SolidWorks在混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系仿真模型研究中的應(yīng)用

2013-05-02  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

基于SolidWorks的混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系仿真模型研究

 作者:cad世界 文章來源:cad世界

混合電動(dòng)汽車采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力能源,通過混合使用熱能和電能兩套系統(tǒng)開動(dòng)汽車。在低速小功率運(yùn)行時(shí)可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);而高速行駛時(shí)用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng);通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作模式,將車輛在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能,并積蓄起來成為新的驅(qū)動(dòng)力量.從而在不同工況下都能達(dá)到高效率。一般情況下,百公里油耗只相當(dāng)于傳統(tǒng)汽油車型1.0L的油耗。在市區(qū)行駛的節(jié)油率達(dá)到了37.3%-47.5%.在市郊行駛的節(jié)油率也達(dá)到了19.8%-36%,相比2.0L自動(dòng)擋的汽油轎車少8-9個(gè)油的油耗。

HEV有串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和復(fù)合式4種布置形式。并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(parallel Hybrid electric vehicle , PHEV)的動(dòng)力傳動(dòng)系是由一個(gè)帶行星齒輪的變速裝置組成,為了研究PHEV的轉(zhuǎn)速、扭矩、牽引力以及功率分配等情況,需建立動(dòng)力傳動(dòng)系的仿真模型,便于進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真,以得到相關(guān)特性參數(shù)曲線。

SolidWorks軟件自1995年問世以來,以其優(yōu)異的性能、易用性和創(chuàng)新性,極大地提高了機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)效率,可充分發(fā)揮工程師使用三維工具進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的能力。從零件和裝配體建模到生成符合國(guó)標(biāo)的工程圖,同時(shí)用戶可以使用支持OLE編程的開發(fā)工具,如VB,VC++等對(duì)API功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用,來進(jìn)行二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)意圖。

1 SolidWorks二次開發(fā)所需軟件

SolidWorks二次開發(fā)所需的軟件為支持OLE編程的VBA,VB,C和VC++當(dāng)中任何一個(gè)軟件即可。為了方便用戶進(jìn)行二次開發(fā),SolidWorks提供了OLE應(yīng)用程序開發(fā)接口SolidWorks API,其中包括有數(shù)以百計(jì)的功能函數(shù),用戶可以使用支持OLE編程的開發(fā)工具,如VBA,VB,C和VC++等都能對(duì)這些功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用,為程序員提供了直接訪問SolidWorks的能力。

2 SolidWorks二次開發(fā)的方法

2.1用工程向?qū)募_發(fā)

SolidWorks本身就是在Windows下開發(fā)的,因此使用VC++編譯出來的DLL可以作為SolidWorks的插件將程序集成到SolidWorks中。如果以VC++作為開發(fā)工具,可采用SolidWorks早期版本的工程向?qū)募wizard.,對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。

2.2用3個(gè)示例工程文件開發(fā)

SolidWorks2001版本中提供了3個(gè)示例工程文件testapp,userdll和comuserdll,可采用以這3個(gè)示例工程文件為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)。這些工程已經(jīng)具備了基本的程序框架,開發(fā)人員可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)自己的應(yīng)用程序。這3個(gè)示例工程文件所提供的實(shí)例很全面,完全可以滿足一般工程需要,只要能弄清楚源程序,開發(fā)人員就可以根據(jù)自己需要進(jìn)行相應(yīng)的添加和修改了。一般而言,開發(fā)人員首先需要在SolidWorks的界面上添加自己的菜單項(xiàng),以此作為激活用戶程序的接口,完成與用戶的數(shù)據(jù)交換。

2.3用ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)

可以說用ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)是用方法1開發(fā)的升級(jí)版。針對(duì)SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL對(duì)象向?qū)募?這些向?qū)募稍赟olidWorks公司的美國(guó)官方網(wǎng)站下載api-sdk安裝文件和apihelp幫助文件。

