建模及仿真分析（一本书-讲透Amesim建模仿真）

建模及仿真分析（一本书-讲透Amesim建模仿真）目录▼《Amesim机电一体化仿真教程》全面系统地介绍了利用Amesim仿真软件进行机电一体化系统仿真的技术方法，包括功率键合图的基本理论，利用Amesim仿真软件的一维机械库、平面机构库、三维多体库、液压系统库、液压元件设计库、传动库和IFP Drive库进行仿真建模的基本原理和方法。《Amesim机电一体化仿真教程》体系结构完整，内容翔实丰富，可作为高等院校机械类本科高年级学生及研究生的教学用书，也可作为从事液压控制系统技术研究与应用的工程技术人员的自学与参考书籍。拖动右侧滚动条可以查看全目录

Amesim最早由法国Imagine公司于1995年推出，后来几经发展，最终成为西门子工业软件旗下的一款举足轻重的系统仿真软件。从2005 年刚进入中国的R4.2版本开始到现在的R2021.1版本，Amesim进入中国已经有15个年头了，在这15年里，笔者和用户一同见证了Amesim为客户进行设计研发带来的巨大便利，也一同见证了Amesim软件的一步步发展和完善。

Amesim的操作界面

虽然Amesim在国内已经得到了广泛的应用，但是应用的程度确实较欧美发达国家还有一定的差距，具体表现在：绝大多数用户只用到了Amesim的液压解决方案，对Amesim的其他功能不熟悉，这样大大限制了Amesim的应用范围；即便是使用Amesim液压解决方案，由于用户建模思路不清晰，建模流程不规范，也会给后期的分析带来很多麻烦。造成这种差距的原因有很多，其中很重要的一点是目前市面上缺少讲解深入的中文教材。

为了解决上述问题，《Amesim机电一体化仿真教程》这本书应运而生。编写的目的就是深入介绍Amesim中几种常用模型库的具体用法，希望能给广大用户带来一些帮助汇集作者团队多年教学和项目工程经验；深入剖析基本原理、建模方法和60余个经典案例；涵盖机构、液压、车辆方向7种常用模型库的具体用法。

《Amesim机电一体化仿真教程》全面系统地介绍了利用Amesim仿真软件进行机电一体化系统仿真的技术方法，包括功率键合图的基本理论，利用Amesim仿真软件的一维机械库、平面机构库、三维多体库、液压系统库、液压元件设计库、传动库和IFP Drive库进行仿真建模的基本原理和方法。

《Amesim机电一体化仿真教程》体系结构完整，内容翔实丰富，可作为高等院校机械类本科高年级学生及研究生的教学用书，也可作为从事液压控制系统技术研究与应用的工程技术人员的自学与参考书籍。

