SolidWorks在混合電動汽車動力傳動系仿真模型研究中的應用

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

基于SolidWorks的混合電動汽車動力傳動系仿真模型研究

 作者:cad世界 文章來源:cad世界

混合電動汽車采用傳統的內燃機和電動機作為動力能源,通過混合使用熱能和電能兩套系統開動汽車。在低速小功率運行時可以關閉發動機,采用電動機驅動;而高速行駛時用內燃機驅動;通過發動機和電動機的協同工作模式,將車輛在制動時產生的能量轉化為電能,并積蓄起來成為新的驅動力量.從而在不同工況下都能達到高效率。一般情況下,百公里油耗只相當于傳統汽油車型1.0L的油耗。在市區行駛的節油率達到了37.3%-47.5%.在市郊行駛的節油率也達到了19.8%-36%,相比2.0L自動擋的汽油轎車少8-9個油的油耗。

HEV有串聯式、并聯式、混聯式和復合式4種布置形式。并聯式混合動力電動汽車(parallel Hybrid electric vehicle , PHEV)的動力傳動系是由一個帶行星齒輪的變速裝置組成,為了研究PHEV的轉速、扭矩、牽引力以及功率分配等情況,需建立動力傳動系的仿真模型,便于進行虛擬樣機仿真,以得到相關特性參數曲線。

SolidWorks軟件自1995年問世以來,以其優異的性能、易用性和創新性,極大地提高了機械設計工程師的設計效率,可充分發揮工程師使用三維工具進行產品開發的能力。從零件和裝配體建模到生成符合國標的工程圖,同時用戶可以使用支持OLE編程的開發工具,如VB,VC++等對API功能函數進行調用,來進行二次開發,實現自己的設計意圖。

1 SolidWorks二次開發所需軟件

SolidWorks二次開發所需的軟件為支持OLE編程的VBA,VB,C和VC++當中任何一個軟件即可。為了方便用戶進行二次開發,SolidWorks提供了OLE應用程序開發接口SolidWorks API,其中包括有數以百計的功能函數,用戶可以使用支持OLE編程的開發工具,如VBA,VB,C和VC++等都能對這些功能函數進行調用,為程序員提供了直接訪問SolidWorks的能力。

2 SolidWorks二次開發的方法

2.1用工程向導文件開發

SolidWorks本身就是在Windows下開發的,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++作為開發工具,可采用SolidWorks早期版本的工程向導文件Swizard.,對SolidWorks進行二次開發。

2.2用3個示例工程文件開發

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

2.3用ATL對象向導開發

可以說用ATL對象向導開發是用方法1開發的升級版。針對SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL對象向導文件,這些向導文件均可在SolidWorks公司的美國官方網站下載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注冊表注冊成功后,可通過選擇SolidWorks"工具"菜單下的"插件",將DLL程序載人,下次啟動SolidWorks時,DLL插件能夠自動加載。通常情況下,只要沒有在"插件"菜單項中清除DLL插件,每次啟動后都能出現插件菜單。使用下載的向導文件SWizard.swx生成的DLL插件就是這種類型。

Dispatch接口生成的DLL不需要進行注冊表注冊,啟動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,不過需要程序員自己編寫注冊程序。SolidWorks自帶的示例工程testapp和userdll生成的DLL插件就是這種類型。

4行星齒輪傳動系仿真模型的建立

并聯式混合電動汽車動力傳動部分主要是由一個行星齒輪傳動系和一個差速器組成。要建立行星齒輪傳動系的仿真模型,先要對齒輪進行參數化建模,其次要對其它零件進行參數化建模,然后要建立裝配體實體模型。本文采用VC++基于ATL對象向導開發方式對SolidWorks進行二次開發,來實現行星動力傳動系建模。

4.1齒輪的程序驅動參數化建模

齒輪參數化建模包括4個模塊:系統界面設計模塊、齒形計算與生成模塊、輪毅生成模塊、三維實體模型生成模塊。系統界面設計模塊是建立交互的人機界面,接受用戶對圓柱齒輪具體參數(齒數、模數、壓力角、輪載半徑)的數據輸人,采取的方式是在SolidWorks下加掛利用COM方式生成的自定義動態連接庫后產生的界面接口對話框,在對話框中輸人齒輪具體參數。齒形計算與生成模塊是利用漸開線方程式,先計算出各個點的坐標值,在結合API函數生成一個齒形的輪廓。根據輸人的輪毅半徑,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軸的尺寸驅動參數化建模

這種建模方法不需要程序員掌握大量的API建模函數,對于模型復雜程度較高的構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系。尺寸驅動參數化建模核心是要搞清楚哪些尺寸是主要因子,主要因子是根據所建模型庫的用途來判斷的。如果有兩個或以上的主要因子,那末就要對主要尺寸間用方程式的方法去約束。對于PHEV行星動力傳動系上的軸來說,其主要因子是各軸段的長度和軸徑。

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

4.3其它零件的尺寸驅動參數化建模

PHEV行星齒輪傳動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同樣也是需要的,因此.對這些零件也要進行尺寸驅動參數化建模,采用的方法與軸的尺寸驅動參數化建模類似.這里就不再重復了。

4.4裝配體實體模型的建立

為便于研究PHEV動力傳動系的運動和動力性能仿真,必須將零件的實體模型進行合理的裝配,建立裝配體實體模型。根據