基于Modelica语言的汽车性能仿真分析

衄墨互墨互互曩皿雹盈墨宙墨墨仿一，穗簟，ｃＡｏ，ｃＡＭ，ｃＡＥ，ｃＡＰＰ■■—■■■■■●■■—■■■■■—■■—■■—■—■—■■■■●Ｉ基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言的汽车性能仿真分析

董亮。杨世文

（中北大学车辆与动力工程系，太原０３００５１）

静。疆ｊ摘要：采用面向对象的非因果物理建模语言Ｍｏｄｅｌｉｃａ为建模工具，在ｄｙｍｏｌａ多领域仿真平台环境下，将汽车系统进？ｉ行了模块化划分，通过连接模型库中的部件，建立传统车辆部件模型库，并对汽车循环经济性和动力性进行仿真分析。：二关键词：Ｍｏｄｅ｝ｉｃａ语言：多领域仿真平台；性能仿真

≥中图分类号：ＴＰ３９１．７文献标识码：Ａ文章编号：１００２—２３３３（２０１０｝１０—００４２一０３；魏ｔ《ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎＡｎａＩｙｓｉｓＯｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＭｏｄｅｎｃａ

ＤｏＮＧＬｉａｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｉ—ｗｅｎ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｌｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５ｌ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｎｄｅｒｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＤｙｍｏｌａｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎｐｌａｔｆｏｒｍ，ＭｏｄｅｌｉｃａＬａｎｇｕａｇｅｗｈｉｃｈｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｌｉｔｙ，ａｎｏｂｊｅｃｔｏｒｉｅｎｔｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ，ｈ８ｓｂｅｅｎａｄｏｐｔｅｄ．ＴｈｅａｕｔｏｍｏｔｉＶｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｖｉｄｅｄｍａｎｖｓｉｍｐｌｅｂＩｏｃｋｓ．ＷｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎＭｏｄｅｌｌｉｂｒａｒｙ。ｔｈｅｎｂｕｉｌｔｎｅｗｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｏｐｅｒｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏ珊ａｎｃｅｏｆｐｏｗｅｒａｎｄｆｕｅｌｅｃｏｎｏｍｙ．

１‘ｅｙｗｏｒｄｂ：Ｍｏｄｅｌｉｃａｌａｎｇｕａｇｅ；ｍｕｈｉｄｏｍａｉｎｐｌａｔｆｏｒｍ；ｐｅＩｆｂｍ８ｎｃｅｓｉｍｕＪａ“ｏｎ

ｌ引言

随着科技的高速发展，如汽车、船舶、航空航天器等

复杂产品通常是机械、电子、液压、气动、控制等多学科子系统的综合体。但已有的通用建模工具，如ＡＣＳＬ、Ｅａｓｙ５、ＳｙｓｔｅｍＢｕｉｌｄ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ虽不应用领域但通常需要花更多的建模时间；专业仿真工具，如电路（Ｓｐｉｃｅ），多刚体系统（ＡＤＡＭＳ）或是化学过程（ＡｓＰＥＮＰｌｕｓ）在其专业领域做得很好，但开放性较差，在处理涵盖多物理系统的模型时满足不了复杂多领域物理系统协同仿真的需要Ｉｌ卫１。

本文采用开放、免费、面向对象的物理建模语言Ｍｏｄｅｌｉｃａ为建模工具。根据语言的无因果性、町重用的特点，建锣由用户自定义的系统主要部件模型库，以减少复杂多领域物理系统建模和验模的时间；在统一建模语言和建模环境下，能够支持不同领域专家开发部件模型，有利于提高系统建模能力【３Ｊ。

２ＭｏｄｅＩｉｃａ／ＤｙｍｏＩａ软件简介

Ｍｏｄｅｌｌｃａ语言可以直接用微分代数方程对一般的物理模型和现象，进行建模和编译．另外Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言采纳了陈述式设计思想，能够对物理系统的实际结构进行仿真建模，因此建迸的物理系统模型有着与实际系统类似的层次结构。

目前基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言的建模仿真Ｔ具有Ｄｙｍｏｌａ、Ｍｗｏｒｋｓ、ＭａｔｈＭｏｄｅｌｉｃａ、０ｐｅｎＭｏｄｅｌｉｃａ等。其中Ｄｙｍｏｌａ

（ＤｙｎａｍｉｃＭｏｄｅｌｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）是最为成熟的多领域物理系统仿真建模软件，具有支持跨领域建模仿真、符

号处理能力、生动直观的建模环境等优点…。本文模型基于ＭｏｄｅＩｉｃａｖＭＡ车辆部件模型采用Ｄｙｍｏｌａ平台来实现。

４２ｌ机械工程师２０１０年第１０期３传统车辆部件模型

３．ＪＭｏｄｅｌｉｃａＶＭＡ顶层车辆部件模型

汽车模型通常由：驾驶员，底盘，传动系，动力装置，制动系组成。利用Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言无因果性、可重用的特点，可以很方便地对ＭｏｄｅｌｉｃａｖＡＭ汽车模型进行重构，提高了建模效率【５．酬。

