衄墨互墨互互曩皿雹盈墨宙墨墨仿一，穗簟，ｃＡｏ，ｃＡＭ，ｃＡＥ，ｃＡＰＰ■■—■■■■■●■■—■■■■■—■■—■■—■—■—■■■■●Ｉ制造业信总化基于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；性能仿真魏≥中图分类号：ＴＰ３９１．７文献标识码：Ａ文章编号：１００２—２３３３（２０１０｝１０—００４２一０３ｔ《；ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎＡｎａＩｙｓｉｓＯｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＭｏｄｅｎｃａＤｏＮＧＬｉａｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｉ—ｗｅｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｌｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５ｌ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｎｄｅｒｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＤｙｍｏｌａｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎｐｌａｔｆｏｒｍ，ＭｏｄｅｌｉｃａＬａｎｇｕａｇｅｗｈｉｃｈｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｌｉｔｙ，ａｎｏｂｊｅｃｔｏｒｉｅｎｔｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ，ｈ８ｓｂｅｅｎａｄｏｐｔｅｄ．ＴｈｅａｕｔｏｍｏｔｉＶｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｖｉｄｅｄｍａｎｖｓｉｍｐｌｅｂＩｏｃｋｓ．ＷｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎＭｏｄｅｌｌｉｂｒａｒｙ。ｔｈｅｎｂｕｉｌｔｎｅｗｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｏｐｅｒｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏ珊ａｎｃｅｏｆｐｏｗｅｒａｎｄｆｕｅｌｅｃｏｎｏｍｙ．１‘ｅｙｗｏｒｄｂ：Ｍｏｄｅｌｉｃａｌａｎｇｕａｇｅ；ｍｕｈｉｄｏｍａｉｎｐｌａｔｆｏｒｍ；ｐｅＩｆｂｍ８ｎｃｅｓｉｍｕＪａ“ｏｎｌ引言３传统车辆部件模型随着科技的高速发展，如汽车、船舶、航空航天器等３．ＪＭｏｄｅｌｉｃａＶＭＡ顶层车辆部件模型复杂产品通常是机械、电子、液压、气动、控制等多学科子汽车模型通常由：驾驶员，底盘，传动系，动力装置，系统的综合体。但已有的通用建模工具，如ＡＣＳＬ、Ｅａｓｙ５、制动系组成。利用Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言无因果性、可重用的特ＳｙｓｔｅｍＢｕｉｌｄ和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ虽不限制应用领域但通常需要点，可以很方便地对ＭｏｄｅｌｉｃａｖＡＭ汽车模型进行重构，花更多的建模时间；专业仿真工具，如电路（Ｓｐｉｃｅ），多刚提高了建模效率【５．酬。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独立开发部件模型，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３．２基于ＭｏｄｅＩｉｃａ，ｄｙｍｏｌａ的传统车辆模型库（如图２）真建模，因此建迸的物理系统模型有着与实际系统类似王３驾驶员模型的层次结构。模型中根据目前基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ语言的建模仿真Ｔ具有Ｄｙｍｏｌａ、转向盘转角信号，Ｍｗｏｒｋｓ、ＭａｔｈＭｏｄｅｌｉｃａ、０ｐｅｎＭｏｄｅｌｉｃａ等。其中Ｄｙｍｏｌａ促使法兰产生位（ＤｙｎａｍｉｃＭｏｄｅｌｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）是最为成熟的多领域物移运动。输出转向理系统仿真建模软件，具有支持跨领域建模仿真、符信号传给汽车总号处理能力、生动直观的建模环境等优点…。本文模线；根据控制器输型基于ＭｏｄｅＩｉｃａｖＭＡ车辆部件模型采用Ｄｙｍｏｌａ平入端的汽车速度台来实现。和规定车速的差４２万方数据ｌ机械工程师２０１０年第１０期制造业信息化———■——■——■●■—■■■—■■●■■■—■—■●■■■■■●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、制万方数据动器、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ｌ４３母墨丑墨互墨曩正西互盈墨墨盈仿一，建簟，ｃＡＤ，ｃＡＭ，ｃＡＥ，ｃＡＰＰ—■●—■■●■——■■■●■■———●■■—————●■■———－４仿真结果汽车模型仿真中使用的主要参数，如表ｌ所示。