福田M18型电动车传动系统仿真约束研究

黄志荣

摘 要：电动汽车具有无污染、零排放的优点，现已成为汽车工业的一个研究热点。以福田M18型电动车为研究对象，在用仿真软件对电动车的整车模型进行装配后，针对传动机构的柔性约束参数进行了研究。

关键词：电动汽车；传动系统；仿真约束；自由度

中图分类号：U469.72 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.073

传动系构件在从UG导入ADAMS时，利用不同的格式可生成不同的导入文件，从UG的仿真模块中导出的“.anl”文件具有部分约束。本文涉及的“.xmt_txt”文件是在建模模块中利用“Parasolid”格式导出的。导入仿真软件时，传动系统各个构件间没有约束关系，这就需要在生成其运动学模型前，单独增加各个构件的运动约束关系。根据从动力的传递路线添加运动约束，同时按照能量流的传递路径增加约束，采用这种方法可以避免漏约束或重复约束的情况发生。另外，还能增加动力，查验约束构件的运动情况是否与实际相符。仿真软件提供了多种约束连接方式，主要有移动副、圆柱副和转动副等多种约束形式。

1 车架和悬架

车架是其他各个部件的装配基体，悬架的运动方式为绕着铰链轴摆动。这时，需要在铰接点添加“转动副”。其中，前悬架由两个摆臂组成，这两个摆臂铰链节点的轴线需在同一条轴线上，否则在仿真运动时两个铰链节点相互干涉，影响仿真的精确度。添加约束后的前悬架如图1所示。

图1 添加约束后的前悬架图

添加上述约束之后，将转动脉冲添加到摆臂的任何“旋转副”中，实现简易的运动仿真。依据机构能否正常、平稳地运行来检查添加的约束是否正确。

在连接车架和悬架时，需要对弹簧和减震器进行设置。设置时，可直接使用仿真软件力库，通过调整弹簧的属性进行弹簧和减震器的添加。此车型前、后悬架的阻尼系数为：C1=1.0 N·s/mm，C2=0.78 N·s/mm；弹簧刚度为：K1=62 N/mm，K2=54 N/mm；预压力和长度可结合实际情况确定。

2 传动系的约束

动力学模型的生成需要以下两个步骤：①按照动力传递的线路，明确各构件与相连构件的运动关系；②按照运动关系确定构件的约束关系，增加相应的约束，这样就确定了各部件之间的运动关系。增加约束时要注意连接节点和约束形式。

在增加的各种约束当中，比较复杂的是“齿轮副”的设置。下面只对齿轮副的设置作简要说明。创建“齿轮副”的步骤如下：①在约束工具对话框或运动副工具库中选齿轮运动副工具图标 ，出现齿轮运动副对话框；②将齿轮运动副名称输入Gear Name文本框中；③将一个非负整数输入Adams Id文本框中，确认齿轮运动副；④将注释输入Comments文本框；⑤将两个简单的运动副输入Joint Name文本框中，并将两个运动副ADAMS/View自动用“，”分开；⑥将速度参考标记点名称输入Common Velocity Marker文本框中，共同的速度方向根据Z轴方向确定，传动比通过ADAMS/View两个运动副位置的距离和速度可参考标记点自动计算；⑦点击“OK”按钮，设置齿轮运动副。

需要修改的运动副特性在运动副修改对话框中操作，具体操作如下：

运动副初始状态：初始速度和位移，部分运动副能够修改，对应的修改按钮为 ；

运动副基本特性：连接类型和被连接零件等；

运动副摩擦力：可以在移动副、万向副、转动副和球形副上施加静摩擦力和动摩擦力，摩擦力对应的按钮为 ；

运动副运动：对具有自由度的运动副增加运动，对应按钮为 。

3 轮胎仿真模型

如何简化轮胎模型、解决路面和轮胎的接触问题？现就此展开论述。轮胎的制作材料具有非压缩性、各向异性、非线性和黏弹性，使得行驶中的汽车轮胎具有一定的特殊性。ADAMS软件含有轮胎模型，且使用目前广泛使用的轮胎模型。此外，ADAMS软件还有不同的经验模型和理论模型可供选择和比较。ADAMS软件结合轮胎模型理论构建相应的轮胎仿真模型，方便了整车仿真模型的构建。其包含的轮胎模型有：用于稳态操纵稳定性分析的Pacejka89、MF-Tyre和Pacejka94；用于舒适性和震动分析的SWIFT-Tyre；用于车辆动力学分析的UA、MF-Swift、Delft-Tyre和Fiala。本文采用Fiala轮胎模型，轮胎模块包括dimension、units、parameter、model和shape子模块，实际使用中需结合具体情况调整每个模块的技术参数。

4 模型约束自由度分析

在机械系统中，自由度表示确定一个零部件在空间位置所需要的独立坐标数目，用来衡量该零部件相对于其他零部件运动的可能性。而整个系统的自由度表示系统特性的独立运动的数目，与整个机械系统构件的数量、运动副的类型和数量、原动机的类型和数量以及其他约束条件有关。每个自由构件具有6个自由度。

ADMAS中自由度DOF的计算公式为：

DOF=6×（n-1）- . （1）

式（1）中：n为系统的零部件数目（包括地面）；ni为系统内各约束所限制的自由度数目。

本文所建立的电动车动力学模型经过ADAMS的验证，共有37个零部件，限制了204个自由度，DOF=12，没有重复约束和漏约束，也没有多余的运动方程，模型检验正确。

5 结束语

运动约束，并对整车约束和自由度进行了分析。

参考文献

[1]靳立强，王庆年，宋传学.电动轮驱动汽车动力学仿真模型及试验验证[J].吉林大学学报，2007，37（4）.

[2]李军，刑俊文，覃文洁，等.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002.

〔编辑：刘晓芳〕