基于VB和SolidWorks的汽车EPS系统动态仿真

基于VB和SolidWorks的汽车EPS系统动态仿真 基于VB和SolidWorks的汽车EPS系统动 态仿真 科技信息 基于VB和SolidWorks昀汔车EPS系统动态仿寅 淮安信息职业技术学院汽车工程系游专 [摘要]汽车转向系统是影响汽车操纵稳定性,主动安全性和舒适性的关键部件,应用VB,SolidWorks混合编程技巧,通过图形交互 手段方便快速地改变汽车EPS系统设计的原始数据和条件,实现对计算过程的引导和控制,方便分析原始数据的改变对系统基本特 性的影响.通过汽车EPS系统运动学和动力学仿真,将助力转向过程可视化. [关键词]汽车EPS系统VBSolidWorks运动学动力学仿真 0.引言 汽车EPS系统的关键技术其一就是具有良好跟随性,即转向盘有 转向输入时,系统中的各个元件(如电机等)及其他相关元件(如车轮等) 均具有快速,协调和准确的响应性或随动性.其设计原则必须保证当 在方向盘上输入一个偏转角位移时,下部输出轴要在直流电机的带动 下,按照给定的输入角位移稳定,准确,快速地跟踪输入偏转角的位 移.对汽车EPS系统运动仿真面临着如何从该实物系统构造,简化物 理模型,如何建立运动仿真数学模型以及图像处理和人机交互技术的 实现.汽车EPS系统实物建模必须组织好所需数据及数据结构并与所 需目标结合起来,为人机交互提供接口,从而实现由数据驱动的动画; 人机交互技术通过实物建模和图像技术向用户提供控制输出画面的手 段.传统的汽车EPS系统转向过程的显示,主要是通过转向系统进行 理论分析计算,再将各主要参数以列表,曲线的方式显示.其缺点是转 向系统的多种参数状态无法得到全面,直观地反映,增加了数据判读, 确认的难度.如何自主开发出具有准确,形象,直观等优点的汽车转向 过程可视化软件,已经是一个迫切需要解决的现实问题. 1.EPS系统工作原理 由图1可知,EPS系统主要由机械式转向机构,转向助力装置和电 子控制系统三大部分组成.其工作原理是:驾驶员在操纵方向盘进行 转向时,转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小,将电压信号 输送到电子控制单元,电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电 压信号,转动方向和车速信号等,向电动机控制器发出指令,使电动机 输出相应大小和方向的转向助力转矩,从而产生辅助动力.汽车不转 向时,电子控制单元不向电动机控制器发出指令,电动机不工作. 图1EPS系统组成图 2.动态仿真设计 在系统动态仿真过程中,当用户输入不同的条件时,系统都要重新 进行数据的计算与集成,并生成新的模型.为了最大限度地实现对模 型重用的支持,将系统实时动态仿真划分为3个互相关联的一级模块: ?动态控制模块;?数据库管理模块;?系统仿真模块,由这三个模块 组成的集成仿真环境能够较完整的描述EPS转向系统运动学和动力学 特性.每一个子模块都集中反映了系统的某个方面或某种属性,针对 任一个子模块进行的分析和计算的结果都会以某种形式映射到仿真结 果中.仿真设计流程如图2所示. 2.1动态控制模块 目前,对于复杂三维实体的建模方法主要包括:参数化实体建模技 术,CAD实体建模技术,特征建模技术.为了使模型便于修改和重新 生成,采用特征建模技术.特征建模技术是基于一组预定义特征,在系 统内部预先形成特征库和特征分类,并组织成层次化的结构.先分块, 再根据每一分块的几何控制参数建立起特征几何模型库,并编写相应 的建模子程序,这样就可以建立整个系统的三维模型. 