دینامیک خودرو با نرم افزار Adams Car

نرم افزار Adams Car از محبوب ترین نرم افزار های شبیه سازی و تحلیل دینامیکی خودرو است. شرکت های بزرگ خودروسازی، چه خارجی و چه شرکت های داخلی، از نرم افزار Adams Car برای مدلسازی و تحلیل دینامیکی سیستم های مختلف خودرو استفاده می کنند.

کاهش هزینه ها یک اصل مهم در تمامی صنایع، مخصوصا صنعت خودروسازی است. بنابراین مهندسان خودروساز همواره به دنبال این هستند که ازعملکرد مناسب تمامی سیستم های دینامیکی خودرو اطمینان حاصل کنند. این موضوع مستلزم اجرای انواع تست های جاده ای است تا از صحت عملکرد دینامیکی خوردو مطمئن شد. بنابراین نیاز به نرم افزاری که بتوان تمامی آزمون های جاده ای را شبیه سازی کرد باعث شد که نرم افزار Adams Car مورد استقبال خودروساز ها قرار بگیرد.

قابلیت های نرم افزار Adams Car

از جمله قابلیت های نرم افزار Adams Car میتوان به:

• تست شتاب
• تست ترمز
• بررسی سیستم تعلیق
• بررسی طول عمر قطعات خودرو
• تست پایداری
• بررسی عملکرد خودرو در انواع جاده ها
• بهینه سازی سیستم های دینامیکی خودرو

و بسیاری موارد دیگر اشاره کرد.

به عبارتی می توان خودروی کامل که شامل سیستم های مختلف از جمله سیستم تعلیق، ترمز، فرمان، انتقال قدرت، تایر ها و موتور خودرو را بر اساس مشخصات مورد نظر مدلسازی کرد. و پس از مدلسازی، این سیستم ها را باهم مونتاژ نمود تا یک خودروی کامل در نرم افزار Adams Car شبیه سازی شود.

حتی می توان قطعات مختلف از سیستم ها را به صورت انعطاف پذیر در نظر گرفت. چرا که به عنوان مثال اگر بعضی اجزا همچون Control Arm و یا قطعاتی از سیستم تعلیق را به صورت صلب فرض کنیم، نتایج گاهی تا 40 درصد متفاوت با واقعیت خواهد شد. بنابراین نرم افزار Adams Car این قابلیت را دارد تا بین قطعات صلب و انعطاف پذیر تعامل برقرار کند. و مجموعه مونتاژی را شبیه سازی و تحلیل کند.

در این بسته آموزشی به بررسی قابلیت های نرم افزار Adams Car میپردازیم. پیشنهاد می شود مهندسان مکانیکی که در حوزه خودرو فعالیت می کنند، از مطالب این بسته آموزشی برای مسلط شدن به نرم افزار قدرتمند Adams Car استفاده کنند. همچنین دانشجویان مهندسی مکانیک که در گرایش سیستم های تعلیق، ترمز، فرمان و یا گرایش های طراحی سیستم های دینامیکی مشغول به تحصیل هستند با آموزش های این بسته آموزشی می توانند پروژه های آکادمیک را انجام دهند.

معرفی بسته آموزشی تحلیل دینامیک خودرو با نرم افزار Adams Car

سر فصل های دوره آموزشی Adams Car:

بخش1: شبیه سازی خودروی کامل بر اساس مدل Formula SAE

بخش2: تحلیل تنش قطعات در سیستم تعلیق خودرو

بخش3: بهینه سازی سیستم تعلیق خودرو با Adams/Insight

بخش4: طول عمر قطعه ی Subframe در خودروی Humvee

بخش5: مدل خودرو Mini Baja SAE

بخش6: مباحث تئوری دینامیک خودرو با کمک نرم افزار Adams Car

بخش7: طراحی قطعه Anti Roll Bar در محیط Template Builder

در ادامه به بررسی دقیق تر پروژه ها و مطالب این بسته آموزشی میپردازیم:

1- شبیه سازی خودروی کامل بر اساس مدل Formula SAE

شروع این بسته آموزشی با نحوه ی ایجاد یک مدل خودروی کامل انجام می شود. مدل خودروی مورد بررسی در نرم افزار Adams Car بر اساس مشخصات Formula SAE است. SAE مخفف Society of Automotive Engineers به معنی انجمن مهندسان خودرو ساز است. و مدل Formula SAE یک تمپلیت از خودروی مسابقه ای است. از این مدل برای شرکت در مسابقات دانشجویی بین دانشگاه ها استفاده می شود. با وارد کردن این مدل می توان عملکرد خودرو را مورد بررسی قرار داد. و با تغییرات در مشخصات سیستم ها بر اساس طراحی های متفاوت، رفتار دینامیکی خودرو را ارزیابی نمود.

