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机电液系统多级复杂度建模方法
2020-06-29 00:06:36· 来源：Simcenter 1D 系统仿真 作者：邓博文
1 问题概述本文主要讨论作为各类设备通用型的技术：机电液系统多级复杂度建模方法。西门子的Amesim平台起源于20世纪80年代，以液压流体为基础，借鉴行业经验和工
1 问题概述
本文主要讨论作为各类设备通用型的技术：机电液系统多级复杂度建模方法。西门子的Amesim平台起源于20世纪80年代，以液压流体为基础，借鉴行业经验和工程咨询，不断的完善、丰富，形成各领域验证后的专业模型库，供各行业参考使用；同时扩展很多易用性交互工具、各类CAD辅助工具等等，进一步的减轻专业工程人员的建模难度和工作量，使之更加专注于工程问题的创新和验证。
2 建模详述
以典型的机电液系统：工程机械为例，进行多级复杂度建模方法的详细介绍，包括动力系统、液压系统、机械系统等等。
2.1 动力系统
动力系统包括：内燃机、电机电池、以及所构成的各类混动系统等。本文以内燃机为例进行介绍。
根据仿真需求不一样，Amesim提供多种不同复杂度的模型：
• 数表模型：基于发动机万有特性试验数据，用于整车动力性、经济性分析；
• 均值模型：基于发动机万有特性试验数据或高频模型仿真数据，用于控制逻辑的验证和部分参数的预标定；结合控制和热管理模型的整车动力、油耗及排放分析；
• 高频模型：基于几何结构数据和一小部分试验数据；用于发动机瞬态性能分析（流量、压力、温度、Knock、排放）；控制逻辑的验证和绝大部分参数的预标定；结合其他高频系统模型（传动、悬架、热管理）进行车辆NVH、驾驶性、热舒适性等复杂属性分析等等。
辅助工具：以发动机万有Map等逆向工具为例。实现及应用：
• 没有全面测试数据的情况下进行建模仿真；
•非常直观、简化工作流程，辅助发动机数据和燃油消耗图生成；
•简单的参数设置，几分钟获取第一组准备使用的数据；
•实时的预览生成的发动机特性曲线，进行校核。
2.2 液压系统
同样，作为行业通用的液压系统及液压部件分析工具，提供非常完整的模型库，包括液压系统设计、液压元器件设计等等，满足不同的设计分析目的。以液压泵为例介绍不同复杂度模型，包括功能级、性能级1、性能级2，如下：
液压泵辅助建模工具：在标准液压泵模型的基础上，提供非常多的辅助工具，例如柱塞泵、叶片泵、齿轮泵的CAD导入工具和参数化设计工具。
•CAD导入工具：实现液压泵的CAD自动识别、参数识别等，自动生成相应的液压泵模型，可用于液压、热液压、气动等领域；
•参数化设计工具：采用行业通用的参数驱动设计功能，只要输入相应的几何参数，自动生成相应的液压泵模型，可用于液压、热液压、气动等领域。
液压阀设计辅助工具：除了Amesim提供的大量标准液压阀模型以外，提供阀设计辅助工具。
•所有操作通过鼠标完成；包括阀口数量、连接关系、驱动关系等等的定义；
•给定任意阀通道的压力流量曲线或开启特征曲线，自动的生成对应的液压阀；特别适合于非标的场合。
2.3 机械系统
同样，Amesim提供适用于不同应用场景的机械系统，包括：1D、2D平面机构、3D三维机械等等标准机构模型、各类接触模型等等，详细如下图：
机构导入辅助工具：根据提供的CAD模型，定义各运动部件、各部件之间的运动副、接触副；自动的进行参数识别，自动的进行机构模型的生成。详细如下图：
3 小结
本文以典型的机电液系统为例，进行多级复杂度建模方法的详细介绍，包括动力系统、液压系统、机械系统等等。并就Amesim提供的辅助工具进行简单介绍，以减轻建模工作压力，主要涉及到的APP有：
•动力系统：发动机万有Map等逆向工具，电池性能Map逆向工具，电池参数辨识工具，电机效率Map逆向工具；
•液压系统：各类泵CAD导入工具、各类别参数化工具、液压阀通用设计工具、管路子模型自动选择工具、油液定制工具等；
•机械系统：机构CAD导入工具等。
