基于Modelica语言的汽车性能仿真分析

《基于Modelica语言的汽车性能仿真分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

学兔兔www.xuetutu.com制造业信总化仿真／建旗／CADICAMICAE／CAPP基于Modelica语言的汽车性能仿真分析1引言3传统车辆部件模型随着科技的高速发展，如汽车、船舶、航空航天器等i，ModelicaVMA顶层车辆部件模型复杂产品通常是机械、电子、液压、气动、控制等多学科子汽车模型通常由：驾驶员，底盘，传动系，动力装置，系统的综合体。但已有的通用建模工具，如ACSL、Easy5、制动系组成。利用Modelica语言无因果性、可重用的特SystemBuild和Simulink虽不限制应用领域但通常需要点，可以很方便地对ModelicaVAM汽车模型进行重构，花更多的建模时间；专业仿真工具，如电路(Spice)，多刚提高了建模效率-s]。体系统(ADAMS)或是化学过程(ASPENPlus)在其专业领域做得很好，但开放性较差，在处理涵盖多物理系统的模型时满足不了复杂多领域物理系统协同仿真的需要“-z]。本文采用开放、免费、面向对象的物理建模语言Modelica为建模1具。根据语言的无因果性、可重用的特点，建屯南用户自定义的系统主要部件模型库，以减少复杂多领域物理系统建模和验模的时间；在统一建模语言和建模环境下，能够支持不同领域专家独立开发部件模型，有利于提高系统建模能力[31。2Modelica／Dymola软件简介Modellca语言可以直接用微分代数方程对一般的物理模型和现象，进行建模和编译，另外Modelica语言采纳了陈述式设计思想，能够对物理系统的实际结构进行仿3．2基于Modelica／dymola的传统车辆模型库(如图2)真建模，因此建的物理系统模型有着与实际系统类似3．3驾驶员模型的层次结构。模型中根据目前基于Modelica语言的建模仿真工具有Dymola、转向盘转角信号，Mworks、MathModelica、OpenModelica等。其中Dymola促使法兰产生位(DynamicModelingLaboratory)是最为成熟的多领域物移运动，输出转向理系统仿真建模软件，具有支持跨领域建模仿真、符信号传给汽车总号处理能力、生动直观的建模环境等优点{f。本文模线；根据控制器输型基于ModelicaVMA车辆部件模型采用Dymola平入端的汽车速度台来实现和规定车速的差42机械工程师2010年第10期 学兔兔www.xuetutu.com制造业信总化仿真，建耀ICADICAMICAEICAPP动器、变速器、动力装置的接口。模型主要考虑到车体的颠簸和反弹对车体加速度计算作用在每个轮胎上载荷的影响。其中pacejka轮胎滑动模型用于解释垂直载荷变化和纵向轮胎滑移的影响。魔术公式的Pacejka轮胎模型一般认为轮胎在垂直、侧向方向上是线性的，阻尼为常量。当侧向加速度≤0．4g，侧偏角≤5。时，魔术公式对常规轮胎具有很高的拟合精度。Pacejka轮胎模型一般表达式为：Y(x)=Dsin[Carctan{Bx—E(Bx—arctan(Bx))1]式中：y()一不同情况下可以表示侧向力，也可以是回正力矩或者纵向力；一自变量，可以表示轮胎的侧偏角或纵向滑移率；曰一刚度因子；C一曲线形状囚子；D一巅因子；E一曲线曲率因子，表示曲线最大值附近的形状；、c、D依值来确定输加速和制动信号。驾驶员模块可用差值法次由轮胎的垂直载荷和外倾角来确定。对汽车的车速进行没定。3．6制动系模型3．4行驶系统模型使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车简化的传动系模型中，差速器根据差速比将动力传速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些所用给驱动轴的左右车轮，在经过传动轴将动力分配给后轴统称为汽车制动。的左右车轮。预留的driveshaft接口与变速器相连。当驾驶员踩下制动踏板，制动器对车轮施加制动力矩，阻碍车轮转动。模型中的制动踏板传感器与驾驶员模型总线相连，根据驾驶员踩下制动踏板行程的大小来调节作用在车轮卜制动力矩的大小。3．底盘模型底盘模块中包括刚性车体和轮胎及连接传动系、制3．7动力装置模型发动机是汽车的动力源，将动力经过输轴传给汽车的传动系统和相关的辅助设备。