در این پروژه علاوه بر ایجاد مدل کامل خودرو، نحوه انجام یک تست شبیه سازی شده جاده ای در Adams Car نیز توضیح داده می شود. بدین صورت که یک آنالیز شتابگیری روی خودرو اعمال می گردد و نمودارهای مربوطه را در محیط Post processor نرم افزار آدامز میبینیم. هدف از این پروژه آشنایی با محیط Adams Car و قابلیت های آن در انجام شبیه سازی ها و استخراج نمودارهای مختلف است.

قسمت هایی از بخش اول دوره آموزشی تحلیل دینامیک خودرو با نرم افزار Adams Car :

2- تحلیل تنش قطعات در سیستم تعلیق خودرو

همانطور که قبلا ذکر شد، لازم است برخی قطعات سیستم تعلیق خودرو به صورت Flexible لحاظ شود. تا تحلیل های دینامیکی صورت گرفته روی سیستم تعلیق دقیق باشند. یکی از این تحلیل ها، تحلیل تنش مربوط به قطعه مورد نظر است.

در دومین پروژه از این بسته آموزشی یاد میگیریم چطور یک قطعه خاص از سیستم تعلیق را به صورت انعطاف پذیر در نظر بگیریم. و طی شبیه سازی ای که انجام میشود، نمودار تنش بر اساس معیار Von Mises را از نرم افزار مشاهده کنیم. بر این اساس نقطه ای از قطعه که بیشترین مقدار تنش را متحمل میشود، مشخص می گردد. و همینطور مقدار تنش ماکزیمم و اینکه در چه زمانی از شبیه سازی این تنش وارد قطعه می شود را می توان از نمودار مشاهده کرد.

ابتدای این پروژه با محیط نرم افزار Adams View کار خواهیم کرد. تا فرآیند انعطاف پذیر کردن قطعه مورد نظر را انجام دهیم. سپس خروجی mnf میگیرم و فایل ایجاد شده را وارد محیط Adams Car میکنیم تا با سایر اجزای خودرو مونتاژ شود و مورد آنالیز قرار گیرد. برای آشنایی بیشتر با مدل هایی که شامل قطعه انعطاف پذیر در نرم افزار ادمز هستند، میتوانید مقاله اجزای انعطاف پذیر در نرم افزار Adams را مطالعه نمایید.

قسمت هایی از آموزش تحلیل تنش در محیط نرم افزار Adams Car :

3- بهینه سازی سیستم تعلیق خودرو با Adams/Insight

مهندسان خودروساز تحلیل های زیادی روی سیستم تعلیق خودرو انجام می دهند. نمودارهایی از جمله ارتفاع Roll Center، زاویه Camber و سایر نمودارهایی که برای بررسی عملکرد مناسب سیستم تعلیق می باشد برای مهندسان اهمیت زیادی دارد. با شبیه سازی یک سیستم تعلیق و حرکت چرخ ها به صورت موازی یا متقابل، میتوان با نرم افزار Adams Car نمودار های مورد نظر را استخراج کرد.

اما مسئله اینجاست که اگر نمودار های بدست آمده انتظارات مهندسان را برآورده نکند، چطور می شود سیستم تعلیق را اصلاح کرد. ابتدا و انتهای قطعات و لینک های سیستم تعلیق در چه موقعیت هایی باشند تا به بهترین عملکرد سیستم تعلیق دست پیدا کرد.

به منظور بهینه سازی مشخصات هندسی سیستم تعلیق باید از محیط Adams Insight بهره برد. در این محیط با تعریف نقاط طراحی و تابع هدف، می توان بهینه ترین موقعیت مورد نظر را برای نقاط طراحی محاسبه نمود.

در سومین پروژه از این بسته آموزشی، هدف این است که موقعیت نقاط Control Arm بالایی سیستم تعلیق را به نحوی مشخص کنیم که ارتفاع Roll Center خودرو در فاصله ای که مد نظر ماست ایجاد شود. این که Upper Control Arm کدام قطعه از خودرو است، ارتفاع Roll Center چیست، و چطور فرآند بهینه سازی را انجام دهیم به طور کامل در این پروژه مورد بحث قرار میگیرد.

