光电经纬仪载车平顺性仿真研究

郑秀妍

摘 要：文章利用ADAMS/Car模块建立光电经纬仪载车系统模型，并对其进行沥青路面以不同速度匀速行驶时的仿真分析，通过对仿真数据的整理与分析，可以得出各测点及各方向随速度变化曲线。

关键词：ADAMS/Car；光电经纬仪载车；平顺性

1 概述

光电经纬仪是测量飞行物体外弹道轨迹的精密光学仪器，具有超高精度，其镜筒处包含大量脆性材料，因此所承受的振动及冲击应处在一定范围内[1]。目前我国的光电经纬仪绝大多数均固定于某些塔台圆顶内，无法满足多样的观测试验条件，所以具有移动布站能力的光电经纬仪应运而生，光电经纬仪载车为光电经纬仪移动布站提供了载体。为了确定载车在运载经纬仪时能够满足光电经纬仪的运载安全，所以应对载车平顺性作出评价。

传统的平顺性研究方法主要是现对车辆进行结构设计，然后根据设计方案制作出试验样车，通过样车进行平顺性相关试验，再通过试验数据优化设计方案，如此往复，直至找出最优方案。这样的试验方法导致车辆的设计周期冗长且浪费了大量的人力物力。汽车仿真技术的发展弥补这一传统的设计过程缺陷，大大缩短了设计制造的循环时间，节省了大批资源。本次试验将运用ADAMS动力学仿真软件对光电经纬仪载车系统进行平顺性研究。

2 试验研究内容及方案

本次研究主要根据某型号光电经纬仪载车及某型号光电经纬仪基本结构，通过运用ADAMS动力学仿真软件，建立光电经纬仪系统模型，研究其平顺性的影响因素。

通过经验总结光电经纬仪机身几处易损伤部位并综合载车与经纬仪整体结构，确定本次研究的测点位置如图1所示，即为光电经纬仪主机镜筒测点A、光电经纬仪主机回转机架测点B、光电经纬仪主机机座测点C和载车上右后轮轴测点D。应用ADAMS中的模拟试验台模拟系统模型在沥青路面上以30km/h、40km/h及50km/h的行驶情况。观察并采集其振动加速度值，計算得到光电经纬仪的振动强度，综合振动加速度值及振动强度评价系统模型在该路况下的平顺性。

通过研究比对几种平顺性评价方法[2]，出于对经纬仪完好性及精密性的考虑，所以选定通过测量光电经纬仪各测点振动加速度及振动强度是否达到光电经纬仪的技术要求的方法来评价光电经纬仪载车的平顺性。按照正态随机过程假设应用计算公式（1），求出各测点的合成加速度均方根值，然后应用公式（2）求出光电经纬仪系统各部分在各方向的振动强度。

首先通过ADAMS/Car模块建立光电经纬仪载车系统（光电经纬仪载车，光电经纬仪及路面）模型；然后通过仿真已建立的经纬仪载车系统模型，测得各测点的振动加速度并整理最大振动加速度及加速度均方根值，判定该仿真模型是否符合光电经纬仪的技术要求，即≤0.5g；最后通过计算得出各测点及各方向的振动强度随时间变化的曲线，通过分析可知光电经纬仪上各部件的振动情况及载车轮轴的振动情况，评价载车运载光电经纬仪的安全性。

仿真系统模型的建立

3 光电经纬仪载车模型建立

由于光电经纬仪载车的结构复杂，为了方便研究其平顺性，应对其结构进行一定的简化和假设。现假设该光电经纬仪载车为左右对称结构，且载车左右两轮所受的路面激励为同一激励；将模型简化为前、后悬架，车身，轮胎四个部分，忽略其他的电器及配套设施；假设该光电经纬仪载车为质量集中的刚体结构，在仿真过程中，仅考虑载车的垂直方向及前后纵向的振动加速度及横向加速度；不将该光电经纬仪载车的轮胎阻尼作为本试验的主要考虑因素；本试验还忽略了车辆行驶的一些外界条件，如风力及天气情况，仅考虑汽车的行驶速度及行驶路面的功率谱密度两个变量。

本次研究的光电经纬仪载车选用四轮独立悬挂悬架，其前、后悬架均采用双横臂式独立悬架，其主要结构由上控制臂、下前控制臂、下后控制臂、连接杆、球头节、外球笼、橡胶衬套、球头、螺旋弹簧、减震器等部分构成。根据光电经纬仪载车样车轮胎型号，轮胎模型主要通过在ADAMS/Car轮胎模块调用ADAMS系统所提供的魔术公式轮胎模型文件进行创建。

3.1 光电经纬仪模型建立

在不考虑其他相关的电器元件和其他附属的对振动方面影响较小的部分时，可以将模型简化为以下三个部分，即光电经纬仪的主机镜筒、回转机架和机座。

3.2 路面模型的建立

在运用ADAMS软件时，可以使用三种方法来进行道路模型的建立，第一种方法是在ADAMS/View模块中在运用轮胎模型进行建模过程中，其方法是直接导入系统自带的路面模型，修改路面文件为设计对应参数；第二种方法是通过matlab等汇编软件对道路模型进行编制，生成符合条件的路面文件，再通过matlab与ADAMS的接口导入ADAMS软件中；第三种方法是在ADAMS/Car模块中，通过路面生成器，对随机路面的功率谱密度进行赋值，ADAMS会自动生成相应的路面文件，并能够应用在仿真过程中。本次试验所用的路面文件主要应用ADAMS/Car路面生成器生成。

在ADAMS中所生成的功率谱密度是基于白噪声法生成的其公式为式（3）所示：

3.3 模型装配

通过ADAMS/Car整车装配系统，通过在每个子系统中所创建的通讯器之间的连接，即可建立光电经纬仪载车系统的整车模型。如图2所示。

4 试验结果及数据整理

根据拟定的仿真模拟试验条件，对系统模型进行仿真，其各测点最大振动加速度及加速度均方根值如表1所示。

根据表1数据通过公式（1）及公式（2）的计算整理出表2、表3，分别为仿真各测点振动强度和经纬仪及轮轴各方向振动强度。

为了方便分析光电经纬仪载车系统各测点及各方向上对于平顺性的影响，现依据表2、表3所整理得到的振动强度数据绘制成折线图，如图3所示。

5 结论

由图3可知光电经纬仪回转机架的振动强度最大，主机机座次之，而后轮轮轴出的振动强度最小，主机镜筒包含主要的光学元件，振动强度居于机座和轮轴之间。测点A、测点B的振动强度随汽车速度的增加而增强；测点C、D出于某些原因振动强度呈现无规律状态。经初步分析其原因可能与载车悬架及光电经纬仪固有频率有关。

结合表3所列数据可知，在速度为30km/h时，光点经纬仪主机z方向的振动强度最大，主机x方向次之；在载车行驶速度分别为40km/h和50km/h时，主机x方向的振动强度最大，主机z方向振动强度次之。对于载车轮轴，无论x、z方向，均小于光电经纬仪的振动，所以主机的振动强度较为剧烈。

综合以上数据来看，光电经纬仪载车系统模型在沥青路面上以小于50km/h的速度行驶时，各测点的各方向及各子系统的振动强度均符合经纬仪技术要求（≤0.5g），此时的光电经纬仪运载安全。

参考文献

[1]王守印，张春林，杨威.光测设备特种载车结构设计[J].长春理工大学学报自然科学版，2013（5）：55-58.

[2]余志生.汽车理论-第2版[M].机械工业出版社，2006：168-215.