系统建模和仿真的标准平台--AMESim - 文章

系统建模和仿真的标准平台--AMESim

作者：世冠工程（北京）有限公司

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在汽车设计、生产和制造过程中，基于有限元技术的虚拟样机代替物理样机试验已经得到了广泛的应用，在提高产品质量、降低研发费用以及缩短投放市场时间等方面起到了显著的作用。AMESim作为多学科领域复杂系统高级建模和仿真主流平台，具有车辆工程所涉及的各个学科领域的基础模型库：控制、机械、液压、气动、电、磁以及热。此外AMESim还具有与车辆各大系统直接对应的专用模型库：发动机冷却库、发动机排放库、整车性能分析库、发动机库以及空气调节库等。

这些基础库加上专用库保证了AMESim可以针对汽车组成（发动机、底盘等）的各大系统分别实现它们各自的仿真，同时平台级的建模与仿真环境又可以灵活地把各大系统的模型直接连接起来，实现整车系统的仿真,从而有效地缩短开发周期、降低新品研发成本。

汽车系统的主要组成部分

发动机系统

1、气门组系动态性能

AMESim可以设计和优化气门升程控制技术，诸如：

□ 机械配气机构（双顶置凸轮轴DOHC、摇臂、摇臂滚轮、从动件、气门挺柱等）；
□ 可变定时气门机构以及凸轮相位调整；
□ 机械式可变气门机构（MVT）、电子可变气门机构（EMVT）以及电液可变气门机构（EHVT）。

AMESim还可以解决下述问题：进排气气门控制问题、系统尺寸的确定、驱动机构以及缸内压力的影响、凸轮型线的优化、液压挺柱相对位移的分析、气门关闭时的制动设计、最大升程处的颤振、机械系统以及和液压系统耦合作用引起的气门升程的差别研究、冷起动时气蚀的研究等。

2、燃油喷射

AMESim可以设计和优化燃油喷射系统，包括：

□ 汽油、柴油及其可变燃料：二甲醚（DME）、液化石油气（LPG）和压缩天然气（CNG）；
□ 低压和高压燃油喷射系统；
□ 非直喷/直喷、共轨泵喷嘴以及直列泵；
□ 电磁、压电电液阀以及机械驱动。

AMESim可以解决下述典型问题：共轨压力波动的缓冲、喷油量偏差的降低、新控制策略的开发、喷油器性能的提高、冷起动时气蚀的研究、预喷/主喷/尾喷分析等。

3、三维燃烧计算功能

AMESim的IFP三维燃烧计算功能模块用于仿真带喷射的活塞式发动机中三维化学反应的两相流问题。它是一个精确、直观、鲁棒性的计算流体动力学的工具，采用了大量的多种数值方法和最现代的物理模型。

由于IFP三维燃烧计算功能模块，现在人们能够实现在试验台架上原本无法实现的深入分析了。这种虚拟分析可以使人们更好地了解发动机中发生的复杂物理现象。

IFP三维燃烧计算功能模块既适合于传统发动机构造的优化，又非常适合于开发设计新的发动机燃烧室。IFP三维燃烧计算模块嵌入在AMESim环境中作为专用于发动机CFD燃烧计算的三维工具。作为系统仿真环境的一部分，IFP三维燃烧计算功能模块能够与其他的模块耦合，如：冷却回路（热损失）、喷射系统（喷油率）、电子线路（点火参数）或气门组系及曲轴组系的系统动态。

4、排放系统分析

AMESim可以设计和优化发动机排放系统，包括：

□ 沿着排放管道的热管理；
□ 用于发动机效率分析的排放背压预算；
□ 用于噪声分析的压力波动计算。

AMESim可以解决下述问题：影响整体性能的约束（扭矩或者动力）以及供给（排放以及噪声）预算、优化几何形状以利于燃气的排出、尾气处理系统的设计、热/化学反应之间的耦合、新的污染控制策略开发等。

此处的关键特点是预先建立的随时可用的模型，如三效催化转化器、HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧化物）分离器、氧气存储器、柴油氧化催化、柴油微粒过滤器模型等。IFP排放库还提供了经过验证的、用于建立尾气处理元件一直到完整热排放系统的各种模型。

5、润滑系统分析

AMESim可以设计和优化润滑系统：

□ 考虑或者不考虑热因素；
□ 管路中的气/液填充。

AMESim可以解决下述典型问题：确定系统的尺寸、网络结构的优化、工作零件的磨损及发热、回路中各处的压力、冷起动时气蚀的研究、初始时刻气液混合的填充顺序等。

6、发动机热管理分析

采用AMESim开放的结构平台，可以将在AMESim建立的发动机跟热相关的各大子系统，包括燃烧分析模型、进排气系统模型、冷却系统模型、润滑系统模型、金属壳体散热模型等，连接成一个整体，即发动机热管理系统模型。