应用程序接口(API)是SolidWorks的对象的链接和嵌入(0LE)应用 程序开发接口,用户可以通过SolidWorksAPI,并利用支持OLE编程的 开发平台,如VisualBasic,Delphi,VBA,C,VisualC++等对SolidWorks 进行二次开发,建立起适用的,专用的SolidWorks功能模块,如生成和 编辑草图,构造实体,检测曲面,实体表面相关参数等需要的功能,. 图2汽车EPS系统动态仿真流程图 VisualBasic6.0是Microsoft公司推出的基于Windows环境的一种 面向对象的可视化编程环境,自从面世以来一直以易学易懂,功能强大 的特点得到广泛的应用.其强大的可视化用户界面设计,使程序员从 复杂的界面设计中解脱出来.在VB中,可以像调用普通过程一样调用 API函数,进而实现需要的功能. 2.2数据库管理模块 动态控制系统以数据库为中心,实现了仿真过程中不同模块之间 的数据信息共享,它通过数据库中的数据交换,进行数据采集,存储或 绘图,为用户提供了友好的仿真试验环境.仿真数据库的功能是存储 和管理仿真所需要的各种格式的数据,包括机构参数数据,特征数据, 仿真结果数据和其他数据,并建立相应的映射关系,无论对哪一类信息 数据的操作都应该影响到模型对应的数据并能更新仿真模型m.为了 使整个数据系统便于保存和管理,数据库的管理活动除了常规的数据 库操作以外,还支持数据到模型参数的检索,即保存数据和模型与其相 关执行环境的关联信息,并提供检索支持.此外,数据库与结果分析和 显示工具相结合,构成较完善的结果分析和显示支持环境,为用户提供 了强有力的结果数据分析显示的处理功能. 2.3系统仿真模块 汽车EPS系统实物建模需将所需数据与所需目标结合起来,为人 机交互提供接口,从而实现计算数据结果驱动的动态仿真;采用图像处 理技术对汽车EPS系统实物模型进行真实再现;交互技术通过实物建 模和图像技术向用户提供控制输出画面的手段;为了实现图形的交互 性,需要在对零件进行拓扑结构归类的基础上建立参数化模型,保证设 汁过程中几何拓扑关系一致,同时提取几何特征参数并进行用户化命 名,建立几何信息和参数的对应机制,通过编辑参数直接修改几何实 体,实现参数化设计. 3.仿真实例 对汽车EPS系统进行可视化动态仿真设计和分析,主要包括数据 输入,可视化显示两部分.数据输入即将先期运算的EPS系统仿真计 算的计算结果和结构参数存进数据库管理模块以一定方式读出,这样 在可视化显示中就可实现特征建模,实现由数据驱动的三维动态仿真. 基金项目:本文系江苏省淮安市科技支撑工业项目(HAG2010022). 作者简介:游专(1977一),女,江苏盐城人,博士,副教授,主要从事汽车机电一体化研究. 一 26— 科技信息 对所要建立的实体进行结构分析后,利用SolidWorks进行几何建 模,并利用宏录制其过程,建立宏文件.具体步骤为:启动SolidWorks, 新建零件;单击菜单[工具]lf宏】l【录制]命令;执行要录制的操作;操作结 束后,保存.在SolidWorks中加载VB程序的具体步骤为:在工程主菜 单中单击[文件]I生成exe],生成可执行文件,在弹出的对话框中,输入 文件名后,单击【确定]按钮;打开SolidWorks,在【工具】l【宏]菜单下选择 [新建]命令,输入宏文件名后,单击[保存]按钮.输人如下代码后,保存 此宏. Submain0 MyAppl=Shell("……exe".I1 AppActivateMyMyAppl EndSub 下面进行实例动态仿真,本文限于篇幅,只列出部分参数,如表1 所示.汽车EPS可视化图如图3所示. ???传感器壳体减速器壳体EPS系统三维装配图 图3汽车EPS转向可视化动态仿真图 表1EPS系统部分参数 电动机形式直流永磁电动机转向盘的转动惯量Js=0.029-m2 额定输出功率170W转向轴阻尼系数B=0.0161N?m?rad-.?S 额定转速1050r/min(DC12V,30A)蜗轮一蜗杆减速器减速比G=16.5 额定力矩1.48N?m齿条,小齿轮,蜗轮一蜗杆减速器等效质量Mr=24kg 额定电流3OA齿条,小齿轮,蜗轮一蜗杆减速器等效阻尼系数B=653.2N?m,?S 转动方向双向电动机和离合器转动惯量J=0.00019留? 