３．２基于ＭｏｄｅＩｉｃａ，ｄｙｍｏｌａ的传统车辆模型库（如图２）王３驾驶员模型

模型中根据

转向盘转角信号，

促使法兰产生位

移运动。输出转向

信号传给汽车总

线；根据控制器输

入端的汽车速度

和规定车速的差

万方数据制造业信息化———■——■——■●■—■■■—■■●■■■—■—■●■■■■■●仿一，瑶簟，ｃＡＤ，ｃＡＭ，ｃＡＥ，ｃ＾ＰＰ盔墨互盈西盆互互互誓正互墨口

值来确定输出加速和制动信号。驾驶员模块可用差值法对汽车的车速进行设定。

３．４行驶系统模型

简化的传动系模型中，差速器根据差速比将动力传给驱动轴的左右车轮，在经过传动轴将动力分配给后轴的左右车轮。预留的ｄｒｉｖｅｓｈ撕接口与变速器相连。

ｉ５底盘模型

底盘模块中包括刚性车体和轮胎及连接传动系、制动器、变速器、动力装置的接口。模型主要考虑到车体的颠簸和反弹对车体加速度计算作用在每个轮胎ｔ载衙的影响。其中ｐａｃｅｊｋａ轮胎滑动模型用于解释垂直载荷变化和纵向轮胎滑移的影响。魔术公式的Ｐａｅｅｉｋａ轮胎模型一般认为轮胎在垂直、侧向方向上是线性的，阻尼为常量。当侧向加速度≤０．４９，侧偏角≤５。时，魔术公式对常规轮胎具有很高的拟合精度。

Ｐａｃｅｉｋａ轮胎模型一般表达式为：

ｙ（茗）＝Ｄｓｉｎ［ｃａｒｃｔａｎ｛戤一Ｅ（戤一ａｒｃｔ锄（舭））｝］

式中：】，（茗）一不同情况下可以表示侧向力，也可以是回正力矩或者纵向力；ｘ一自变量戈，可以表示轮胎的侧偏角或纵向滑移率；日一刚度因子；Ｃ一曲线形状因子；Ｄ一巅因子；Ｅ一曲线曲率因子，表示曲线最大值附近的形状；曰、Ｃ、Ｄ依次由轮胎的垂直载荷和外倾角来确定。

ｉ６制动系模型

使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些所用统称为汽车制动。

当驾驶员踩下制动踏板，制动器对车轮施加制动力矩，阻碍车轮转动。模型中的制动踏板传感器与驾驶员模型总线相连，根据驾驶员踩下制动踏板行程的大小来调节作用在车轮上制动力矩的大小。

ｉ７动力装置模型

发动机是汽车的动力源，将动力经过输出轴传给汽车的传动系统和相关的辅助设备。加速踏板化置接口与驾驶员模型直接相连，因此驾驶员可根据行驶需求调节发动机的节气门开度从而控制发动机转矩大小。

ｉ８传动系模型

汽车传动系是位于发动机和驱动车轮之间的动力传动装置，其功用是将发动机发出的动力传给驱动车轮。现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为汽车的发动机给汽车提供动力，其转矩和转速变化范阉较小，因此在传动系中设置了变速器可以提供不同的传动比，扩大了驱动轮和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使活塞式内燃机在有利的工况下工作。本文采用有级式齿轮变速器。

机械工程师２０１０年第１０期ｌ

４３万方数据

万方数据

万方数据

基于Modelica语言的汽车性能仿真分析

作者：董亮， 杨世文， DONG Liang， YANG Shi-wen

作者单位：中北大学,车辆与动力工程系,太原,030051

刊名：

机械工程师

英文刊名：MECHANICAL ENGINEER

年，卷(期)：2010，(10)

被引用次数：0次

1.TILLER M M.Introduction to Physical Modeling with Modelica[M].Kluwer Academic Publishers,2001.

2.杨世文,郑慕侨.面向对象的液力机械传动箱建模与仿真[J].华北工学院学报,2004,25(3):171-176.

3.任志彬,等.基于Modelica和Dymola的航空发动机燃气发生器的建模与性能仿真[J].航空发动机,2006,32(4):36-39.

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5.TILLER M,BOWLES P,DEMPSEY M.Development of a Vehicle Modelling Architecture in

Modelica[C]//Proceedings of the 3rd International Modelica Conference.

6.CHEN W,QIN G.Modeling of Conventional Vehicle in Modelica[C]//Modelica,2008,March 3rd～4rd:321-325.

1.学位论文张和华多体动力学模型到多领域模型的转换研究2008

复杂工程系统通常是由多个领域的多个子系统耦合而成，对于其分析与仿真，传统的侧重于单个领域的仿真分析工具已经不能满足需求。基于Modelica语言的多领域建模仿真平台可以实现工程实际中多领域物理系统的可视化统一建模。基于单一专业仿真软件向多领域统一建模仿真平台集成的需求，本课题以国家科技支撑计划制造业信息化重大项目和国家自然科学基金为依托，研究多体动力学模型到多领域模型的转换，为多体动力学仿真软件向多领域仿真平台的集成提供可行方案，对扩展多领域建模仿真平台的建模功能，减少重复建模，也具有意义。本文首先以多刚体系统动力学建模理论为基础，对模型的多体动力学表达进行研究，包括模型与模型元素的关系，模型元素的表达，以及模型元素的管理体系等，在InteDyna 平台上开发获取模型数据的接口。

其次，以多领域统一建模理论为基础，对基于Modelica语言的多体模型的表达进行研究，包括Modelica模型的组成，模型元素的表达和模型元素的空间位置表达。再次，以部件、力、约束与驱动等为对象，研究模型元素的转换方法，根据转换的需要，扩展Modelica 多体库。

最后，设计转换器的接口、数据结构和体系结构，以多体动力学仿真软件InteDyna为开发平台，初步实现转换器模块的开发，并结合汽车悬架模型转换实例，验证本文研究的可行性和有效性。

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxgcs201010019.aspx

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下载时间：2011年2月27日