قسمت هایی از روند بهینه سازی در محیط Adams Car :

4- طول عمر قطعه ی Subframe در خودروی Humvee

بحث durability یا به عبارتی طول عمر قطعات، موضوع حیاتی برای مهندسان است. نرم افزار Adams Car دارای این قابلیت است که مقدار بار وارد شده در یک بازه زمانی را برای قطعه ای خاص از خودرو هنگام شبیه سازی استخراج کند. به کمک این قابلیت و فایلی که توسط نرم افزار استخراج می شود، می توان محاسبات مربوط به طول عمر را انجام داد.

پس در چهارمین پروژه از این بسته آموزشی، یک خودروی کامل را مورد تست قرار می دهیم. و نحوه استخراج مقدار بار وارد شده به قطعه Subframe در طول شبیه سازی را بررسی می کنیم.

در این پروژه، از مدل خودروی جدیدی استفاده میکنیم به اسم Humvee. که خودرویی با قابلیت های Off Road می باشد. و آنالیزی هم که روی این خودرو صورت میگیرد، روی جاده ای شبیه سازی شده با دست انداز های زیاد است. در نهایت جدول مربوط به تاریخچه تنش هایی که به قطعه subframe وارد می شود را از نرم افزار استخراج میکنیم. تا در نرم افزار های آنالیز خستگی و طول عمر مورد استفاده قرار گیرد.

قسمت هایی از آموزش تحلیل دینامیکی خودروی Humvee در نرم افزار Adams Car :

5- مدل خودرو Mini Baja SAE

در اولین پروژه این بسته آموزشی، خودروی مسابقه ای بر اساس مدل Formula SAE مورد بررسی قرار گرفت. حال پروژه نسبتا پیچیده تری را در این قسمت از بسته آموزشی Adams Car در نظر گرفتیم. که علاوه بر مهارت های Adams Car، نیاز است تا تسلط اولیه ای به محیط Adams View نیز داشته باشیم. چرا که مدلسازی قطعات، تعریف نقاط اتصال و mnf کردن اجزا در محیط Adams View صورت میپذیرد. فرمت mnf فرمتی است که برای قطعات Flexible لحاظ می شود. در فایل های mnf مش بندی قطعه، node ها و نقاط اتصال تعریف شده است.

خودروی در نظر گرفته شده در این پروژه بر اساس مدل Mini Baja SAE است. که یک خودروی آفرود برای تست و بررسی می باشد. مدل این خودرو در مسابقات دانشگاهی مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. و دانشجویان با استفاده از این مدل تحلیل های دینامیکی را انجام می دهند. به این صورت که ابتدا مدل را در نرم افزار Adams Car مورد بررسی و تحلیل دینامیکی قرار می دهند. پس از اطمینان یافتن از صحت عملکرد مدل، خودرو ساخته می شود.

در بسته آموزشی Adams Car فرامکانیک، داده های مربوط به این مدل خودرو در اختیار مهندسان قرار می گیرد. و در پروژه آموزشی قطعات Control Arm سیستم تعلیق مد نظر است. تا هنگام تست خودرو در یک جاده ناهموار مورد تحلیل تنش قرار بگیرد. اجزای Control Arm ابتدا در محیط نرم افزار Adams View مدلسازی می شود. بایستی مش بندی صورت بگیرد، نقاط اتصال تعیین شود، و در نهایت به صورت فایل mnf خروجی بگیریم. پس از آن در محیط نرم افزار Adams Car ادامه پروژه آموزش داده می شود.

قسمت هایی از بخش بررسی خودروی Mini Baja در محیط نرم افزاری Adams Car :

6- مباحث تخصصی دینامیک خودرو با کمک نرم افزار Adams Car

در این قسمت از بسته آموزشی دینامیک خودرو با Adams Car، به مباحث تخصصی و آکادمیک دینامیک خودرو میپردازیم:

• اینکه چطور مشخصات تایر، مشخصات جرمی و سایر ویژگی های یک مدل خودرو را در محیط نرم افزار Adams Car تغییر دهیم
• چه نوع تست های جاده ای به منظور بررسی تخصصی خودرو اعمال کنیم؟
• چه نمودارهایی برای مهندسان خودرو حائز اهمیت هستند؟
• چطور این نمودارها را در محیط Postprocessor آدامز استخراج و تحلیل کنیم؟

این بخش از بسته آموزشی تحلیل دینامیکی خودرو با نرم افزار Adams Car، به مباحث تئوری خودرو می پردازیم. از این جهت برای دانشجویان مهندسی مکانیک میتواند بسیار مفید باشد که درک خوبی از دروس تئوری خودرو بدست آورند.

