AMESim仿真軟件在汽車機電技術中的應用

鄭書嵐

摘 要：汽車機電技術是一項多學科交叉的綜合性技術，在汽車機電技術方面，仿真技術的應用為進一步優化汽車機電系統，節約物理實驗成本，全面獲取仿真模型的數據參數等方面做出了卓越貢獻。仿真技術依托計算機技術的發展，現已廣泛應用于汽車領域的多個方面。AMESim是一款專業的液壓系統仿真軟件，可進行液壓系統、機電系統、伺服控制、熱計算等多方面的仿真，在汽車機電方面可進行汽車發動機、發動機熱管理、汽車輪胎、齒輪驅動系統、自動駕駛、車身、液壓與電子系統集成、電子與控制系統等的仿真計算。在汽車機電仿真領域，單獨使用AMESim可能無法全面的進行計算，可聯合其他軟件進行聯合仿真計算，如多體系統動力學軟件ADAMS和數值計算軟件MATLAB等。

關鍵詞：AMESim 仿真技術 汽車機電 ADAMS MATLAB

Application of AMESim Simulation Software in Automobile Electromechanical Technology

Zheng Shulan

Abstract：Automotive electromechanical technology is a multidisciplinary comprehensive technology. In terms of automotive electromechanical technology， the application of simulation technology can further optimize the automotive electromechanical system， save the cost of physical experiments， and fully obtain the data parameters of the simulation model. Relying on the development of computer technology， simulation technology has been widely used in many aspects of the automotive field. AMESim is a professional hydraulic system simulation software， which can simulate various aspects of hydraulic system， electromechanical system， servo control， thermal calculation， etc. which can perform automobile engine， engine thermal management， automobile tire， gear drive system， simulation calculation of automatic driving， body， hydraulic and electronic system integration， electronic and control system， etc. In the field of automotive electromechanical simulation， AMESim alone may not be able to perform comprehensive calculations. It can be combined with other software for joint simulation calculations， such as multi-body system dynamics software ADAMS and numerical calculation software MATLAB.

Key words： AMESim， simulation technology， automotive electromechanics， ADAMS， MATLAB

1 引言

在汽車機電設計中發現有些內容需要預先進行設計計算，而有些內容往往無法通過物理實驗獲取或并不具備實驗能力，因此需采用計算機仿真技術進行建模和仿真計算[1，2]。在汽車機電技術方面的仿真軟件有多種，如虛擬儀器平臺的LabView軟件、AMESim液壓系統仿真軟件、數值計算軟件MATLAB、機械系統動力學軟件ADAMS、ANSYS等[3]。董榮寶[4]等簡述了AC伺服泵控液壓系統的工作原理，并基于AMESim軟件建立了整體仿真模型，仿真結果表明系統性能較好，可為該型液壓系統的工程實踐提供指導。楊瑞東[5]等設計單水泵供給電池、電機電控冷卻液的冷卻回路，并在AMEsim建立了仿真模型，在最佳冷卻水溫度的目標下進行水泵的PID控制與開關控制的對比，得出PID控制具有更高的效率。通過計算機仿真技術可在產品制造前對產品的性能提前預知，并根據仿真計算結果進一步優化產品的設計與性能等。AMESim作為一款液壓與機電結合的仿真系統解決方案，已廣泛應用于機械、電子、液壓、汽車、動力學、熱力學、航空航天、船舶與海洋工程等中。

2 AMESim的仿真環境與汽車機電技術仿真

2.1 AMESim仿真環境

AMESim是一款專業的機電液一體化仿真軟件，軟件的仿真環境提供了許多常見的液壓系統元件，可選擇液壓組件、機械組件、電氣芯片組件、信號與控制組件等。AMESim將構成復雜系統的最小要素抽取出來，通過拖動圖標的形式實現了較少要素完成最符合實際工程應用的復雜系統模型，提高了開發效率。軟件通過圖形界面方式即可以實現對仿真模型的搭建、參數設定、模型修改、單元擴充以及改變等，而無需像其他仿真軟件那樣編寫仿真程序代碼，將模型的數學模型隱藏到底層，用戶只需關心模型的匹配與連接即可。

