SolidWorks的混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系仿真模型研究電子教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。SolidWorks的混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系仿真模型研究-SolidWorks的混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系仿真模型研究混合電動(dòng)汽車采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力能源，通過混合使用熱能和電能兩套系統(tǒng)開動(dòng)汽車。在低速小功率運(yùn)行時(shí)可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);而高速行駛時(shí)用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng);通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作模式，將車輛在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，并積蓄起來成為新的驅(qū)動(dòng)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

2、.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(dòng)擋的汽油轎車少8-9個(gè)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(dòng)力電動(dòng)汽車(parallelHybridelectricvehicle,PHEV)的動(dòng)力傳動(dòng)系是由一個(gè)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(dòng)力傳動(dòng)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(jì)工程師的設(shè)計(jì)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

3、體建模到生成符合國標(biāo)的工程圖，同時(shí)用戶可以使用支持OLE編程的開發(fā)工具，如VB,VC+等對(duì)API功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，來進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)意圖。1SolidWorks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(gè)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SolidWorksAPI，其中包括有數(shù)以百計(jì)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(duì)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。2SolidWorks二次開發(fā)的方

4、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(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。2.2用3個(gè)示例工程文件開發(fā)SolidWorks2001版本中提供了3個(gè)示例工程文件testapp,userdll和comuserdll，可采用以這3個(gè)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(gè)示例工程文件所提供的實(shí)例很

5、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(xiàng)，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(duì)象向?qū)ч_發(fā)可以說用ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)是用方法1開發(fā)的升級(jí)版。針對(duì)SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL對(duì)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。3SolidWorksAPI提供的接口方式SolidWorks

6、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(dòng)SolidWorks時(shí)，DLL插件能夠自動(dòng)加載。通常情況下，只要沒有在插件菜單項(xiàng)中清除DLL插件，每次啟動(dòng)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(dòng)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SolidWorksDispatch接口生成的DLL也可以注冊，

7、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(dòng)系仿真模型的建立并聯(lián)式混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)部分主要是由一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)系和一個(gè)差速器組成。要建立行星齒輪傳動(dòng)系的仿真模型，先要對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模，其次要對(duì)其它零件進(jìn)行參數(shù)化建模，然后要建立裝配體實(shí)體模型。本文采用VC+基于ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)方式對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，來實(shí)現(xiàn)行星動(dòng)力傳動(dòng)系建模。4.1齒輪的程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模齒輪參數(shù)化建模包括4個(gè)模塊:系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)模塊、齒形計(jì)算與生成模塊、輪毅生成模塊、三維實(shí)體模型生成模塊。系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)模塊是建

8、立交互的人機(jī)界面，接受用戶對(duì)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(dòng)態(tài)連接庫后產(chǎn)生的界面接口對(duì)話框，在對(duì)話框中輸人齒輪具體參數(shù)。齒形計(jì)算與生成模塊是利用漸開線方程式，先計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，在結(jié)合API函數(shù)生成一個(gè)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(gè)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(dòng)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(duì)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

9、尺寸間的關(guān)系。尺寸驅(qū)動(dòng)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(gè)或以上的主要因子，那末就要對(duì)主要尺寸間用方程式的方法去約束。對(duì)于PHEV行星動(dòng)力傳動(dòng)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(gè)尺寸得到該尺寸對(duì)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(dòng)參數(shù)化建模PHEV行星齒輪傳動(dòng)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(shí)同樣也是需要的，因此.對(duì)這些零件也要進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)參

10、數(shù)化建模，采用的方法與軸的尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模類似.這里就不再重復(fù)了。4.4裝配體實(shí)體模型的建立為便于研究PHEV動(dòng)力傳動(dòng)系的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能仿真，必須將零件的實(shí)體模型進(jìn)行合理的裝配，建立裝配體實(shí)體模型。根據(jù)PHEV動(dòng)力傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在已建好的零件實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)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(gè)構(gòu)件都正確地安裝在裝配體之中，最后設(shè)計(jì)并完成了PHEV動(dòng)力傳動(dòng)系的仿真模型。5結(jié)論本文利用VC+對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)所選用的PHEV動(dòng)力傳動(dòng)系中各個(gè)構(gòu)件進(jìn)

11、行了實(shí)體建模，在零件實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系的外觀特性和結(jié)構(gòu)原理，為PHEV動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)汽車采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力能源，通過混合使用熱能和電能兩套系統(tǒng)開動(dòng)汽車。在低速小功率運(yùn)行時(shí)可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);而高速行駛時(shí)用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng);通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作模式，將車輛在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，并積蓄起來成為新的驅(qū)動(dòng)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.

12、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(dòng)擋的汽油轎車少8-9個(gè)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(dòng)力電動(dòng)汽車(parallelHybridelectricvehicle,PHEV)的動(dòng)力傳動(dòng)系是由一個(gè)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(dòng)力傳動(dòng)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(jì)工程師的設(shè)計(jì)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

13、零件和裝配體建模到生成符合國標(biāo)的工程圖，同時(shí)用戶可以使用支持OLE編程的開發(fā)工具，如VB,VC+等對(duì)API功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，來進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)意圖。1SolidWorks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(gè)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SolidWorksAPI，其中包括有數(shù)以百計(jì)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(duì)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。2SolidWorks二

14、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(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。2.2用3個(gè)示例工程文件開發(fā)SolidWorks2001版本中提供了3個(gè)示例工程文件testapp,userdll和comuserdll，可采用以這3個(gè)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(gè)示例工程文件所提

15、供的實(shí)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(xiàng)，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(duì)象向?qū)ч_發(fā)可以說用ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)是用方法1開發(fā)的升級(jí)版。針對(duì)SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL對(duì)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。3SolidWorksAPI提供的接口方式Solid

16、WorksAPI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(dòng)SolidWorks時(shí)，DLL插件能夠自動(dòng)加載。通常情況下，只要沒有在插件菜單項(xiàng)中清除DLL插件，每次啟動(dòng)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(dòng)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SolidWorksDispatch接口生成的DLL也

17、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(dòng)系仿真模型的建立并聯(lián)式混合電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)部分主要是由一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)系和一個(gè)差速器組成。要建立行星齒輪傳動(dòng)系的仿真模型，先要對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模，其次要對(duì)其它零件進(jìn)行參數(shù)化建模，然后要建立裝配體實(shí)體模型。本文采用VC+基于ATL對(duì)象向?qū)ч_發(fā)方式對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，來實(shí)現(xiàn)行星動(dòng)力傳動(dòng)系建模。4.1齒輪的程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模齒輪參數(shù)化建模包括4個(gè)模塊:系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)模塊、齒形計(jì)算與生成模塊、輪毅生成模塊、三維實(shí)體模型生成模塊。系統(tǒng)界面設(shè)

18、計(jì)模塊是建立交互的人機(jī)界面，接受用戶對(duì)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(dòng)態(tài)連接庫后產(chǎn)生的界面接口對(duì)話框，在對(duì)話框中輸人齒輪具體參數(shù)。齒形計(jì)算與生成模塊是利用漸開線方程式，先計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，在結(jié)合API函數(shù)生成一個(gè)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(gè)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(gè)或以上的主要因子，那末就要對(duì)主要尺寸間用方程式的方法去約束。對(duì)于PH