表ｌ汽车仿真模型参数主要参数发动机参数值最高功率：７８ｋｗ＠６０（）（】“ＩＩｌｉｎ最人扭矩：１４２Ｎｍ＠４０００叫ｌｌｌｉｎ汽车长×宽×高主减速比传动比汽车质量轮胎规格轴距路面到整车重心的距离４．５１５ｍ×１．７２５制造业信总化平均百公里油耗＝娄琶ｉ箍×１００－等孚暑－５．８６Ｌｔ２动力性仿真结果汽车的动力性主要由三方面的指标来评定，即最高车速，０～１００ｋ舢，Ｌ加速时问和最大坡度。为测试模型的动力性，要对ｄｒｉｖｅｒ模块和ｔ豫ｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ模块进行适当的调整。仿真结果如图９所示。ｍ×１４４５ｍ３．７２２３．５４５，２．１５８，１．４７８，１．１２９，０．８８６１２２０ｋｇ１９５／５５Ｒ１５２．６ｍ０．２ｍ４Ｊ经济性仿真结果汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油最能使汽车行驶的里程来衡量。本文选择的循环工况为美同环境保护署ＥＰＡ制订的城市道路循环ｕＤＤＳ（ｕｒｂａｎＤｙｎａｍｏｍｅｔｅｒＤｒｉｖｉｎｇ图９的最高车速为１７３．７ｋｍ／ｈ，相应的０～１００ｋｍ，Ｌ加速时间为１３．６ｓ。同样方法，可得模型的最大爬坡度为３３％。这兰个指标的厂家试验数据为１８０ｋｍ，ｈ、１２ｓ及Ｓｃｈｅｄｕｌｅ）ｒＴ况。车速循环跟踪情况如图７所示。３１％。仿真数据和试验数据的比较表明，仿真模型建立合理。计算结果有很好的符合性。此外，传动系的档位与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的关系。南图ｌＯ、图１ｌ可知，车辆定油门起步过程中换档过程与发动机转速的关系。在叽ｌＯ．６８ｓ时，变速器处于Ｉ、Ⅱ档。曲轴转速达到１４１３．７９ｒ／ｍｉｎ。随着发动机转速的提高，汽车行驶速度也随之提高，当发动机转速达到１１９３．１１ｒ／ｍｉｎ时，驾驶员开始换上Ⅲ挡，发动机转速降到接近Ⅱ梢的转速，可使汽车行驶半顺，兀冲击感。更易于驾驶员起步加速操作。同理，以相应方式汽车挂入Ⅳ档和Ｖ档。由图７可见所建讧的仿真模型町以很好地跟踪驱动循环车速的变化，表明了仿真模型的正确性和有效性。其循环时间为１３６７ｓ；行驶路程为１１．９９ｋｍ；最高车速为９０．９８ｋｍ／ｌｌ。汽车的经济性指标主要由耗油量来表示，是汽车使用性能中重要的性能。由图８可知，在该循环中燃油消耗０．７０３Ｌ。５结论运用Ｍｄｏｅｌｉｃａ语言对ＶＭＡ汽车建模框架中的模块４４ｌ机械工程师２０１０年第１０期万方数据制造业信息化—●■■●■■■■■■■■■—■■■■■■—■■—■■■—■■■■■一仿一，毽曩，ｃＡＤ，ｃＡＭ，ｃＡＥ，ｃＡＰＰ口墨盈叠正墨盈工函盈墨盈西盈ＦＡＮＵＣ０ｉ系统外围故障报警的诊断仲兴国（沈阳理工大学应用技术学院装备分院，辽宁抚顺１１３１２２）÷’摘要：研究了数控机床报警的分类，给出了报警信息的查看方法。由ＰＭＣ引起的外围故障是数控机床运行过程中最常见的故障。通过一个实例介绍了外围故障诊断和排除的基本思路。关键词：数控机床；ＰＭＣ诊断；故障排除中图分类号：ＴＧ６５９文献标识码：Ａ文章编号：１００２—２３３３（２０１０）１０—００４５一０２，。“＊ＴｈｅＤｉａｇｎｏｓｉｓＯｆＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＦａｕｌｔＡｌａｒｍｉｎＦＡＮＵＣＯｉＳｙｓｔｅｍＺＨｏＮＧＸｉｎ譬一ｇｕｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｑｕｉＰｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｉ’ｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＳｃｈｏｏｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏ“ｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｓｈｕｎｌ１３１２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａ“ｏｎｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｍｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌａｌａｍｌｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，Ｔｈｅｖｉｅｗｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆａｌａ珊ｉｎｆｏ瑚ａｔｉｏｎｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．’ｒｈｅｅｘｔｅｍａｌｆａｕｌｔｃａｕｓｅｄｂｙＰＭＣ山ｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＣＮＣｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｆ萄ｌｕｒｅ．ＢｖｉｌｌｕｓｔＩ·ａｔｉｏｎ。ｔｈｅｂａｓｉｃｉｄｅａｓｏｆ札ｈｅｅｘｔｅｍａｌｆａｕｌｔｄｉａＰｍｏｓｉｓａｎｄｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ；ＰＭＣｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｒｅｍｏｖａｌｏｆｆａｕｌｔ数控机床的电气系统复杂，故障现象也千奇百怪，各在一般情况下，外围故障的发生机率较系统故障的不相同。