機構能否正常、平穩(wěn)地運行來檢查添加的約束是否正確。

在連接車架和懸架時，需要對彈簧和減震器進行設置。設置時，可直接使用仿真軟件力庫，通過調整彈簧的屬性進行彈簧和減震器的添加。此車型前、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；預壓力和長度可結合實際情況確定。

2 傳動系的約束

動力學模型的生成需要以下兩個步驟：①按照動力傳遞的線路，明確各構件與相連構件的運動關系；②按照運動關系確定構件的約束關系，增加相應的約束，這樣就確定了各部件之間的運動關系。增加約束時要注意連接節(jié)點和約束形式。

在增加的各種約束當中，比較復雜的是“齒輪副”的設置。下面只對齒輪副的設置作簡要說明。創(chuàng)建“齒輪副”的步驟如下：①在約束工具對話框或運動副工具庫中選齒輪運動副工具圖標 ，出現(xiàn)齒輪運動副對話框；②將齒輪運動副名稱輸入Gear Name文本框中；③將一個非負整數(shù)輸入Adams Id文本框中，確認齒輪運動副；④將注釋輸入Comments文本框；⑤將兩個簡單的運動副輸入Joint Name文本框中，并將兩個運動副ADAMS/View自動用“，”分開；⑥將速度參考標記點名稱輸入Common Velocity Marker文本框中，共同的速度方向根據(jù)Z軸方向確定，傳動比通過ADAMS/View兩個運動副位置的距離和速度可參考標記點自動計算；⑦點擊“OK”按鈕，設置齒輪運動副。

需要修改的運動副特性在運動副修改對話框中操作，具體操作如下：

運動副初始狀態(tài)：初始速度和位移，部分運動副能夠修改，對應的修改按鈕為 ；

運動副基本特性：連接類型和被連接零件等；

運動副摩擦力：可以在移動副、萬向副、轉動副和球形副上施加靜摩擦力和動摩擦力，摩擦力對應的按鈕為 ；

運動副運動：對具有自由度的運動副增加運動，對應按鈕為 。

3 輪胎仿真模型

如何簡化輪胎模型、解決路面和輪胎的接觸問題？現(xiàn)就此展開論述。輪胎的制作材料具有非壓縮性、各向異性、非線性和黏彈性，使得行駛中的汽車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)驗模型和理論模型可供選擇和比較。ADAMS軟件結合輪胎模型理論構建相應的輪胎仿真模型，方便了整車仿真模型的構建。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；用于舒適性和震動分析的SWIFT-Tyre；用于車輛動力學分析的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，實際使用中需結合具體情況調整每個模塊的技術參數(shù)。

4 模型約束自由度分析

在機械系統(tǒng)中，自由度表示確定一個零部件在空間位置所需要的獨立坐標數(shù)目，用來衡量該零部件相對于其他零部件運動的可能性。而整個系統(tǒng)的自由度表示系統(tǒng)特性的獨立運動的數(shù)目，與整個機械系統(tǒng)構件的數(shù)量、運動副的類型和數(shù)量、原動機的類型和數(shù)量以及其他約束條件有關。每個自由構件具有6個自由度。

ADMAS中自由度DOF的計算公式為：

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)內各約束所限制的自由度數(shù)目。

本文所建立的電動車動力學模型經(jīng)過ADAMS的驗證，共有37個零部件，限制了204個自由度，DOF=12，沒有重復約束和漏約束，也沒有多余的運動方程，模型檢驗正確。

5 結束語

運動約束，并對整車約束和自由度進行了分析。

參考文獻

[1]靳立強，王慶年，宋傳學.電動輪驅動汽車動力學仿真模型及試驗驗證[J].吉林大學學報，2007，37（4）.

[2]李軍，刑俊文，覃文潔，等.ADAMS實例教程[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

〔編輯：劉曉芳〕