3 SolidWorksAPI提供的接口方式

SolidWorks API提供了兩種接口方式:COM和Dispatch。

采用COM接口生成的DLL在Windows注冊(cè)表注冊(cè)成功后,可通過選擇SolidWorks"工具"菜單下的"插件",將DLL程序載人,下次啟動(dòng)SolidWorks時(shí),DLL插件能夠自動(dòng)加載。通常情況下,只要沒有在"插件"菜單項(xiàng)中清除DLL插件,每次啟動(dòng)后都能出現(xiàn)插件菜單。使用下載的向?qū)募Wizard.swx生成的DLL插件就是這種類型。

Dispatch接口生成的DLL不需要進(jìn)行注冊(cè)表注冊(cè),啟動(dòng)SolidWorks后,在"文件"菜單下的"打開"菜單中選擇需要加載的DLL程序,即可以將DLL插件嵌人SolidWorks Dispatch接口生成的DLL也可以注冊(cè),不過需要程序員自己編寫注冊(cè)程序。SolidWorks自帶的示例工程testapp和userdll生成的DLL插件就是這種類型。

4行星齒輪傳動(dòng)系仿真模型的建立

并聯(lián)式混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)部分主要是由一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)系和一個(gè)差速器組成。要建立行星齒輪傳動(dòng)系的仿真模型,先要對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模,其次要對(duì)其它零件進(jìn)行參數(shù)化建模,然后要建立裝配體實(shí)體模型。本文采用VC++基于ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)方式對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā),來實(shí)現(xiàn)行星動(dòng)力傳動(dòng)系建模。

4.1齒輪的程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模

齒輪參數(shù)化建模包括4個(gè)模塊:系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)模塊、齒形計(jì)算與生成模塊、輪毅生成模塊、三維實(shí)體模型生成模塊。系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)模塊是建立交互的人機(jī)界面,接受用戶對(duì)圓柱齒輪具體參數(shù)(齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、輪載半徑)的數(shù)據(jù)輸人,采取的方式是在SolidWorks下加掛利用COM方式生成的自定義動(dòng)態(tài)連接庫(kù)后產(chǎn)生的界面接口對(duì)話框,在對(duì)話框中輸人齒輪具體參數(shù)。齒形計(jì)算與生成模塊是利用漸開線方程式,先計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值,在結(jié)合API函數(shù)生成一個(gè)齒形的輪廓。根據(jù)輸人的輪毅半徑,再通過API命令得到輪毅的二維平面圖形。接著通過切除命令,得到一個(gè)齒槽,再用圓周陣列陣列特征,得到所有齒形,完成齒輪的建模。圖1為齒槽的切除操作和圓周陣列特征。

圖1 齒槽的切除操作和圓周的陣列特征

4.2軸的尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模

這種建模方法不需要程序員掌握大量的API建模函數(shù),對(duì)于模型復(fù)雜程度較高的構(gòu)件可以在軟件中采取添加方程式的方法去約束尺寸間的關(guān)系。尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模核心是要搞清楚哪些尺寸是主要因子,主要因子是根據(jù)所建模型庫(kù)的用途來判斷的。如果有兩個(gè)或以上的主要因子,那末就要對(duì)主要尺寸間用方程式的方法去約束。對(duì)于PHEV行星動(dòng)力傳動(dòng)系上的軸來說,其主要因子是各軸段的長(zhǎng)度和軸徑。

通過OpenDoo4( )函數(shù)打開該零件,然后用手工方式去查看該尺寸的名稱,再遍歷草圖中每個(gè)尺寸得到該尺寸對(duì)象.接著就可以調(diào)用API函數(shù)SetValue( )去修改尺寸值到用戶需要的尺寸值。

4.3其它零件的尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模

PHEV行星齒輪傳動(dòng)系中還有其它一些零件,如:鍵、行星架和支座等,在建立裝配體模型時(shí)同樣也是需要的,因此.對(duì)這些零件也要進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模,采用的方法與軸的尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模類似.這里就不再重復(fù)了。

4.4裝配體實(shí)體模型的建立

為便于研究PHEV動(dòng)力傳動(dòng)系的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能仿真,必須將零件的實(shí)體模型進(jìn)行合理的裝配,建立裝配體實(shí)體模型。根據(jù)