UM Automotive

Моделирование динамики для проектирования и тестирования автомобилей

Автомобильный модуль – это расширение функциональности базовой конфигурации UM, объединяющее в себе модели шин, программные инструменты задания макро- и микропрофиля дорожного полотна, математические модели водителя, набор типовых маневров, а также библиотеку различных подвесок и элементов трансмиссии.

Возможности модуля

- Анализ динамики и поведения автомобиля на дороге в различных условиях, улучшение ходовых качеств автомобиля.
- Анализ и прогноз долговечности несущих конструкций автомобилей.
- Изучение влияния различных конструктивных решений и параметров ходовой части.
- Анимация поведения автомобиля, вывод графиков показателей динамики.
- Изучение отклика автомобиля при выполнении типовых маневров.
- Анализ подвески, рулевого управления и маневров на полной модели автомобиля.
- Моделирование пневматической подвески.
- Импорт геометрии из популярных CAD-пакетов и форматов STEP и IGES.
- Возможность учёта упругости несущих конструкций.

С помощью автомобильного модуля УМ инженеры могут создавать детальные модели подвески и рулевого управления, анализировать и улучшать динамические показатели автомобиля на этапе проектирования; оценить эффективность различных альтернативных технических решений; легко и быстро варьировать параметры автомобиля и условия эксплуатация; проводить виртуальные испытания в различных условиях и при выполнении для произвольных манёвров. Также с его помощью решаются задачи долговечности деталей и соединений. Программа применима для моделирования любых колёсных машин: легковых автомобилей, грузовиков, автобусов, автопоездов, спецтехники.

 
  Приложения
 

БелАЗ

В рамках совместного проекта с БелАЗом созданы несколько моделей самосвалов, в том числе и самосвала грузоподъёмностью 450 тонн. Для каждой машины были проанализированы несколько вариантов конструктивных решений, определены усилия в элементах конструкции, посчитан порог статического опрокидывания. Было выполнено моделирование движения  самосвалов по опытным участкам пути и проведено сравнение результатов численного моделирования и полевых испытаний карьерного самосвала. Кроме того были рассчитаны низшие собственные частоты и соответствующие им формы колебаний.

Модель БелАЗа 75131 с упругой рамой в УМ БелАЗ 75131

 

КамАЗ

Используя наш программный комплекс наши коллеги из МГТУ им. Н.Э. Баумана разработали несколько моделей автомобилей КамАЗ, в том числе автомобиля КамАЗ-6350 Мустанг. Для моделей был проведен анализ управляемости, устойчивости и тормозной эффективности.

КамАЗ-6450 при прохождении переставки КамАЗ-6450 в повороте радиусом 25 м КамАЗ-6450

 

HENDRICKSON

Для Hendrisckson Asia Pacific были разработаны модели десяти подвесок их производства. Модели подвесок использовались для тестирования работы этих подвесок под различными грузовиками, анализа ходовой динамики этих грузовиков и определения сил в элементах подвески при выполнении типовых манёвров.

Подвеска от Hendrickson Подвеска от Hendrickson Рессорное подвешивание грузовика

 

Tiger Spider

Используя "Универсальный механизм" компания Tiger Spider из Австралии проводит экспертизу безопасности автопоездов в соответствии с австралийскими государственными стандартами. Каждый автопоезд рассматривается по более чем десяти показателям: по геометрическим показателям вписывания в повороты малого радиуса на малой скорости, по геометрическим показателям удержания в полосе движения на высоких скоростях и по показателям управляемости. Каждому автопоезду по результатам расчётов назначается свой класс, который определяет доступ к дорогам общего пользования.

Лосиный тест Геометрическое вписывание в поворот

 

  Верификация программы

 

Смена полосы движения

Поворот автопоезда

Автопоезд: щелкните для просмотра анимации

Модель и анимация автопоезда выполнены Marcus Coleman, www.tigerspider.com.au

Была проведена проверка корректности вычислительного ядра, принятых расчетных схем, математических моделей шин и моделей других силовых элементов, которая заключалась в сравнении результатов моделирования некоторых тестовых моделей грузовых автомобилей с результатами, полученными независимыми исследователями при помощи других программ моделирования динамики автомобилей.

Первоначально группой исследователей под руководством Национальной транспортной комиcсии (НТК) Австралии в трех различных компьютерных программах (ADAMS/CAR, UMTRI Yaw/Roll constant velocity и AUTOSIM), предназначенных для моделирования динамики автомобилей, были созданы модели двух грузовых автомобилей: грузовика с прицепом и автопоезда.