在该模型基础上可以解决下述问题：系统元件规格和尺寸的确定、新的热控制策略开发，加速发动机暖机过程的新方案的测试、提高元件性能或者新元件的开发、气/液/材料热耦合等。

底盘系统

1、转向系统分析

AMESim可以设计和优化车辆转向系统，包括：

□ 全液压转向（HPS）、电液转向（EHPS）、电动转向（EPS）、钢索转向（SBW）系统等；
□ 前轮转向系统（NWS）、前轮摆振。
□ 制动工况或者驱动工况分析。

AMESim可以解决下述典型问题：流量和压力的波动、泵流量脉动的缩减、供油管路中的噪声及振动、电子部分的动态特性和性能、控制策略的离线测试、悬架系统和转向系统的耦合等。

2、制动系统分析

AMESim可以设计和优化制动系统，包括：

□ 助力器、主制动缸、制动卡钳和ASV物理模型；
□ 刹车防抱死系统（ABS）、电子稳定装置（ESP）、牵引力控制系统（TCS）、防滑系统分系；
□ ABS和EPS系统元部件分析；
□ 钢索制动系统；
□ 电液制动系统。

AMESim可以解决下述典型问题：驱动器的时域响应、ABS和ESP系统中压力元件的稳定性分析、ABS和ESP控制策略的离线测试、电液系统新型控制策略的开发等。

3、悬架系统分析

AMESim可以设计和优化悬架系统，包括：

□ 被动、半主动和主动悬架。
□ 机械、液压、气动、电子和磁流变悬架。
□ 系统和元件的分析。

AMESim可以解决下述典型问题：驱动器的时域响应，压力元件的稳定性分析，液压和气动回路中的噪声和振动，驾驶性和舒适性的优化、新技术新理念的开发、能耗的降低以及效率的增加等。

4、动力传动系统分析

AMESim可以设计和优化动力传动系统，包括：

□ 手动变速器；
□ 自动变速器；
□ 手动自动变速器；
□ 混合动力车辆的动力分流传动（电/液）；
□ 手动变速器换档品质的详细控制以及车辆的操纵性分析；
□ 各种类型的曲轴分析；
□ 离合器设计（干式、湿式、多片式以及多级弹簧缓冲器）；
□ 双质量飞轮以及离合器减震器；
□ 传动链的NVH分析；
□ 变速器机械和液压损失。

AMESim动力传动库

车辆空调系统及热管理分析

在车辆空调系统中，AMESim可以解决下述典型问题：确定系统零部件的尺寸、研究空调系统对发动机热管理系统的影响、测试新制冷剂和新的材料性能、预测制冷系统中任何一处的状态变量的瞬变过程（温度、压力、制冷剂流量和干度等）。

AMESim空气调节库

采用AMESim开放的结构平台，可以将在AMESim建立的发动机热管理系统与车辆的空调系统连接一个整体，即车辆热管理系统模型。在该模型基础上可以进行车辆热管理系统的完整分析。

整车性能分析

AMESim IFP驾驶/整车性能库专用于传统车辆、混合动力车辆油耗及排放性能仿真和分析。它同时还能够预算车辆的整体性能（加速能力、爬坡能力、最快车速等），有助于评估发动机、传动系以及车辆的结构。IFP整车性能库还可以作为实际的监测工具，提供了接近现实的动态边界条件，可以在完整的车辆环境中分析某个部件的具体功能。

发动机性能库

AMESim的IFP驾驶库/整车性能库具备以下功能：

□ 车辆系统建模用到的所有标准类型模型：柴油机和汽油机模型，手动变速器，自动变速器，CVT，电子，串联混合动力以及并联混合动力；
□ 污染物排放（排放量及其排放流量）；
□ 排放处理优化（催化转化器以及NOx分离器）；
□ 世界典型的标准循环行驶试验工况数据库；
□ 冷却系统优化（基本的以及详细的回路）；
□ 电池以及电动机设计。

虚拟数字样车

只需要将上述车辆各大系统的模型直接连接起来，在AMESim平台上就可以形成整车的“虚拟数字样车”，进而实现各大系统之间耦合的动态性能分析。

众所周知，实现整车级的“虚拟数字样车”一直以来就是汽车研发的难题。AMESim软件中丰富的各类模型库、强有力的智能数字求解器以及适用于系统工程设计的建模环境，使得AMESim软件成为世界各国汽车整车系统仿真平台的首选。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/11/2007)


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