光電經緯儀載車平順性仿真研究

鄭秀妍

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

關鍵詞：ADAMS/Car；光電經緯儀載車；平順性

1 概述

光電經緯儀是測量飛行物體外彈道軌跡的精密光學儀器，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處在一定范圍內[1]。目前我國的光電經緯儀絕大多數(shù)均固定于某些塔臺圓頂內，無法滿足多樣的觀測試驗條件，所以具有移動布站能力的光電經緯儀應運而生，光電經緯儀載車為光電經緯儀移動布站提供了載體。為了確定載車在運載經緯儀時能夠滿足光電經緯儀的運載安全，所以應對載車平順性作出評價。

傳統(tǒng)的平順性研究方法主要是現(xiàn)對車輛進行結構設計，然后根據(jù)設計方案制作出試驗樣車，通過樣車進行平順性相關試驗，再通過試驗數(shù)據(jù)優(yōu)化設計方案，如此往復，直至找出最優(yōu)方案。這樣的試驗方法導致車輛的設計周期冗長且浪費了大量的人力物力。汽車仿真技術的發(fā)展彌補這一傳統(tǒng)的設計過程缺陷，大大縮短了設計制造的循環(huán)時間，節(jié)省了大批資源。本次試驗將運用ADAMS動力學仿真軟件對光電經緯儀載車系統(tǒng)進行平順性研究。

2 試驗研究內容及方案

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

通過經驗總結光電經緯儀機身幾處易損傷部位并綜合載車與經緯儀整體結構，確定本次研究的測點位置如圖1所示，即為光電經緯儀主機鏡筒測點A、光電經緯儀主機回轉機架測點B、光電經緯儀主機機座測點C和載車上右后輪軸測點D。應用ADAMS中的模擬試驗臺模擬系統(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，計算得到光電經緯儀的振動強度，綜合振動加速度值及振動強度評價系統(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方法[2]，出于對經緯儀完好性及精密性的考慮，所以選定通過測量光電經緯儀各測點振動加速度及振動強度是否達到光電經緯儀的技術要求的方法來評價光電經緯儀載車的平順性。按照正態(tài)隨機過程假設應用計算公式（1），求出各測點的合成加速度均方根值，然后應用公式（2）求出光電經緯儀系統(tǒng)各部分在各方向的振動強度。

首先通過ADAMS/Car模塊建立光電經緯儀載車系統(tǒng)（光電經緯儀載車，光電經緯儀及路面）模型；然后通過仿真已建立的經緯儀載車系統(tǒng)模型，測得各測點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緯儀的技術要求，即≤0.5g；最后通過計算得出各測點及各方向的振動強度隨時間變化的曲線，通過分析可知光電經緯儀上各部件的振動情況及載車輪軸的振動情況，評價載車運載光電經緯儀的安全性。

仿真系統(tǒng)模型的建立

3 光電經緯儀載車模型建立

由于光電經緯儀載車的結構復雜，為了方便研究其平順性，應對其結構進行一定的簡化和假設?，F(xiàn)假設該光電經緯儀載車為左右對稱結構，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，輪胎四個部分，忽略其他的電器及配套設施；假設該光電經緯儀載車為質量集中的剛體結構，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；不將該光電經緯儀載車的輪胎阻尼作為本試驗的主要考慮因素；本試驗還忽略了車輛行駛的一些外界條件，如風力及天氣情況，僅考慮汽車的行駛速度及行駛路面的功率譜密度兩個變量。

本次研究的光電經緯儀載車選用四輪獨立懸掛懸架，其前、后懸架均采用雙橫臂式獨立懸架，其主要結構由上控制臂、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、減震器等部分構成。根據(jù)光電經緯儀載車樣車輪胎型號，輪胎模型主要通過在ADAMS/Car輪胎模塊調用ADAMS系統(tǒng)所提供的魔術公式輪胎模型文件進行創(chuàng)建。

3.1 光電經緯儀模型建立

在不考慮其他相關的電器元件和其他附屬的對振動方面影響較小的部分時，可以將模型簡化為以下三個部分，即光電經緯儀的主機鏡筒、回轉機架和機座。

3.2 路面模型的建立

在運用ADAMS軟件時，可以使用三種方法來進行道路模型的建立，第一種方法是在ADAMS/View模塊中在運用輪胎模型進行建模過程中，其方法是直接導入系統(tǒng)自帶的路面模型，修改路面文件為設計對應參數(shù)；第二種方法是通過matlab等匯編軟件對道路模型進行編制，生成符合條件的路面文件，再通過matlab與ADAMS的接口導入ADAMS軟件中；第三種方法是在ADAMS/Car模塊中，通過路面生成器，對隨機路面的功率譜密度進行賦值，ADAMS會自動生成相應的路面文件，并能夠應用在仿真過程中。本次試驗所用的路面文件主要應用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，即可建立光電經緯儀載車系統(tǒng)的整車模型。如圖2所示。

4 試驗結果及數(shù)據(jù)整理

根據(jù)擬定的仿真模擬試驗條件，對系統(tǒng)模型進行仿真，其各測點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）的計算整理出表2、表3，分別為仿真各測點振動強度和經緯儀及輪軸各方向振動強度。

為了方便分析光電經緯儀載車系統(tǒng)各測點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度數(shù)據(jù)繪制成折線圖，如圖3所示。

5 結論

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

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

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

參考文獻

[1]王守印，張春林，楊威.光測設備特種載車結構設計[J].長春理工大學學報自然科學版，2013（5）：55-58.

[2]余志生.汽車理論-第2版[M].機械工業(yè)出版社，2006：168-215.