2.2 AMESim在汽車機電仿真中的應用

在汽車機電方面，AMESim可進行汽車發動機、發動機熱管理、汽車輪胎、齒輪驅動系統、自動駕駛、車身、液壓與電子系統集成、電子與控制系統等的仿真計算。

在汽車發動機方面，AMESim可進行發動機設計與性能研究，發動機啟停應用、均值引擎模型的應用、致動器模型和控制器、帶MiL/SiL/HiL應用控制的全動力系統模型等。如圖1所示的汽車發動機節流閥執行器控制器，在AMESim中可進行單缸發動機和多缸發動機的仿真計算，通過圖標模型搭建的方式實現發動機模型的建立，也可通過其他軟件搭建發動機的三維實體模型，通過聯合接口的方式實現交互仿真。

在自動駕駛方面，AMESim可進行自動駕駛系統自動加減速、自動轉向、自動會車判斷等的仿真，通過設置汽車的整體模型與控制器模型，可實現上述功能，通過與Simcenter等軟件的聯合可進一步直觀地觀測啟動駕駛汽車的運行情況，如圖 2所示的自動駕駛汽車處理會車情況時的3D仿真情況，自動駕駛汽車可自動判斷來車，并在合適的時間階段自動減速與加速，保證行駛過程的安全。

在汽車機電控制方面，AMESim提供了一套仿真控制模型，其基本原理如圖3所示。在仿真環境中可進行線性模型仿真、非線性模型仿真、跟蹤控制、PID控制、與PLC等的聯動控制、控制系統優化、控制程序代碼的生成等功能?？刂葡到y模型包括兩種，一種為通過AMESim圖標模型搭建的物理模型，一種為控制系統的傳遞函數數學模型，AMESim均可對這兩種模型進行仿真和計算。

在AMESim中搭建發動機的齒輪組模型，如圖4所示，通過設置沒對齒輪的齒數、模數、接觸剛度、阻尼等參數，對主動輪加載運動信號可得其他齒輪的運行參數，通過這些參數，設計人員可預先知曉發動機的某些齒輪對的運轉情況，從而可進一步優化齒輪組設計等。在AMESim中可搭建多個齒輪組共同工作的模型，以擴展其齒輪組仿真的應用能力，同時可加入電機模型和電池模型等實現汽車動力電池的再生制動能量回收的仿真。

3 結束語

針對汽車機電設計階段可采用AMESim進行相關的仿真計算與研究。本文介紹了AMESim仿真環境及可在機械、液壓、電氣等方面的應用，針對汽車機電應用可進行汽車發動機、汽車輪胎、齒輪驅動系統、自動駕駛與控制等的仿真計算，并對其中的某些應用進行了介紹，為AMESim在汽車機電技術仿真中的應用提供參考。

參考文獻：

[1]陳遠龍，呂安生，侯亭波等.基于AMESim與ADAMS的抓臂式清污機工作裝置聯合仿真研究[J].液壓與氣動，2020（01）：137-141.

[2]Fan，Q，Zhang，H，Sun，M，et al.Research on the Influence of the Size Change of Hydraulic Excavator's Working Mechanism on the Working Performance[J].Jixie Gongcheng Xuebao/Journal of Mechanical Engineering， 2017，53（7）：154-163.

[3]Li，F，Tong，S，Wang，X.Dynamic optimization design for working device of hydraulic excavator based on modal analysis[J].Nongye Jixie Xuebao/Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2014，45（4）：28-36.

[4]董榮寶，謝吉明.基于AMESim的AC伺服泵控液壓系統的仿真與分析[J].液壓氣動與密封，2020，40（09）：17-20.

[5]楊瑞東，徐啟良，楊國藝.基于AMEsim的電動汽車單水泵冷卻回路仿真[J].汽車實用技術，2020，45（16）：16-17+71.