加速踏板位置接口}j驾驶员模型直接相连，因此驾驶员可根据行驶需求调节发动机的节气门开度从而控制发动机转矩大小。．8传动系模型汽车传动系是位于发动机和驱动车轮之间的动力传动装置，其功用是将发动机发的动力传给驱动车轮。现代汽车f：广泛采用活塞式内燃机作为汽车的发动机给汽车提供动力，其转矩和转速变化范罔较小，【大1此在传动系中设置了变速器可以提供不同的传动比，扩大了驱动轮和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使活塞式内燃机在有利的工况下工作。本文采用有级式齿轮变速器。机械工程师2010年第10期43 学兔兔www.xuetutu.com制造业信息化仿真，建旗ICADICAMICAEICAPP4仿真结果汽车模型仿真中使用的主要参数，如表1所示。平均百公里油耗=器×l【】0-86I4．2动力性仿真结果表1汽车仿真模型参数汽车的动力性主要由三方面的指标来评定，即最高主要参数参数值发动机最高功率：78kw@6000r／rain车速，0～1OOkm／L加速时问和最大坡度。最大扭矩：142Nm@4000r／min为测试模型的动力性，要对driver模块和tral1smissi0n汽车长X宽X高4．5l5mx1．725mx1．445mcontrol模块进行适当的调整。仿真结果如冈9所示。主减速比3．722传动比3．545／2．158／1．478／1．129／0．886汽乍质量1220kg轮胎规格l95／55R15轴距2．6m路面到整车重心的距离0．2m4．J经济性仿真结果汽车的燃油经济性常用一定运行T况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。本文选择的循环T况为美国环境保护署EPA制订图9的最高车速为l73．7km／h，卡H应的0～100km／L加的城市道路循环UDDS(UrbanDynamometerDriving速时间为13．6s。同样方法，町得模型的最大爬坡度为Schedule)1-况。车速循环跟踪情况如图7所示。33％。这三个指标的厂家试验数据为l80km／h、12s及31％。仿真数据和试验数据的比较表明，仿真模型建合珲，计算结果有很好的符合性。此外，传动系的档位与汽车的动力性、燃油经济性仃着密切的关系。由图l0、图Jl可知，车辆定油门起步过程中换过程与发动机转速的关系。在0～10．68s时，变速器处于I、Ⅱ档，曲轴转速达到1413．79dmin随着发动机转速的提高，汽车行驶速度也随之提高，当发动机转速达到l193．11r／rain时，驾驶员开始换上IU挡，发动机转速降到接近Ⅱ档的转速，可使汽车行驶平顺，无冲击感，更易J：驾驶员起步加速操作。同珲，以相应方式汽车挂入1V档和V档、由冈7吖见所建立的仿真模型可以很好地跟踪驱动循环车速的变化，表明了仿真模型的正确性和有效性。其循环时间为J367s；行驶路程为11．99km；最高车速为90．98kl11、JO】020304O50时问，s图10变速器齿轮换挡时间l4OO_1200一i商600g】[O(1O；800，?样4[1(】20o0()1()2()3()4(】5／)时间，s图l1发动机转速仿真汽车的经济性指标主要由耗油量来表示，是汽车使用性能中重要的性能。由冈8可知，存该循环中燃油消耗5结论0．703L。运用Mdoelica语言对VMA汽车建模框架中的模块44{机械工程师2010年第10期 学兔兔www.xuetutu.com制造业信总化仿真，建缀ICADICAMICAEICAPPFANUCOi系统外围故障报警的诊断仲兴国(沈阳理工大学应用技术学院装备分院，辽宁抚顺113122)摘要：研究了数控机床报警的分类，给出7报警信息的查看方法。由PMC引起的外围故障是数控机床运行过程中最常见的故障。通过一个实例介绍了外围故障诊断和排除的基本思路关键词：数控机床；PMC诊断；故障排除。中图分类号：TG659文献标识码：A0文章编号≥10O2~2333(201o)10一OO45一O2TheDiagnosisofPeripheralFaultAlarminFANUC0iSystemZHoNGXing—guo(SchoolotEquipmentManufacturing，PolytechnicSchoolofShenyangLigongUniversity，Fushunl13122，China)Abstract：TheclassificationofnumericalcontrolmabhinetoolalarmwasresearchedTheviewingmethotiofalarmintkIrmationwaspresented．