光電經(jīng)緯儀載車平順性仿真研究

鄭秀妍

摘 要：文章利用ADAMS/Car模塊建立光電經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)模型，并對其進(jìn)行瀝青路面以不同速度勻速行駛時(shí)的仿真分析，通過對仿真數(shù)據(jù)的整理與分析，可以得出各測點(diǎn)及各方向隨速度變化曲線。

關(guān)鍵詞：ADAMS/Car；光電經(jīng)緯儀載車；平順性

1 概述

光電經(jīng)緯儀是測量飛行物體外彈道軌跡的精密光學(xué)儀器，具有超高精度，其鏡筒處包含大量脆性材料，因此所承受的振動及沖擊應(yīng)處在一定范圍內(nèi)[1]。目前我國的光電經(jīng)緯儀絕大多數(shù)均固定于某些塔臺圓頂內(nèi)，無法滿足多樣的觀測試驗(yàn)條件，所以具有移動布站能力的光電經(jīng)緯儀應(yīng)運(yùn)而生，光電經(jīng)緯儀載車為光電經(jīng)緯儀移動布站提供了載體。為了確定載車在運(yùn)載經(jīng)緯儀時(shí)能夠滿足光電經(jīng)緯儀的運(yùn)載安全，所以應(yīng)對載車平順性作出評價(jià)。

傳統(tǒng)的平順性研究方法主要是現(xiàn)對車輛進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作出試驗(yàn)樣車，通過樣車進(jìn)行平順性相關(guān)試驗(yàn)，再通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，如此往復(fù)，直至找出最優(yōu)方案。這樣的試驗(yàn)方法導(dǎo)致車輛的設(shè)計(jì)周期冗長且浪費(fèi)了大量的人力物力。汽車仿真技術(shù)的發(fā)展彌補(bǔ)這一傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程缺陷，大大縮短了設(shè)計(jì)制造的循環(huán)時(shí)間，節(jié)省了大批資源。本次試驗(yàn)將運(yùn)用ADAMS動力學(xué)仿真軟件對光電經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)進(jìn)行平順性研究。

2 試驗(yàn)研究內(nèi)容及方案

本次研究主要根據(jù)某型號光電經(jīng)緯儀載車及某型號光電經(jīng)緯儀基本結(jié)構(gòu)，通過運(yùn)用ADAMS動力學(xué)仿真軟件，建立光電經(jīng)緯儀系統(tǒng)模型，研究其平順性的影響因素。

通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)光電經(jīng)緯儀機(jī)身幾處易損傷部位并綜合載車與經(jīng)緯儀整體結(jié)構(gòu)，確定本次研究的測點(diǎn)位置如圖1所示，即為光電經(jīng)緯儀主機(jī)鏡筒測點(diǎn)A、光電經(jīng)緯儀主機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)架測點(diǎn)B、光電經(jīng)緯儀主機(jī)機(jī)座測點(diǎn)C和載車上右后輪軸測點(diǎn)D。應(yīng)用ADAMS中的模擬試驗(yàn)臺模擬系統(tǒng)模型在瀝青路面上以30km/h、40km/h及50km/h的行駛情況。觀察并采集其振動加速度值，計(jì)算得到光電經(jīng)緯儀的振動強(qiáng)度，綜合振動加速度值及振動強(qiáng)度評價(jià)系統(tǒng)模型在該路況下的平順性。

通過研究比對幾種平順性評價(jià)方法[2]，出于對經(jīng)緯儀完好性及精密性的考慮，所以選定通過測量光電經(jīng)緯儀各測點(diǎn)振動加速度及振動強(qiáng)度是否達(dá)到光電經(jīng)緯儀的技術(shù)要求的方法來評價(jià)光電經(jīng)緯儀載車的平順性。按照正態(tài)隨機(jī)過程假設(shè)應(yīng)用計(jì)算公式（1），求出各測點(diǎn)的合成加速度均方根值，然后應(yīng)用公式（2）求出光電經(jīng)緯儀系統(tǒng)各部分在各方向的振動強(qiáng)度。

首先通過ADAMS/Car模塊建立光電經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)（光電經(jīng)緯儀載車，光電經(jīng)緯儀及路面）模型；然后通過仿真已建立的經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)模型，測得各測點(diǎn)的振動加速度并整理最大振動加速度及加速度均方根值，判定該仿真模型是否符合光電經(jīng)緯儀的技術(shù)要求，即≤0.5g；最后通過計(jì)算得出各測點(diǎn)及各方向的振動強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線，通過分析可知光電經(jīng)緯儀上各部件的振動情況及載車輪軸的振動情況，評價(jià)載車運(yùn)載光電經(jīng)緯儀的安全性。

仿真系統(tǒng)模型的建立

3 光電經(jīng)緯儀載車模型建立

由于光電經(jīng)緯儀載車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便研究其平順性，應(yīng)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的簡化和假設(shè)。現(xiàn)假設(shè)該光電經(jīng)緯儀載車為左右對稱結(jié)構(gòu)，且載車左右兩輪所受的路面激勵為同一激勵；將模型簡化為前、后懸架，車身，輪胎四個(gè)部分，忽略其他的電器及配套設(shè)施；假設(shè)該光電經(jīng)緯儀載車為質(zhì)量集中的剛體結(jié)構(gòu)，在仿真過程中，僅考慮載車的垂直方向及前后縱向的振動加速度及橫向加速度；不將該光電經(jīng)緯儀載車的輪胎阻尼作為本試驗(yàn)的主要考慮因素；本試驗(yàn)還忽略了車輛行駛的一些外界條件，如風(fēng)力及天氣情況，僅考慮汽車的行駛速度及行駛路面的功率譜密度兩個(gè)變量。

