基于Visual Basic的變速器系統(tǒng)仿真分析輸入文件生成與應(yīng)用

李王英 李文強(qiáng) 劉 波

(格特拉克(江西)傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，江西 南昌 330013)

變速器系統(tǒng)仿真分析軟件所有分析均需要導(dǎo)入載荷譜，該載荷譜數(shù)據(jù)需要包含潤(rùn)滑油溫度，輸入功率流數(shù)量及名稱，輸出功率流數(shù)量及名稱，每個(gè)工況的名稱，每個(gè)工況對(duì)應(yīng)工作時(shí)間、輸入功率流對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩、選擇的檔位等信息。對(duì)于不同類(lèi)型的變速器，比如：HDT(雙離合混合動(dòng)力變速器)、DCT(雙離合變速器)、FWD(前驅(qū)手動(dòng)變速器)、RWD(后驅(qū)手動(dòng)變速器)、AHT(手自一體混合動(dòng)力變速器)、Edrive(電動(dòng)驅(qū)動(dòng)變速器)等，輸入輸出功率流的數(shù)量不同，工況數(shù)量不同，檔位數(shù)量也不同，數(shù)據(jù)格式是不同的。

通常情況下，在對(duì)新變速器研發(fā)或者針對(duì)新客戶產(chǎn)品匹配過(guò)程中，需要對(duì)目標(biāo)變速器進(jìn)行大量的變速箱系統(tǒng)仿真分析，每個(gè)分析都需要載荷譜作為輸入。

基于研發(fā)需要，快速生成變速器系統(tǒng)仿真分析輸入文件顯得格外重要。此工具的運(yùn)用將極大的縮短變速器系統(tǒng)仿真分析輸入文件的處理時(shí)間，加快變速器的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

1 功能實(shí)現(xiàn)

原始輸入數(shù)據(jù)是一個(gè)excel表格數(shù)據(jù)，格式是固定的，如圖1，主要包括各檔位速比，每個(gè)檔位在不同扭矩下的循環(huán)次數(shù)信息。如果一個(gè)檔位在某個(gè)扭矩時(shí)對(duì)應(yīng)循環(huán)次數(shù)大于0，即對(duì)應(yīng)一個(gè)工況。對(duì)于一般的耐久載荷譜，包含的工況數(shù)在200～300個(gè)。

圖1 原始輸入數(shù)據(jù)

變速器系統(tǒng)仿真分析輸入文件生成工具主界面如下圖2所示：

基于VBA程序編制，對(duì)于需要等效的載荷譜，能快速準(zhǔn)確完成要求。自動(dòng)快速生成變速器系統(tǒng)分析軟件所需的數(shù)據(jù)和格式，生成的數(shù)據(jù)格式如圖3，同時(shí)可根據(jù)進(jìn)一步的需求自動(dòng)生成RXF文件，直接將RXF文件導(dǎo)入CAE系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行仿真分析。

圖2 主界面

圖3 變速器系統(tǒng)分析軟件所需的數(shù)據(jù)和格式

2 設(shè)計(jì)流程與思想

首先判斷原始輸入文件是否需要數(shù)據(jù)等效，如果需要等效，運(yùn)行Data Equivalent，否則直接運(yùn)行主程序RGS Main SW，軟件設(shè)置了多重防錯(cuò)功能，以防用戶定義的參數(shù)有矛盾，軟件將根據(jù)用戶的定義參數(shù)生成目標(biāo)變速器所需的數(shù)據(jù)和格式，允許用戶手動(dòng)編輯需要改動(dòng)的數(shù)據(jù)，最后運(yùn)行Generate RXF File，生成變速器系統(tǒng)分析軟件可以直接識(shí)別的載荷譜輸入文件。

圖4 設(shè)計(jì)流程

3 主要功能特點(diǎn)

該工具主要包括三個(gè)方面的功能：

3.1 Data Equivalent數(shù)據(jù)等效

根據(jù)Volvo DV 方法論，如公式(1)所示，生成新的載荷譜。包含部分載荷譜等效和全部載荷譜等效，齒輪齒根強(qiáng)度等效DV6和齒輪齒面接觸強(qiáng)度等效DV3。

(1)

公式中neq表示等效后的循環(huán)次數(shù)，Teq為等效扭矩，k為指數(shù)，齒根彎曲取6，齒面接觸取3。

如圖5所示，載荷譜等效在選擇檔位，以及等效的扭矩后，需選擇等效類(lèi)型(齒根強(qiáng)度Root，齒面接觸強(qiáng)度Flank)。Torque Equivalent是等效部分載荷譜，在文本框內(nèi)輸入需要等效的目標(biāo)扭矩值，軟件將自動(dòng)將絕對(duì)值高于該目標(biāo)扭矩值的載荷譜全部等效到該目標(biāo)扭矩值。Unique Torque是將該檔位所有載荷譜全部等效到一個(gè)目標(biāo)扭矩值上。