TheexternalfauhcausedbyPMCtheduringtheoperationofCNCiSthemostconlmonfailure．Byanillustration．thebasicideasof,theexternalfauhdiagnosisandeliminationwasintrodueed．Keywords：CNCmachinetools；PMCdiagnosis；removaloffauh数控机床的电气系统复杂，故障现象也千奇百怪，各存一般情况下，外围故障的发生机牢较系统故障的不相同，如何能迅速找}}J故障隐患并及时排除，这是数控机率要高。不同结构类型的机床会有不同的外围故障，而机床维修人员所而临的最现实、最直接的问题。本文仅以要对外同故障做出快速准确的定位和排除，就必须对所具体的故障为例，介绍使用FANUCOi数控系统提供的要维修的机床的机械结构、电气原理、数控系统、各个机维修功能进行故障排除的方法。床动作、操作方法有一个全面的认识。若在机床正常的时1外围报警与系统报警候，对机床的每一个动作进行仔细的观察，便能够在机床为方便起见，把南机床厂家根据不同的机床结构所异常时，根据平时观察所得与之对比，从而做~IlX~故障的可以预见的异常情况汇总后，由机床厂家自己编写错误快速诊断排除。与此同时，高效地使用FANUCOi系统代码和报警信息，这类故障称为外围报警(这是相对于数提供的丰富的维修功能，包括PMC梯形图实时监控、I／0控系统而言)。也就是说不同结构类型的机床有不同的外接口的状态检查跟踪、诊断功能也是做到对故障的快部故障的错误代码和报警信息。而由数控系统生产厂家速诊断与排除的一个关键囚素。根据数控系统部件所能预见的异常情况汇总后，所编写2报警信息的查看方法的错误代码和报警信息，这类故障称为系统报警(数控系数控系统可对其本身以及其相连的各种设备进行实统故障)。数控系统故障的错误代码和报警信息不会因不时的自诊断。当数控机床出现不能保证正常运行的状态或同结构类型的机床而改变，不同型号的数控系统的系统异常都可以通过数控系统强大的功能，对其数控系统自身报警可能会有所不同。系统报警是数控系统生产厂家在及所连接的各种设备进行实时的自诊断。当数控机床m现数控系统传递到机床厂家之前就编写好的，足同定不变不能满足保证正常运行的状态或异常时，数控系统就会报的，机床厂家没法对其进行编辑和增删。警，并将在屏幕中显示相关的报警信息及处理方法。这样，进行适当修改，建J，系统的仿真模型。虽然在仿真模[4]赵翼翔，陈新度，陈新．基于Modeliea的机电液系统多领域统的运行条件中忽略了汽车行驶的各种阻力和能耗，但仿一建模与仿真[J]．机床液压，2009，37(6)：166一I69．真结果能比较正确地反映汽车的各项性能。通过应用[5jTILLERM，BOWLESP，DEMPSEYM．DevelopmentotaVehicleModellingArehitectureinModelicafIC]／／Iroeeedingsofthe3rddymola软件对汽车设计‘、性能预测进行仿真分析，为今后Internati(1l1alModelieaConferenee．汽车．性能的研究提供一种新的方法和手段。[6]CHENW，QING．ModelingofConventionalVehieleinModeliea[参考文献]ICJ／／Modelica+2008．March3⋯一4⋯：321—325．[1jTIMERMM．[ntroduetiont()PhysicalModelingwithModeliea(编辑昊天)[M．KluwerAcademicPuhlishers，2001．[2]畅世文，郁慕侨．而向对象的液力机械传动箱建模与仿真lJI_华北l学院学报，2004，25(3)：171—176作者简介：董亮(1982一)，女，硕士研究生，研究方向为车辆动力仿真l3j任志彬，等．基于Modelica和Dymola的航空发动机燃气发生器奔抵．．的建模j性能仿真lJJ．航空发动机，2006，32(4)：36—39．收稿日期：2010—06—07机械工程师2010年第10期45