本次研究的光電經(jīng)緯儀載車選用四輪獨(dú)立懸掛懸架，其前、后懸架均采用雙橫臂式獨(dú)立懸架，其主要結(jié)構(gòu)由上控制臂、下前控制臂、下后控制臂、連接桿、球頭節(jié)、外球籠、橡膠襯套、球頭、螺旋彈簧、減震器等部分構(gòu)成。根據(jù)光電經(jīng)緯儀載車樣車輪胎型號，輪胎模型主要通過在ADAMS/Car輪胎模塊調(diào)用ADAMS系統(tǒng)所提供的魔術(shù)公式輪胎模型文件進(jìn)行創(chuàng)建。

3.1 光電經(jīng)緯儀模型建立

在不考慮其他相關(guān)的電器元件和其他附屬的對振動方面影響較小的部分時(shí)，可以將模型簡化為以下三個(gè)部分，即光電經(jīng)緯儀的主機(jī)鏡筒、回轉(zhuǎn)機(jī)架和機(jī)座。

3.2 路面模型的建立

在運(yùn)用ADAMS軟件時(shí)，可以使用三種方法來進(jìn)行道路模型的建立，第一種方法是在ADAMS/View模塊中在運(yùn)用輪胎模型進(jìn)行建模過程中，其方法是直接導(dǎo)入系統(tǒng)自帶的路面模型，修改路面文件為設(shè)計(jì)對應(yīng)參數(shù)；第二種方法是通過matlab等匯編軟件對道路模型進(jìn)行編制，生成符合條件的路面文件，再通過matlab與ADAMS的接口導(dǎo)入ADAMS軟件中；第三種方法是在ADAMS/Car模塊中，通過路面生成器，對隨機(jī)路面的功率譜密度進(jìn)行賦值，ADAMS會自動生成相應(yīng)的路面文件，并能夠應(yīng)用在仿真過程中。本次試驗(yàn)所用的路面文件主要應(yīng)用ADAMS/Car路面生成器生成。

在ADAMS中所生成的功率譜密度是基于白噪聲法生成的其公式為式（3）所示：

3.3 模型裝配

通過ADAMS/Car整車裝配系統(tǒng)，通過在每個(gè)子系統(tǒng)中所創(chuàng)建的通訊器之間的連接，即可建立光電經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)的整車模型。如圖2所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)整理

根據(jù)擬定的仿真模擬試驗(yàn)條件，對系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，其各測點(diǎn)最大振動加速度及加速度均方根值如表1所示。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)通過公式（1）及公式（2）的計(jì)算整理出表2、表3，分別為仿真各測點(diǎn)振動強(qiáng)度和經(jīng)緯儀及輪軸各方向振動強(qiáng)度。

為了方便分析光電經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)各測點(diǎn)及各方向上對于平順性的影響，現(xiàn)依據(jù)表2、表3所整理得到的振動強(qiáng)度數(shù)據(jù)繪制成折線圖，如圖3所示。

5 結(jié)論

由圖3可知光電經(jīng)緯儀回轉(zhuǎn)機(jī)架的振動強(qiáng)度最大，主機(jī)機(jī)座次之，而后輪輪軸出的振動強(qiáng)度最小，主機(jī)鏡筒包含主要的光學(xué)元件，振動強(qiáng)度居于機(jī)座和輪軸之間。測點(diǎn)A、測點(diǎn)B的振動強(qiáng)度隨汽車速度的增加而增強(qiáng)；測點(diǎn)C、D出于某些原因振動強(qiáng)度呈現(xiàn)無規(guī)律狀態(tài)。經(jīng)初步分析其原因可能與載車懸架及光電經(jīng)緯儀固有頻率有關(guān)。

結(jié)合表3所列數(shù)據(jù)可知，在速度為30km/h時(shí)，光點(diǎn)經(jīng)緯儀主機(jī)z方向的振動強(qiáng)度最大，主機(jī)x方向次之；在載車行駛速度分別為40km/h和50km/h時(shí)，主機(jī)x方向的振動強(qiáng)度最大，主機(jī)z方向振動強(qiáng)度次之。對于載車輪軸，無論x、z方向，均小于光電經(jīng)緯儀的振動，所以主機(jī)的振動強(qiáng)度較為劇烈。

綜合以上數(shù)據(jù)來看，光電經(jīng)緯儀載車系統(tǒng)模型在瀝青路面上以小于50km/h的速度行駛時(shí)，各測點(diǎn)的各方向及各子系統(tǒng)的振動強(qiáng)度均符合經(jīng)緯儀技術(shù)要求（≤0.5g），此時(shí)的光電經(jīng)緯儀運(yùn)載安全。

參考文獻(xiàn)

[1]王守印，張春林，楊威.光測設(shè)備特種載車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2013（5）：55-58.

[2]余志生.汽車?yán)碚?第2版[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006：168-215.