3.2 RGS MainSW 主程序

主程序根據(jù)實(shí)際變速器的結(jié)構(gòu)，生成變速箱系統(tǒng)分析軟件所需的載荷譜數(shù)據(jù)和格式模板。如圖6所示，首先需要定義輸入功率流和輸出功率流的數(shù)目，以及變速器前進(jìn)檔位數(shù)。

接下來(lái)如圖7，詳細(xì)定義輸入輸出功率流的名稱，變速器油溫，前進(jìn)檔位齒輪轉(zhuǎn)速和倒檔齒輪轉(zhuǎn)速。如果每個(gè)檔位的轉(zhuǎn)速不固定，可在輸入文件所有檔位總循環(huán)次數(shù)列(all gears)后面加一列，手動(dòng)定義每個(gè)扭矩的轉(zhuǎn)速。如果是帶電機(jī)的混動(dòng)變速器，定義電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果電機(jī)的轉(zhuǎn)速不固定，同樣可以在輸入文件里單獨(dú)定義。如果是帶雙離合器的變速器模型，定義離合器的名稱，并定義每個(gè)檔位連接的離合器，輸入每個(gè)檔位同步器的名稱。

軟件會(huì)根據(jù)輸入的轉(zhuǎn)速、速比信息、檔位情況，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)工況的時(shí)間和輸出轉(zhuǎn)速。軟件設(shè)置了多項(xiàng)防錯(cuò)功能，比如原始輸入文件中的檔位數(shù)與用戶定義的檔位數(shù)不同，軟件將報(bào)錯(cuò)，要求用戶需要定義正確的檔位數(shù)。如果圖7中未定義轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)為空時(shí)，警告提醒需要輸入轉(zhuǎn)速。如果用戶沒(méi)有運(yùn)行主程序直接運(yùn)行Generate_RXF，提示需要先運(yùn)行主程序自動(dòng)生成工況數(shù)據(jù)或先手動(dòng)定義好工況數(shù)據(jù)。

圖5 載荷譜等效設(shè)置

如果原始輸入文件有2個(gè)主減速比(FD)信息，F(xiàn)D Gear Layout界面將會(huì)自動(dòng)彈出，如圖8，表明該項(xiàng)目有兩個(gè)輸出軸，需要為每個(gè)檔位分別設(shè)置主減速比用于計(jì)算輸出轉(zhuǎn)速，例如：一檔齒輪在輸出軸2上，則相應(yīng)需要針對(duì)一檔設(shè)置主減速比為FD2，其它檔位同理。如果原始輸入文件只有1個(gè)主減速比或者沒(méi)有主減速比信息(后驅(qū)變速箱載荷譜)，程序?qū)⑻^(guò)FD Gear Layout界面，自動(dòng)運(yùn)行。

圖6 功率流數(shù)和檔位數(shù)設(shè)置

圖7 詳細(xì)設(shè)置界面 圖8 主減檔位設(shè)置

3.3 Generate RXF_File生成RXF文件

RXF文件是一個(gè)通用的載荷譜數(shù)據(jù)文件，適用于目前主流的變速器系統(tǒng)分析軟件，如RomaxDesigner和MASTA，使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。RXF文件格式規(guī)則：

1)由很多行組成；

2)每行由關(guān)鍵字開(kāi)始；

3)同一行中所有字符由逗號(hào)(，)隔開(kāi)；

4)所有字符串用單引號(hào)(’ ’)，嵌入式引用用雙層單引號(hào)(’’ ’’)；

5)浮點(diǎn)數(shù)使用小數(shù)點(diǎn)作為十進(jìn)制分隔符，比如10.5.不用數(shù)字分組符號(hào)(逗號(hào))，比如10000，不能表示為10，000.

將處理好的載荷譜數(shù)據(jù)直接生成RXF文件，生成的RXF文件格式如圖9，可以直接導(dǎo)入變速箱系統(tǒng)分析軟件。載荷譜數(shù)據(jù)通過(guò)RXF文件可以獨(dú)立存儲(chǔ)，便于識(shí)別。同時(shí)系統(tǒng)分析模型可以不帶載荷譜數(shù)據(jù)保存，模型所占空間驟減。

圖9 RXF文件格式

4 結(jié)語(yǔ)

本工具可以集成在EXCEL個(gè)人宏工作簿中，設(shè)置快捷運(yùn)行按鈕，計(jì)算機(jī)上所有EXCEL原始載荷譜均可以運(yùn)行該軟件程序，自動(dòng)快速生成RXF文件。本軟件也可以作為獨(dú)立程序單獨(dú)使用，功能與集成在個(gè)人宏工作簿中的形式相同。

操作界面簡(jiǎn)潔明了，避免了人工手動(dòng)重復(fù)編輯，極大提高了數(shù)據(jù)處理效率，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并且方便了載荷譜數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。生成的RXF文件，可以直接導(dǎo)入目前主流的變速器系統(tǒng)分析軟件，如RomaxDesigner，MASTA等。