AMESim仿真软件在汽车机电技术中的应用

郑书岚

摘 要：汽车机电技术是一项多学科交叉的综合性技术，在汽车机电技术方面，仿真技术的应用为进一步优化汽车机电系统，节约物理实验成本，全面获取仿真模型的数据参数等方面做出了卓越贡献。仿真技术依托计算机技术的发展，现已广泛应用于汽车领域的多个方面。AMESim是一款专业的液压系统仿真软件，可进行液压系统、机电系统、伺服控制、热计算等多方面的仿真，在汽车机电方面可进行汽车发动机、发动机热管理、汽车轮胎、齿轮驱动系统、自动驾驶、车身、液压与电子系统集成、电子与控制系统等的仿真计算。在汽车机电仿真领域，单独使用AMESim可能无法全面的进行计算，可联合其他软件进行联合仿真计算，如多体系统动力学软件ADAMS和数值计算软件MATLAB等。

关键词：AMESim 仿真技术 汽车机电 ADAMS MATLAB

Application of AMESim Simulation Software in Automobile Electromechanical Technology

Zheng Shulan

Abstract：Automotive electromechanical technology is a multidisciplinary comprehensive technology. In terms of automotive electromechanical technology， the application of simulation technology can further optimize the automotive electromechanical system， save the cost of physical experiments， and fully obtain the data parameters of the simulation model. Relying on the development of computer technology， simulation technology has been widely used in many aspects of the automotive field. AMESim is a professional hydraulic system simulation software， which can simulate various aspects of hydraulic system， electromechanical system， servo control， thermal calculation， etc. which can perform automobile engine， engine thermal management， automobile tire， gear drive system， simulation calculation of automatic driving， body， hydraulic and electronic system integration， electronic and control system， etc. In the field of automotive electromechanical simulation， AMESim alone may not be able to perform comprehensive calculations. It can be combined with other software for joint simulation calculations， such as multi-body system dynamics software ADAMS and numerical calculation software MATLAB.

Key words： AMESim， simulation technology， automotive electromechanics， ADAMS， MATLAB

1 引言

在汽车机电设计中发现有些内容需要预先进行设计计算，而有些内容往往无法通过物理实验获取或并不具备实验能力，因此需采用计算机仿真技术进行建模和仿真计算[1，2]。在汽车机电技术方面的仿真软件有多种，如虚拟仪器平台的LabView软件、AMESim液压系统仿真软件、数值计算软件MATLAB、机械系统动力学软件ADAMS、ANSYS等[3]。董荣宝[4]等簡述了AC伺服泵控液压系统的工作原理，并基于AMESim软件建立了整体仿真模型，仿真结果表明系统性能较好，可为该型液压系统的工程实践提供指导。杨瑞东[5]等设计单水泵供给电池、电机电控冷却液的冷却回路，并在AMEsim建立了仿真模型，在最佳冷却水温度的目标下进行水泵的PID控制与开关控制的对比，得出PID控制具有更高的效率。通过计算机仿真技术可在产品制造前对产品的性能提前预知，并根据仿真计算结果进一步优化产品的设计与性能等。AMESim作为一款液压与机电结合的仿真系统解决方案，已广泛应用于机械、电子、液压、汽车、动力学、热力学、航空航天、船舶与海洋工程等中。

2 AMESim的仿真环境与汽车机电技术仿真

2.1 AMESim仿真环境

AMESim是一款专业的机电液一体化仿真软件，软件的仿真环境提供了许多常见的液压系统元件，可选择液压组件、机械组件、电气芯片组件、信号与控制组件等。AMESim将构成复杂系统的最小要素抽取出来，通过拖动图标的形式实现了较少要素完成最符合实际工程应用的复杂系统模型，提高了开发效率。软件通过图形界面方式即可以实现对仿真模型的搭建、参数设定、模型修改、单元扩充以及改变等，而无需像其他仿真软件那样编写仿真程序代码，将模型的数学模型隐藏到底层，用户只需关心模型的匹配与连接即可。

2.2 AMESim在汽车机电仿真中的应用

在汽车机电方面，AMESim可进行汽车发动机、发动机热管理、汽车轮胎、齿轮驱动系统、自动驾驶、车身、液压与电子系统集成、电子与控制系统等的仿真计算。

在汽车发动机方面，AMESim可进行发动机设计与性能研究，发动机启停应用、均值引擎模型的应用、致动器模型和控制器、带MiL/SiL/HiL应用控制的全动力系统模型等。如图1所示的汽车发动机节流阀执行器控制器，在AMESim中可进行单缸发动机和多缸发动机的仿真计算，通过图标模型搭建的方式实现发动机模型的建立，也可通过其他软件搭建发动机的三维实体模型，通过联合接口的方式实现交互仿真。

在自动驾驶方面，AMESim可进行自动驾驶系统自动加减速、自动转向、自动会车判断等的仿真，通过设置汽车的整体模型与控制器模型，可实现上述功能，通过与Simcenter等软件的联合可进一步直观地观测启动驾驶汽车的运行情况，如图 2所示的自动驾驶汽车处理会车情况时的3D仿真情况，自动驾驶汽车可自动判断来车，并在合适的时间阶段自动减速与加速，保证行驶过程的安全。

在汽车机电控制方面，AMESim提供了一套仿真控制模型，其基本原理如图3所示。在仿真环境中可进行线性模型仿真、非线性模型仿真、跟踪控制、PID控制、与PLC等的联动控制、控制系统优化、控制程序代码的生成等功能。控制系统模型包括两种，一种为通过AMESim图标模型搭建的物理模型，一种为控制系统的传递函数数学模型，AMESim均可对这两种模型进行仿真和计算。

在AMESim中搭建发动机的齿轮组模型，如图4所示，通过设置没对齿轮的齿数、模数、接触刚度、阻尼等参数，对主动轮加载运动信号可得其他齿轮的运行参数，通过这些参数，设计人员可预先知晓发动机的某些齿轮对的运转情况，从而可进一步优化齿轮组设计等。在AMESim中可搭建多个齿轮组共同工作的模型，以扩展其齿轮组仿真的应用能力，同时可加入电机模型和电池模型等实现汽车动力电池的再生制动能量回收的仿真。

3 结束语

针对汽车机电设计阶段可采用AMESim进行相关的仿真计算与研究。本文介绍了AMESim仿真环境及可在机械、液压、电气等方面的应用，针对汽车机电应用可进行汽车发动机、汽车轮胎、齿轮驱动系统、自动驾驶与控制等的仿真计算，并对其中的某些应用进行了介绍，为AMESim在汽车机电技术仿真中的应用提供参考。

参考文献：

[1]陳远龙，吕安生，侯亭波等.基于AMESim与ADAMS的抓臂式清污机工作装置联合仿真研究[J].液压与气动，2020（01）：137-141.

[2]Fan，Q，Zhang，H，Sun，M，et al.Research on the Influence of the Size Change of Hydraulic Excavator's Working Mechanism on the Working Performance[J].Jixie Gongcheng Xuebao/Journal of Mechanical Engineering， 2017，53（7）：154-163.

[3]Li，F，Tong，S，Wang，X.Dynamic optimization design for working device of hydraulic excavator based on modal analysis[J].Nongye Jixie Xuebao/Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2014，45（4）：28-36.

[4]董荣宝，谢吉明.基于AMESim的AC伺服泵控液压系统的仿真与分析[J].液压气动与密封，2020，40（09）：17-20.

[5]杨瑞东，徐启良，杨国艺.基于AMEsim的电动汽车单水泵冷却回路仿真[J].汽车实用技术，2020，45（16）：16-17+71.