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基于SolidWorks的混合电动汽车动力传动系仿真模型研究 |
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作者：周春国 刘凯 崔亚辉 |
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混合电动汽车采用传统的内燃机和电动机作为动力能源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。在低速小功率运行时可以关闭发动机，采用电动机驱动;而高速行驶时用内燃机驱动;通过发动机和电动机的协同工作模式，将车辆在制动时产生的能量转化为电能，并积蓄起来成为新的驱动力量.从而在不同工况下都能达到高效率。一般情况下，百公里油耗只相当于传统汽油车型1.0L的油耗。在市区行驶的节油率达到了37.3%-47.5%.在市郊行驶的节油率也达到了19.8%-36%，相比2.0L自动挡的汽油轿车少8-9个油的油耗。
HEV有串联式、并联式、混联式和复合式4种布置形式。并联式混合动力电动汽车(parallel Hybrid electric vehicle , PHEV)的动力传动系是由一个带行星齿轮的变速装置组成，为了研究PHEV的转速、扭矩、牵引力以及功率分配等情况，需建立动力传动系的仿真模型，便于进行虚拟样机仿真，以得到相关特性参数曲线。
SolidWorks软件自1995年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性，极大地提高了机械设计工程师的设计效率，可充分发挥工程师使用三维工具进行产品开发的能力。从零件和装配体建模到生成符合国标的工程图，同时用户可以使用支持OLE编程的开发工具，如VB,VC++等对API功能函数进行调用，来进行二次开发，实现自己的设计意图。
1 SolidWorks二次开发所需软件
SolidWorks二次开发所需的软件为支持OLE编程的VBA,VB,C和VC++当中任何一个软件即可。为了方便用户进行二次开发，SolidWorks提供了OLE应用程序开发接口SolidWorks API，其中包括有数以百计的功能函数，用户可以使用支持OLE编程的开发工具，如VBA,VB,C和VC++等都能对这些功能函数进行调用，为程序员提供了直接访问SolidWorks的能力。
2 SolidWorks二次开发的方法
2.1用工程向导文件开发
SolidWorks本身就是在Windows下开发的，因此使用VC++编译出来的DLL可以作为SolidWorks的插件将程序集成到SolidWorks中。如果以VC++作为开发工具，可采用SolidWorks早期版本的工程向导文件Swizard.，对SolidWorks进行二次开发。
2.2用3个示例工程文件开发
SolidWorks2001版本中提供了3个示例工程文件testapp,userdll和comuserdll，可采用以这3个示例工程文件为基础进行二次开发。这些工程已经具备了基本的程序框架，开发人员可以在此基础上开发自己的应用程序。这3个示例工程文件所提供的实例很全面，完全可以满足一般工程需要，只要能弄清楚源程序，开发人员就可以根据自己需要进行相应的添加和修改了。一般而言，开发人员首先需要在SolidWorks的界面上添加自己的菜单项，以此作为激活用户程序的接口，完成与用户的数据交换。
2.3用ATL对象向导开发
可以说用ATL对象向导开发是用方法1开发的升级版。针对SolidWorks2004,SolidWorks2005和SolidWorks2006不同版本有不同的ATL对象向导文件，这些向导文件均可在SolidWorks公司的美国官方网站下载api-sdk安装文件和apihelp帮助文件。
3 SolidWorksAPI提供的接口方式
SolidWorks API提供了两种接口方式:COM和Dispatch。
采用COM接口生成的DLL在Windows注册表注册成功后，可通过选择SolidWorks"工具"菜单下的"插件"，将DLL程序载人，下次启动SolidWorks时，DLL插件能够自动加载。通常情况下，只要没有在"插件"菜单项中清除DLL插件，每次启动后都能出现插件菜单。使用下载的向导文件SWizard.swx生成的DLL插件就是这种类型。
Dispatch接口生成的DLL不需要进行注册表注册，启动SolidWorks后，在"文件"菜单下的"打开"菜单中选择需要加载的DLL程序，即可以将DLL插件嵌人SolidWorks Dispatch接口生成的DLL也可以注册，不过需要程序员自己编写注册程序。SolidWorks自带的示例工程testapp和userdll生成的DLL插件就是这种类型。
4行星齿轮传动系仿真模型的建立
并联式混合电动汽车动力传动部分主要是由一个行星齿轮传动系和一个差速器组成。要建立行星齿轮传动系的仿真模型，先要对齿轮进行参数化建模，其次要对其它零件进行参数化建模，然后要建立装配体实体模型。本文采用VC++基于ATL对象向导开发方式对SolidWorks进行二次开发，来实现行星动力传动系建模。
4.1齿轮的程序驱动参数化建模
齿轮参数化建模包括4个模块:系统界面设计模块、齿形计算与生成模块、轮毅生成模块、三维实体模型生成模块。系统界面设计模块是建立交互的人机界面，接受用户对圆柱齿轮具体参数(齿数、模数、压力角、轮载半径)的数据输人，采取的方式是在SolidWorks下加挂利用COM方式生成的自定义动态连接库后产生的界面接口对话框，在对话框中输人齿轮具体参数。齿形计算与生成模块是利用渐开线方程式，先计算出各个点的坐标值，在结合API函数生成一个齿形的轮廓。根据输人的轮毅半径，再通过API命令得到轮毅的二维平面图形。接着通过切除命令，得到一个齿槽，再用圆周阵列阵列特征，得到所有齿形，完成齿轮的建模。图1为齿槽的切除操作和圆周阵列特征。
图1 齿槽的切除操作和圆周的阵列特征
4.2轴的尺寸驱动参数化建模
这种建模方法不需要程序员掌握大量的API建模函数，对于模型复杂程度较高的构件可以在软件中采取添加方程式的方法去约束尺寸间的关系。尺寸驱动参数化建模核心是要搞清楚哪些尺寸是主要因子，主要因子是根据所建模型库的用途来判断的。如果有两个或以上的主要因子，那末就要对主要尺寸间用方程式的方法去约束。对于PHEV行星动力传动系上的轴来说，其主要因子是各轴段的长度和轴径。
通过OpenDoo4( )函数打开该零件，然后用手工方式去查看该尺寸的名称，再遍历草图中每个尺寸得到该尺寸对象.接着就可以调用API函数SetValue( )去修改尺寸值到用户需要的尺寸值。
4.3其它零件的尺寸驱动参数化建模
PHEV行星齿轮传动系中还有其它一些零件，如:键、行星架和支座等，在建立装配体模型时同样也是需要的，因此.对这些零件也要进行尺寸驱动参数化建模，采用的方法与轴的尺寸驱动参数化建模类似.这里就不再重复了。
4.4装配体实体模型的建立
为便于研究PHEV动力传动系的运动和动力性能仿真，必须将零件的实体模型进行合理的装配，建立装配体实体模型。根据PHEV动力传动系的结构特点，在已建好的零件实体模型的基础上，根据其运动过程中各构件之间的装配关系，准确地设置各构件在装配体中的位置。用SolidWorks，装配功能中的重合、平行、同轴心、齿轮配合等命令进行装配，从而使每个构件都正确地安装在装配体之中，最后设计并完成了PHEV动力传动系的仿真模型，如图2所示。
5结论
本文利用VC++对SolidWorks进行二次开发，对所选用的PHEV动力传动系中各个构件进行了实体建模，在零件实体模型的基础上，设计并建立了其完整的仿真模型。该仿真模型可从不同的视角浏览混合电动汽车动力传动系的外观特性和结构原理，为PHEV动力传动系的虚拟样机和仿真提供了依据，达到了预期目的。(end)
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(2/12/2008) |
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