外壳类型全封闭电动机阻尼系数B=0.00339N.m.rad,.S 电机线圈最高工作温度150电动机电枢电阻R=0.168n 电动机转动惯量 (包括离合器)0.00019kg-m电动机电磁转矩常数0.0627N/11A 237.6H(电源频率10kHz)电动机电枢电阻168.1,168.5Q 电动机电枢电感 269H(电源频率lkHz)电动机反电动势0.0627Vrads 4.结论 随着对仿真的要求越来越高,传统的静态模型已经不能适应多任 务多目标的仿真目的.本文通过VB,SolidWorks混合编程实现了 汽车EPS系统动态仿真,深入地讨论了EPS系统动态仿真策略和数据 库管理运行方式,通过图形交互手段方便快速地改变设计的原始数据 和条件,实现对计算过程的引导和控制,方便分析原始数据的改变对系 统基本特性的影响.同时,实现EPS系统运动学和动力学仿真,将转向 过程可视化,以便判断EPS系统的运动规律,运动特性是否满足给定要 求. 参考文献 [1]程委航天器飞45-TL~q控过程可视化系统设计与实现[J].计算 机仿真,2010,8(27):22—27 [2]唐艳,侯力等基于Madab的EPS转向角度跟随特性仿真分析与 研究[1]煤矿机械,2011,32(5):61—64. [3]刘珊珊,周宜红等堆石坝施工的实时动态仿真系统研究[I]l系 统仿真,2004,11(16):2525—2528. 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(三)监管预警功能.在办理机动车,驾驶人业务过程中,系统实时 判断是否为列入监管的异常业务,如确认为异常业务,系统自动弹出警 告界面,提醒经办人正在办理的业务属异常业务,已被监控记录.例 如:操作人员办理受托检验业务时,对当日受托数量达到设定平均值 的,系统自动进行提醒,在不影响业务的同时,体现了"动态预警,过程 干预"的思想 (四)监管信息通报和签收.操作用户登录综合应用平台时,系统 会自动显示本月或本周以来与本人相关的异常业务监管信息记录和后 续处置信息,用户需签收后方可继续办理业务.车管所业务领导登录 系统,则显示本单位近期异常监管信息的汇总统计和对每起异常业务 的处置结果明细.对异常业务监管信息不处置导致积压的,将记录在 案并上传总队和部局. (五)监管信息的统计查询和结果分析.按时间,管理部门,用户, 异常业务种类等不同口径对监管信息生成和处置情况进行查询和统 计,并进行归类分析,为车管所和经办人的业务考核提供数据统计分析 结果. 六,结束语 交通管理业务监管预警平台促进了执法和廉洁执法,有效防 统应用以来,公安部和 范和制约了违规办理业务,违纪违法等现象.系 各省市利用系统监测数据,及时发现和查处了多起违法违纪案件,各地 的异常业务总量大幅下降,充分发挥了有力震慑和严密预防的作用. 今后,将在如何加强机动车查验过程,驾驶人考试过程监管等方面作更 深入细致的研究. 号) 参考文献 [1]公安交通管理综合应用平台建设指导意见(公交管[2010]196 [2]赵新勇公安交通管理信息系统集成技术应用研究[I].交通运 输系统工程与信息,2009.2 [3]包勇强,江海龙,邵志骅交通管理信息系统软件安全设计与应 用….中国公共安全,2009,4 [4]陈善广计算机网络原理与通信技术请华大学出版社,2007,l1 [5]黄曦.Flex3.ORIA开发详解:基于ActionScript3.0实现.电子工业 出版社.2008 — 27—