Для каждого автомобиля было проведено по четыре теста: рывок и поворот руля на скорости 100 км/ч, а также смена полосы движения на скорости 88 км/ч и поворот на 90° по радиусу 11.25 м на малой скорости (10 км/ч).

Детальное описания обеих моделей, всех поставленных тестов, а также сравнительные результаты моделирования, полученные НТК Австралии были опубликованы на сайте этой организации, для скачивания нажмите здесь.

Далее, нашими исследователями в программном комплексе "Универсальный механизм" были поставлены такие же численные эксперименты. Результаты этих исследований опубликованы здесь.

Сравнение отчетов показывает хорошую сходимость результатов моделирования во всех четырех программах.

Отчеты с результатами моделирования доступны по следующим ссылкам.
- Отчет для ADAMS/CAR, UMTRI Yaw/Roll и AUTOSIM.
- Отчет для Универсального Механизма.   

 

 

Библиотека подвесок

В модуль входит библиотека моделей типовых подвесок легковых и грузовых автомобилей, включающая следующие подвески: 
• зависимая подвеска с направляющими рычагами, 
• на двойных поперечных рычагах, 
• на косых рычагах, 
• Макферсона, 
• торсионно-рычажная, 
• многорычажная,
• пружинная подвеска грузовиков.

Модели подвесок из библиотеки единообразно параметризованы и разработаны таким образом, чтобы пользователю было максимально просто с их помощью создать модель автомобиля. Параметризованы базовые геометрические размеры, а также характеристики силовых элементов.

Подвеска Макферсона Подвеска на двойных поперечных рычагах
Подвеска Макферсона Подвеска на двух поперечных рычагах
axle Подвеска на косых рычагах
Подвеска на продольных рычагах Подвеска на косых рычагах
Многорычажная подвеска Торсионая подвеска
Многорычажная подвеска Торсионая подвеска
  Модели пневматических подвесок


Для моделирования пневматической подвески грузовика, автобуса или легкового автомобиля используется модуль UM Pneumatic Systems. Данный модуль позволяет включить основные элементы пневматической подвески в модель для совместного моделирования динамики. С этой целью используются следующие элементы:

  • пневморессоры
  • вспомогательные резервуары
  • резервуар со сжатым воздухом
  • компрессор
  • клапан контроля высоты
  • соединительные пневмотрубки
Пользователю предоставляется возможность моделировать динамику автомобиля при различных способах соединения пневморессор. В частности, возможно моделирование процесса работы клапана контроля высоты для поддержания заданной высоты подвески при изменении загрузки грузовика или автобуса.
Пример модели пневматической системы
Пример модели пневматической системы
 
Элементы подвески с клапаном контроля высоты
 
 
Модели шин


Модуль включает две модели сил, возникающих между шиной и дорогой при движении автомобиля. Реализованные математические модели шин де-факто являются стандартами для подобного рода расчетов и при адекватной настройке их параметров обеспечивают получение выходных данных с высокой точностью. В модуль включены следующие модели:

  • Магическая формула;
  • Fiala;
  • табличные/экспериментальные зависимости.

istory Макрогеометрия


Инструменты для описания плана и профиля дороги: уклон, горка, косогор, поворот и т.п.

 

istory Микропрофиль


Инструменты для описания микропрофиля дорожного полотна (неровности дороги):

  • поточечное задание профиля (для ввода промеренных участков пути);
  • неровности, заданные аналитическими функциями;
  • синтез неровностей по оценкам спектральной плотности микропрофилей.

В состав модуля включены файлы спектральной плотности мощности микропрофилей и соответствующие им реализации для дорог с различным покрытием: цементобетон на жестком основании, асфальт в хорошем и удовлетворительном состоянии, булыжник в удовлетворительном состоянии.

istory Маневры


Математические модели водителя и набор типовых маневров для оценки динамических свойств автомобилей: разгон и торможение в прямой, смена полосы движения, торможение в повороте, сброс газа в повороте, рывок руля и т.п. Анализ динамики автомобиля при помощи набора типовых тестов (в том числе ISO стандартов) позволяет исследователю получить целостную картину динамических свойств автомобиля.

istory Руководство пользователя и презентация


Руководство пользователя и презентация для этого модуля доступны на странице загрузки.