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目录

第1章　Amesim软件仿真建模基本原理1

1.1　系统动态特性的研究方法1

　　1.1.1　传递函数法2

　　1.1.2　数字仿真法2

　　1.1.3　两种系统动态特性研究方法的比较3

1.2　功率键合图基本理论6

　　1.2.1　键合图语言和模型6

　　1.2.2　基本键图元7

　　1.2.3　键图的增广10

　　1.2.4　典型系统的键合图模型10

　　1.2.5　液压系统的模拟方法21

　　1.2.6　由键图模型列写状态方程24

　　1.2.7　状态方程的数值解法25

1.3　Amesim 仿真建模的基本思想26

　　1.3.1　理解端口的概念28

　　1.3.2　理解模型和子模型29

1.4　本章小结30

第2 章　一维机械库32

2.1　一维机械库概述32

　　2.1.1　平动元件33

　　2.1.2　转动元件35

2.2　方向的定义37

　　2.2.1　平动正方向的定义37

　　2.2.2　倾角的定义37

　　2.2.3　旋转正方向的定义38

2.3　坐标系的定义39

2.4　相对运动的定义44

2.5　摩擦和阻尼的定义45

　　2.5.1　摩擦的定义45

　　2.5.2　阻尼及固有频率的定义47

2.6　综合实例49

　　2.6.1　搭建一个四倍率的滑轮组49

　　2.6.2　模态与振型50

　　2.6.3　活性指数与模型的简化53

2.7　本章小结57

第3 章　平面机构库58

3.1　平面机构库概述58

3.2　平面机构库建模一般步骤59

3.3　坐标系的定义59

　　3.3.1　相对坐标系的定义59

　　3.3.2　全局坐标系的定义61

　　3.3.3　混合坐标系的定义62

　　3.3.4　案例63

3.4　运动副66

　　3.4.1　平动副68

　　3.4.2　转动副70

　　3.4.3　平动转动副72

　　3.4.4　液压缸副73

　　3.4.5　碰撞 74

3.5　自由度计算79

3.6　绳索79

3.7　力与力矩的加载83

3.8　CAD Import功能84

　　3.8.1　导入三维模型84

　　3.8.2　构件与作用点位置的识别86

　　3.8.3　建立运动副87

　　3.8.4　生成模型87

3.9　综合实例89

　　3.9.1　基本原理89

　　3.9.2　建模过程90

3.10　本章小结92

第4 章　三维多体库93

4.1　三维多体库概述93

4.2　三维多体库建模一般步骤94

4.3　坐标系的定义94

　　4.3.1　相对坐标系的定义95

　　4.3.2　全局坐标系的定义96

　　4.3.3　案例97

4.4　运动副100

　　4.4.1　基本副100

　　4.4.2　接触104

　　4.4.3　齿轮105

　　4.4.4　绳索110

4.5　力与力矩的加载113

4.6　自由度计算113

4.7　综合实例114

4.8　本章小结117

第5 章　液压系统库118

5.1　液压系统建模的基本理论119

　　5.1.1　液体属性的定义119

　　5.1.2　阻性元件121

　　5.1.3　容性元件123

　　5.1.4　感性元件123

5.2　液压阀建模的基本方法124

　　5.2.1　液压桥路124

　　5.2.2　多路阀定义模块使用方法135

　　5.2.3　压力控制阀的使用方法141

5.3　液压泵建模方法151

　　5.3.1　恒压变量泵152

　　5.3.2　负载敏感恒压变量泵155

　　5.3.3　负载敏感恒压恒功率变量泵157

5.4　液压管路子模型选取159

　　5.4.1　管路中的物理现象159

　　5.4.2　管路子模型的分类163

　　5.4.3　液压管路子模型的选用 165

5.5　综合实例167

　　5.5.1　阀前补偿负载敏感系统建模167

　　5.5.2　阀后补偿负载敏感系统建模170

　　5.5.3　阀控缸伺服系统建模与仿真175

5.6　本章小结183

第6 章　液压元件设计库184

6.1　液压元件设计库简介184

　　6.1.1　液压元件设计库的建模思想184

　　6.1.2　液压元件设计库的分类184

6.2　节流元件的使用方法187

　　6.2.1　几何参数189

　　6.2.2　流量系数190

　　6.2.3　阀芯开口度190

　　6.2.4　液动力193

6.3　液压阀建模195

　　6.3.1　建模的分析步骤195

　　6.3.2　液控单向阀建模196

　　6.3.3　平衡阀建模200

　　6.3.4　多路阀建模204

　　6.3.5　溢流阀建模及稳定性分析210

6.4　多级液压缸建模216

　　6.4.1　单作用多级液压缸216

　　6.4.2　双作用多级液压缸219

6.5　容积式变量泵建模220

　　6.5.1　容积式变量泵的一般建模方法221

　　6.5.2　数表生成工具226

6.6　叶片泵建模227

　　6.6.1　叶片泵模型需要的参数228

　　6.6.2　生成叶片泵Amesim 模型230

　　6.6.3　润滑系统变排量机油泵建模233

6.7　转子泵建模236

　　6.7.1　转子泵模型需要的参数236

　　6.7.2　生成转子泵Amesim 模型238

6.8　外啮合齿轮泵建模240

　　6.8.1　外啮合齿轮泵模型需要的参数240

　　6.8.2　生成齿轮泵Amesim 模型242

6.9　柱塞泵建模244

　　6.9.1　柱塞泵模型需要的参数244

　　6.9.2　生成柱塞泵Amesim 模型247

6.10　本章小结248

第7 章　传动库的使用方法249

7.1　传动库常用元件数学模型和使用方法249

　　7.1.1　发动机和悬置249

　　7.1.2　耦合元件259

　　7.1.3　变速比元件270

　　7.1.4　齿轮275

　　7.1.5　轴承281

　　7.1.6　传动轴284

　　7.1.7　整车模型285

7.2　性能与损失291

　　7.2.1　手动变速器建模291

　　7.2.2　稳态工况传动效率分析295

　　7.2.3　瞬态工况传动效率分析297

7.3　驾驶性分析 301

　　7.3.1　驾驶性定义302

　　7.3.2　驾驶性建模与评价303

7.4　传动系统扭振分析313

　　7.4.1　传动系统NVH典型现象313

　　7.4.2　扭振计算的基本方法317

　　7.4.3　扭振模型的离散和参数确定318

　　7.4.4　传动系统扭振应用案例323

7.5　动力总成悬置分析344

　　7.5.1　参数准备344

　　7.5.2　悬置系统模型的建立344

　　7.5.3　悬置系统的仿真346

　　7.5.4　悬置优化348

　　7.5.5　液压悬置352

　　7.5.6　悬置与车身耦合调试357

7.6　本章小结360

第8 章　IFP Drive库361

8.1　IFP Drive库常用元件数学模型和使用方法361

　　8.1.1　源模型362

　　8.1.2　发动机模型362

　　8.1.3　ECU与TCU模型371

　　8.1.4　变速器模型377

　　8.1.5　车辆与环境模型379

　　8.1.6　循环工况及驾驶员模型382

　　8.1.7　电气元件385

8.2　动力系统匹配与设计原则387

　　8.2.1　车辆所需总功率匹配原则388

　　8.2.2　发动机的匹配原则389

　　8.2.3　电机的匹配原则394

　　8.2.4　电池的匹配原则396

8.3　传统燃油车性能仿真分析399

　　8.3.1　模型搭建及各元件参数设置 399

　　8.3.2　WLTC循环油耗仿真403

　　8.3.3　等速油耗仿真405

　　8.3.4　各档位最大爬坡度407

　　8.3.5　最高车速计算 409

　　8.3.6　100km加速时间411

　　8.3.7　直接档加速412

8.4　纯电动汽车性能仿真分析413

　　8.4.1　模型搭建及各元件参数设置413

　　8.4.2　续驶里程仿真413

　　8.4.3　最高车速 415

　　8.4.4　最大爬坡度415

　　8.4.5　30min最高车速416

　　8.4.6　SCU的影响418

8.5　混合动力架构优化工具应用422

　　8.5.1　详细实施流程举例422

　　8.5.2　约束条件429

8.6　集成模型匹配432

8.7　应用Maneuver库匹配434

8.8　本章小结437

参考文献438

来源：汽车工艺师公众号