虛擬樣機技術(shù)在運加油車研發(fā)中的應(yīng)用研究

文/蒲小波 呂宏慶

虛擬樣機技術(shù)在運加油車研發(fā)中的應(yīng)用研究

文/蒲小波 呂宏慶

在運加油車研發(fā)過程中，應(yīng)用虛擬樣機制造技術(shù)，可以縮短裝備的設(shè)計周期，降低成本，提高性能效能。本文就虛擬樣機技術(shù)在運加油車研究中的應(yīng)用作一詳細(xì)介紹。

虛擬樣機技術(shù)；運加油車

虛擬樣機技術(shù)是數(shù)字化時代在汽車工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中最重要的新技術(shù)之一。在運加油車研發(fā)過程中，應(yīng)用虛擬樣機制造技術(shù)，可以縮短裝備的設(shè)計周期，降低成本，提高性能效能。

現(xiàn)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(jù)實際情況來進(jìn)行簡化：將整車上裝部分和底盤部分簡化為一個具有質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量等物理信息的整車質(zhì)點；驅(qū)動橋簡化為一個無質(zhì)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(tǒng)動力學(xué)分析中廣泛應(yīng)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(jìn)行整車的直線行駛方面的仿真分析。見圖1：

2.整車動力學(xué)—爬坡縱傾模擬仿真分析

爬坡縱傾穩(wěn)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(shù)對越野狀態(tài)下滿裝爬坡(tgα=0.6)行駛時的工況進(jìn)行模擬仿真分析。

2.1仿真參數(shù)計算

整車最大質(zhì)量：G=18100kg (g=9.81N/kg)；車輛軸距：L=4200mm ；越野狀態(tài)下滿載軸荷分配：前軸=6125kg，后軸=11975kg;整車質(zhì)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(jìn)行模擬仿真所需的參數(shù)，根據(jù)運動學(xué)及動力學(xué)公式可得如下計算：

前軸受力情況：

后軸受力情況：

前軸距質(zhì)心距離(力臂)：

后軸距質(zhì)心距離(力臂)：

前軸載荷對整車質(zhì)心的力矩：

后軸載荷對整車質(zhì)心的力矩：

2.2 仿真設(shè)置

當(dāng)車輛在處在爬坡工況時，整車的質(zhì)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(shè)置仿真參數(shù)及仿真驅(qū)動的作用位置時應(yīng)考慮到這一點，將上面計算出的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化整合，力求得出最符合本模型的仿真參數(shù)，并且將驅(qū)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(jù)以上分析，在為整車設(shè)置驅(qū)動的作用類型時設(shè)置為力矩驅(qū)動，作用點為整車質(zhì)心坐標(biāo)點，力矩的大小為：

2.3仿真結(jié)果及分析

模型建立好之后，采用Simulation模塊進(jìn)行模型的仿真，其仿真結(jié)果如下圖3：

圖中，上揚實心曲線是整車質(zhì)心所具有的動能變化，下降虛線是整車質(zhì)心相對于大地的角速度，其呈下降趨勢的原因，是由于坐標(biāo)系建立時出現(xiàn)反向的緣故。從圖中可以看出，整車質(zhì)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(xiàn)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(jìn)行分析，圖中的虛線一直在增加（不考慮坐標(biāo)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(zhuǎn)，車頭方向向下旋轉(zhuǎn)，所以，在此種工況下，車輛不會發(fā)生向后翻的情況，安全性、穩(wěn)定性滿足行駛要求。

3.小結(jié)

通過上面的演示和分析，不難看出虛擬樣機技術(shù)在建立運加油車模型方面的優(yōu)越性，并且可以直接對運加油車的穩(wěn)定性性能進(jìn)行仿真分析，找出設(shè)計中存在的不足，同時還可以對比不同工況設(shè)置下的車輛性能，達(dá)到了最優(yōu)化設(shè)計。虛擬樣機技術(shù)是目前科學(xué)界和工程界關(guān)注的熱門技術(shù)，已進(jìn)入實用階段用于開發(fā)加油車裝備的虛擬樣機，進(jìn)行運加油車的前期開發(fā)工作，便與信息交流，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，大大提高加油車的設(shè)計水平，降低設(shè)計成本，達(dá)到物理樣機試制的一次成功的目的，帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。

后勤工程學(xué)院）