如何能迅速找出故障隐患并及时排除，这是数控机率要高。不同结构类型的机床会有不同的外围故障，而机床维修人员所面临的最现实、最直接的问题。本文仅以要对外围故障做出快速准确的定位和排除，就必须对所具体的故障为例，介绍使用ＦＡＮＵＣＯｉ数控系统提供的要维修的机床的机械结构、电气原理、数控系统、各个机维修功能进行故障排除的方法。床动作、操作方法有一个伞面的认识。若在机床正常的时ｌ外围报警与系统报警候，对机床的每一个动作进行仔细的观察，便能够在机床为方便起见，把由机床厂家根据不同的机床结构所异常时，根据平时观察所得与之对比，从而做到对故障的可以预见的异常情况汇总后，由机床厂家自己编写错误快速诊断与排除。与此同时，高效地使用ＦＡＮｕＣ０ｉ系统代码和报警信息。这类故障称为外围报警（这是相对于数提供的丰富的维修功能，包括ＰＭＣ梯形图实时监控、Ｉ／ｏ控系统而言）。也就是说不同结构类型的机床有不同的外接口的状态检查与跟踪、诊断功能也是做到对故障的快部故障的错误代码和报警信息。而由数控系统生产厂家速诊断与排除的一个关键因素。根据数控系统部件所能预见的异常情况汇总后，所编写２报警信息的查看方法的错误代码和报警信息，这类故障称为系统报警（数控系数控系统可对其本身以及其相连的各种设备进行实统故障）。数控系统故障的错误代码和报警信息不会冈不时的自诊断。当数控机床出现不能保证正常运行的状态或同结构类型的机床而改变，不同型号的数控系统的系统异常都可以通过数控系统强大的功能，对其数控系统自身报警可能会有所不同。系统报警足数控系统生产厂家在及所连接的各种设备进行实时的自诊断。当数控机床出现数控系统传递到机床厂家之前就编写好的，是固定不变不能满足保证正常运行的状态或异常时，数控系统就会报的，机床厂家没法对其进行编辑和增删。警，并将在屏幕中显示相关的报警信息及处理方法。这样，进行适当修改，建立了系统的仿真模型。虽然在仿真模型［４］赵翼翔，陈新度，陈新．基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ的机电液系统多领域统的运行条件中忽略了汽车行驶的各种阻力和能耗，但仿一建模与仿真【ＪＪ．机床与液压，２００９。３７（６）：１６６－１６９．真结果能比较正确地反映汽车的各项性能。通过应用［５］ＴＩＬＬＥＲＭ，Ｂ０ｗＬＥｓＰ，ＤＥＭＰｓＥＹＭ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＶｅｈｉｃｌｅｄｙｍ０１ａ软件对汽车设计、性能预测进行仿真分析，为今后Ｍｏｄｅｌｌｉ“ｇＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕ陀ｉｎＭｏｄｅｌｉｃａ［ｃ］／，Ｐｍｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ３ｒｄ汽车性能的研究提供一种新的方法和手段。ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＭｏｄｅｌｉｃａＣｏｎｆ色ｒｅｎｃｅ．［参考文献］［６］ｃＨＥＮｗ，ＱｌＮＧ．Ｍｏｄｅｌｉ“ｇｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＶｅｈｉｃｌｅｉｎＭｏｄｅｌｉｃａ［１］ＴｌＬＩ．ＥＲＭＭ．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇｗｉｔｈＭｏｄｅｌｉｃａ【ＣＪ，，Ｍｏｄｅｌｉｃａ，２００８。Ｍａｒｃｈ３。ｏ—４“：３２ｌ一３２５．Ｐｈｙｓｉｃａｌ［Ｍ］．ＫｌｕｗｅｒＡｃ８ｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，２００１．（编辑昊天）［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］．华北上学院学报，２００４，２５（３）：１７ｌ—１７６．作者简介：董亮（１９８２一），女，硕士研究生，研究方向为车辆动力仿真［３］任志彬，等．基于Ｍｏｄｅｌｉｃａ和Ｄｙｍ０１ａ的航空发动机燃气发牛器分析。的建模与性能仿真［Ｊ］．航夺发动机，２００６，３２（４）：３６—３９．收稿日期：２０１０埘—０７万方数据机械工程师２０１０年第１０期ｌ４５基于Modelica语言的汽车性能仿真分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
董亮， 杨世文， DONG Liang， YANG Shi-wen中北大学,车辆与动力工程系,太原,030051机械工程师
MECHANICAL ENGINEER2010，(10)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.
4.赵翼翔,陈新度,陈新.摹于Modelica的机电液系统多领域统一建模与仿真[J].机床与液压,2009,37(6):166-169.5.TILLER M,BOWLES P,DEMPSEY M.Development of a Vehicle Modelling Architecture inModelica[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。
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