总之，作为行业标配的机电液热控集成平台，在不断丰富完善模型的基础上，提供非常多基于行业经验的APP工具，减轻客户建模本身难度和工作量，以便于更多的投入到工程创新实践中。
本文主要讨论作为各类设备通用型的技术：机电液系统多级复杂度建模方法。西门子的Amesim平台起源于20世纪80年代，以液压流体为基础，借鉴行业经验和工程咨询，不断的完善、丰富，形成各领域验证后的专业模型库，供各行业参考使用；同时扩展很多易用性交互工具、各类CAD辅助工具等等，进一步的减轻专业工程人员的建模难度和工作量，使之更加专注于工程问题的创新和验证。
2 建模详述
以典型的机电液系统：工程机械为例，进行多级复杂度建模方法的详细介绍，包括动力系统、液压系统、机械系统等等。
2.1 动力系统
动力系统包括：内燃机、电机电池、以及所构成的各类混动系统等。本文以内燃机为例进行介绍。
根据仿真需求不一样，Amesim提供多种不同复杂度的模型：
• 数表模型：基于发动机万有特性试验数据，用于整车动力性、经济性分析；
• 均值模型：基于发动机万有特性试验数据或高频模型仿真数据，用于控制逻辑的验证和部分参数的预标定；结合控制和热管理模型的整车动力、油耗及排放分析；
• 高频模型：基于几何结构数据和一小部分试验数据；用于发动机瞬态性能分析（流量、压力、温度、Knock、排放）；控制逻辑的验证和绝大部分参数的预标定；结合其他高频系统模型（传动、悬架、热管理）进行车辆NVH、驾驶性、热舒适性等复杂属性分析等等。
辅助工具：以发动机万有Map等逆向工具为例。实现及应用：
• 没有全面测试数据的情况下进行建模仿真；
•非常直观、简化工作流程，辅助发动机数据和燃油消耗图生成；
•简单的参数设置，几分钟获取第一组准备使用的数据；
•实时的预览生成的发动机特性曲线，进行校核。
2.2 液压系统
同样，作为行业通用的液压系统及液压部件分析工具，提供非常完整的模型库，包括液压系统设计、液压元器件设计等等，满足不同的设计分析目的。以液压泵为例介绍不同复杂度模型，包括功能级、性能级1、性能级2，如下：
液压泵辅助建模工具：在标准液压泵模型的基础上，提供非常多的辅助工具，例如柱塞泵、叶片泵、齿轮泵的CAD导入工具和参数化设计工具。
•CAD导入工具：实现液压泵的CAD自动识别、参数识别等，自动生成相应的液压泵模型，可用于液压、热液压、气动等领域；
•参数化设计工具：采用行业通用的参数驱动设计功能，只要输入相应的几何参数，自动生成相应的液压泵模型，可用于液压、热液压、气动等领域。
液压阀设计辅助工具：除了Amesim提供的大量标准液压阀模型以外，提供阀设计辅助工具。
•所有操作通过鼠标完成；包括阀口数量、连接关系、驱动关系等等的定义；
•给定任意阀通道的压力流量曲线或开启特征曲线，自动的生成对应的液压阀；特别适合于非标的场合。
2.3 机械系统
同样，Amesim提供适用于不同应用场景的机械系统，包括：1D、2D平面机构、3D三维机械等等标准机构模型、各类接触模型等等，详细如下图：
机构导入辅助工具：根据提供的CAD模型，定义各运动部件、各部件之间的运动副、接触副；自动的进行参数识别，自动的进行机构模型的生成。详细如下图：
3 小结
本文以典型的机电液系统为例，进行多级复杂度建模方法的详细介绍，包括动力系统、液压系统、机械系统等等。并就Amesim提供的辅助工具进行简单介绍，以减轻建模工作压力，主要涉及到的APP有：
•动力系统：发动机万有Map等逆向工具，电池性能Map逆向工具，电池参数辨识工具，电机效率Map逆向工具；
•液压系统：各类泵CAD导入工具、各类别参数化工具、液压阀通用设计工具、管路子模型自动选择工具、油液定制工具等；
•机械系统：机构CAD导入工具等。
总之，作为行业标配的机电液热控集成平台，在不断丰富完善模型的基础上，提供非常多基于行业经验的APP工具，减轻客户建模本身难度和工作量，以便于更多的投入到工程创新实践中。
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