به عنوان مثال فاصله بین دو چرخ خودرو که تحت عنوان wheelbase شناخته می شود، روی دینامیک حرکتی خودرو اثر دارد. بنابر این در اولین قسمت یاد میگیریم که چطور اندازه wheelbase خودرو را تغییر دهیم. سپس آنالیز های جاده ای انجام دهیم و اثر تغییر پیدا کردن wheelbase را روی دینامیک خودرو ببینیم.

تحلیل دینامیک خودرو

پارامترهای مهم دیگری که یاد میگیریم تغییر دهیم و اثر آن را روی روی آنالیزها ببینیم که چه تاثیری روی عملکرد خودرو خواهند داشت شامل مشخصات جرمی، موقعیت مرکز جرم و مشخصات تایر است. دینامیک تایر بسیار پر اهمیت در بررسی عملکرد خودرو است. بنابر این آموزش میدهیم که چطور مشخصات تایر و ضرایب مربوطه را تغییر بدهیم. مدل تایر بر اساس Pacejka می باشد که کاملترین مدل تایر است. توضیحات کامل در مورد این مدل تایر و بررسی دینامیک تایر در این بخش از بسته آموزشی داده می شود.

آنالیز هایی که در بخش ششم از بسته آموزشی انجام میگیرد هم شامل آنالیز های طولی یا Longitudinal Dynamic Events است مثل تست شتاب یا ترمزگیری. و هم آنالیز های عرضی یا Lateral Dynamic Events مثل تغییر line خودرو. با انجام این آنالیز ها تاثیر پارامترهای ذکر شده را میتوانیم ببینیم و سپس با شناخت اینکه تغییر پارامترها چه تاثیری میتواند روی عملکرد خودرو بگذارد، بهترین مقدار را برای پارامت های مورد نظر انتخاب نماییم.

مورد دیگری که در دینامیک خودرو اهمیت دارد، بحث بیش فرمان یا کم فرمان بودن خودرو است. که تحت عنوان Understeer یا Oversteer شناخته می شود. مفهوم بیش فرمان یا کم فرمان بودن، و اینکه چه آنالیزی روی خودرو شبیه سازی کنیم تا متوجه شویم خودرو Understeer یا Oversteer است به طور مفصل در این بخش از بسته آموزشی تحلیل دینامیک خودرو به کمک نرم افزار Adams Car توضیح داده می شود.

حتما قسمت هایی از بخش ششم بسته ی آموزشی نرم افزار Adams Car را مشاهده نمایید. چرا که از مهم ترین بخش های بسته ی آموزشی است:

7- طراحی قطعه Anti Roll Bar در محیط Template Builder

قطعه Anti Roll Bar به منظور جلوگیری از غلت بیش از اندازه خودرو استفاده می شود. برخلاف شش پروژه قبلی، در این پروژه از محیط Template Builder نرم افزار Adams Car استفاده می کنیم و Anti Roll Bar را ایجاد می کنیم. این پروژه از این بابت حائز اهمیت است که مهندسان با فرآیند ایجاد یک Template از قطعه یا subsystem خاصی در نرم افزار Adams Car آشنا می شوند.

قسمت هایی از آموزش محیط Template Builder نرم افزار Adams Car به منظور ایجاد تمپلیت های مختلف خودرو:

نتیجه گیری

در نهایت این بسته آموزشی، برای مهندسان خودرو مخصوصا دانشجویان به قدری مفید و کاربردی است که ماه ها تلاش و وقتی که برای یادگیری محیط Adams Car و انجام پروژه ها نیاز است، در هفت ساعت و به صورت کامل و خلاصه شده و دقیق آموزش ببینند.

نکات

• گروه تلگرامی به منظور پشتیبانی و رفع اشکال برای اسن بسته آموزشی ایجاد می گردد
• این بسته آموزشی دارای قفل گذاری است