SolidWorks的混合電動汽車動力傳動系仿真模型研究

1、SolidWorks的混合電動汽車動力傳動系仿真模型研究混合電動汽車采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)作為動力能源，通過混合使用熱能和電能兩套系統(tǒng)開動汽車。在低速小功率運行時可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)，采用電動機(jī)驅(qū)動;而高速行駛時用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動;通過發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的協(xié)同工作模式，將車輛在制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，并積蓄起來成為新的驅(qū)動力量.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自動擋的汽油轎車少8-9個油的油耗。HEV有串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和復(fù)合式4種布置形

2、式。并聯(lián)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(zhuǎn)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(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)計工程師的設(shè)計效率，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標(biāo)的工程圖，同時用戶可以使用支持OLE編程的開發(fā)工具，如VB,VC+等對API功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，來進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)自己的

3、設(shè)計意圖。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SolidWor

4、ks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SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。2.2用3個示例工程文件開發(fā)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(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(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So

5、lidWorks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(shù)據(jù)交換。2.3用ATL對象向?qū)ч_發(fā)可以說用ATL對象向?qū)ч_發(fā)是用方法1開發(fā)的升級版。針對SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL對象向?qū)募@些向?qū)募稍赟olidWorks公司的美國官方網(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注冊表注冊成功后，可通過選擇Soli

6、dWorks"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(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

7、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(lián)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(jìn)行參數(shù)化建模，其次要對其它零件進(jìn)行參數(shù)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?qū)ч_發(fā)方式對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，來實現(xiàn)行星動力傳動系建模。4.1齒輪的程序驅(qū)動參數(shù)化建模齒輪參數(shù)化建模包括4個模塊:系統(tǒng)界面設(shè)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(tǒng)界面設(shè)計模塊是建立交互的

8、人機(jī)界面，接受用戶對圓柱齒輪具體參數(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態(tài)連接庫后產(chǎn)生的界面接口對話框，在對話框中輸人齒輪具體參數(shù)。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(biāo)值，在結(jié)合API函數(shù)生成一個齒形的輪廓。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。4.2軸的尺寸驅(qū)動參數(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

9、關(guān)系。尺寸驅(qū)動參數(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(shù)打開該零件，然后用手工方式去查看該尺寸的名稱，再遍歷草圖中每個尺寸得到該尺寸對象.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)動參數(shù)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(jìn)行尺寸驅(qū)動參數(shù)化

10、建模，采用的方法與軸的尺寸驅(qū)動參數(shù)化建模類似.這里就不再重復(fù)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(jìn)行合理的裝配，建立裝配體實體模型。根據(jù)PHEV動力傳動系的結(jié)構(gòu)特點，在已建好的零件實體模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)其運動過程中各構(gòu)件之間的裝配關(guān)系，準(zhǔn)確地設(shè)置各構(gòu)件在裝配體中的位置。用SolidWorks，裝配功能中的重合、平行、同軸心、齒輪配合等命令進(jìn)行裝配，從而使每個構(gòu)件都正確地安裝在裝配體之中，最后設(shè)計并完成了PHEV動力傳動系的仿真模型。5結(jié)論本文利用VC+對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，對所選用的PHEV動力傳動系中各個構(gòu)件進(jìn)行了

11、實體建模，在零件實體模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計并建立了其完整的仿真模型。該仿真模型可從不同的視角瀏覽混合電動汽車動力傳動系的外觀特性和結(jié)構(gòu)原理，為PHEV動力傳動系的虛擬樣機(jī)和仿真提供了依據(jù)，達(dá)到了預(yù)期目的。說明：本信息混合電動汽車采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)作為動力能源，通過混合使用熱能和電能兩套系統(tǒng)開動汽車。在低速小功率運行時可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)，采用電動機(jī)驅(qū)動;而高速行駛時用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動;通過發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的協(xié)同工作模式，將車輛在制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，并積蓄起來成為新的驅(qū)動力量.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%

12、-47.5%.在市郊行駛的節(jié)油率也達(dá)到了19.8%-36%，相比2.0L自動擋的汽油轎車少8-9個油的油耗。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(zhuǎn)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(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)計工程師的設(shè)計效率，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

13、力。從零件和裝配體建模到生成符合國標(biāo)的工程圖，同時用戶可以使用支持OLE編程的開發(fā)工具，如VB,VC+等對API功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，來進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)自己的設(shè)計意圖。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 Solid

14、Works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SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。2.2用3個示例工程文件開發(fā)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(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個示例

15、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(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，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對象向?qū)ч_發(fā)可以說用ATL對象向?qū)ч_發(fā)是用方法1開發(fā)的升級版。針對SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL對象向?qū)募?，這些向?qū)募稍赟olidWorks公司的美國官方網(wǎng)站下載api-sdk安裝文件和apihelp幫助文件。3 SolidWorksAPI提供的接口

16、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(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)行注冊表注冊，啟動SolidWorks后，在"文件"菜單下的

17、"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(lián)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(jìn)行參數(shù)化建模，其次要對其它零件進(jìn)行參數(shù)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?qū)ч_發(fā)方式對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，來實現(xiàn)行星動力傳動系建模。4.

18、1齒輪的程序驅(qū)動參數(shù)化建模齒輪參數(shù)化建模包括4個模塊:系統(tǒng)界面設(shè)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(tǒng)界面設(shè)計模塊是建立交互的人機(jī)界面，接受用戶對圓柱齒輪具體參數(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態(tài)連接庫后產(chǎn)生的界面接口對話框，在對話框中輸人齒輪具體參數(shù)。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(biāo)值，在結(jié)合API函數(shù)生成一個齒形的輪廓。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。4.2軸的尺寸驅(qū)動參數(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