Скачать статью в pdf.

УДК 629.3.01:004.94

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202003.464-479

Проектирование электромобиля-трайка на базе параметрических CAD/CAE-моделей

Чугунов Михаил Владимирович
заведующий кафедрой конструкторско-технологической информатики Рузаевского института машиностроения ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат технических наук, доцент Researcher ID: H-7452-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5318-5684, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Полунина Ирина Николаевна
доцент кафедры конструкторско-технологической информатики Рузаевского института машиностроения ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат педагогических наук, Researcher ID: H-7473-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1093-8401, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Пьянзин Антон Михайлович
студент 3 курса Рузаевского института машиностроения ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Национальные технологические инициативы, направленные на разработку и внедрение в инженерную практику средств High-Tech и основанные на концепции «Индустрия 4.0», требуют соответствующих технических решений для всех этапов жизненного цикла изделия от проектирования до утилизации. Реализация концепции предполагает формирование технологических групп и рынков по разным направлениям, в частности Auto.Net. При этом стадия проектирования изделия является базовой и должна быть реализована в форме, обеспечивающей весь жизненный цикл изделия на принципах этой концепции.
Материалы и методы. В статье представлена методика и результаты проектирования электромобиля-трайка в среде интегрированных CAD/CAE-систем. Процесс проектирования представляет собой разработку цифровых параметрических моделей разного типа и уровня по принципу сверху-вниз и снизу-вверх. Параметрические свойства моделей обеспечивают возможности эффективной многовариантной разработки проектных решений, включая конструирование, анализ, оптимизацию. Проектные решения разработаны в среде CAD/CAE/CAM/PDM/PLM SolidWorks (Motion, Simulation).
Результаты исследования. Результатами исследования являются рациональные траектории проектирования конструкций рассматриваемого класса в среде SolidWorks, а также проектное решение электромобиля-трайка в виде системы интегрированных параметрических моделей, включая 3D-модели деталей и сборок, модели теоретической механики, конечно-элементные модели для решения задач механики деформируемого твердого тела в виде линейной и нелинейной статики, линейной и нелинейной динамики. Для наглядности приводятся видеоролики, иллюстрирующие полученные результаты.
Обсуждение и заключение. В исследовании представлена траектория проектирования электромобиля-трайка, основанная на корректной постановке задач проектирования и предусматривающая рациональный выбор средств, инструментов и технологий из штатного функционала SolidWorks. Траектория проектирования обеспечивает как эффективное решение задач проектирования, так и оценку адекватности полученных результатов. В части возможной перспективы этой работы следует указать решение оптимизационных задач по различным критериям эффективности проекта, разработку интегрированной (цифровой и натурной) модели электромобилятрайка, в цифровой части отвечающей требованиям, предъявляемым к цифровым двойникам. При этом двунаправленные ассоциативные связи между виртуальной и натурной составляющими интегрированной модели позволят решить ряд дополнительных задач: контроль точности цифровых моделей, наделение цифровой модели синергетическими свойствами, планирование траектории движения и беспилотное управление на принципах IoT (интернета вещей).

Ключевые слова: электромобиль, CAD, CAE, динамика и прочность, моделирование транспортных средств, МКЭ, цифровой двойник для электромобиля

Для цитирования: Чугунов, М. В. Проектирование электромобиля-трайка на базе параметрических CAD/CAE-моделей / М. В. Чугунов, И. Н. Полунина, А. М. Пьянзин. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202003.464-479 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 3. – С. 464–479.

Заявленный вклад соавторов: М. В. Чугунов – разработка методологии исследования и построение моделей электромобилей; И. Н. Полунина – разработка методологии исследования и построение моделей электромобилей, численный анализ; А. М. Пьянзин – численный анализ.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 07.03.2020; принята к публикации 20.05.2020;
опубликована онлайн 30.09.2020

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Боровков, А. И. Центр компетенций Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого / А. И. Боровков, О. И. Рождественский, Ю. А. Рябов [и др.] // Инновации. – 2019. – № 11 (253). – С. 73–88. – URL: https://maginnov.ru/ru/zhurnal/arhiv/2019/innovacii-n11-2019/centrkompetencij-nacionalnoj-tehnologicheskoj-iniciativy-novye-proizvodstvennye-tehnologii-sankt-peterburgskogo-politehnicheskogo-universiteta-petra-velikogo (дата обращения: 07.08.2020). – Рез. англ.

2. Левенцов, В. А. Аспекты концепции «Индустрия 4.0» в части проектирования производственных процессов / В. А. Левенцов, А. Е. Радаев, Н. Н. Николаевский // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Экономические науки. – 2017. – Т. 10, № 1. – С. 19–31. – URL: https://institutiones.com/industry/2981-aspekty-koncepcii-industriya-4-0.html (дата обращения: 07.08.2020). – Рез. англ.

3. Agarwal, D. A CAD Based Framework for Optimizing Performance While Ensuring Assembly Fit / D. Agarwal, T. T. Robinson, C. G. Armstrong // ICSEE 2018, IMIOT 2018. Communications in Computer and Information Science. – Singapore : Springer, 2018. – Vol. 923. – Pp. 73–83. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-981-13-2396-6_7 (дата обращения: 07.08.2020).

4. Jung, M. Integrated Framework for Vehicle Interior Design Using Digital Human Model / M. Jung, H. Cho, T. Roh [et al.]. – DOI 10.1007/S11390-009-9287-3 // Journal of Computer Science and Technology. – 2009. – Vol. 24. – Pp. 1149–1161. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11390-009-9287-3 (дата обращения: 07.08.2020).

5. Бойков, В. Г. Моделирование движения механической системы, состоящей из деформируемых упругих тел, путем интеграции двух пакетов: EULER и Fidesys / В. Г. Бойков, И. В. Гаганов, Ф. Р. Файзуллин [и др.] // Чебышевский сборник. – 2017. – Т. 18, № 3. – C. 131–153. – URL: https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/352/317 (дата обращения: 07.08.2020). – Рез. англ.

6. Горелов, В. А. Исследование движения автомобиля в программном комплексе автоматизированного моделирования динамики систем тел / В. А. Горелов, А. И. Комиссаров, Б. Б. Косицын // Журнал автомобильных инженеров. – 2016. – № 1 (96). – С. 18–23. – URL: http://www.aae-press.ru/f/96/18.pdf (дата обращения: 07.08.2020). – Рез. англ.

7. Савкин, А. Н. Анализ эксплуатационной нагруженности рамы грузового автомобиля большой грузоподъемности / А. Н. Савкин, А. C. Горобцов, А. В. Андроник [и др.] // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия: наземные транспортные системы. – 2015. – Т. 11, № 5 (165). – С. 25–29. – URL: http://www.vstu.ru/files/vstu_periodical/4793/upload/no_5165_-_2015.pdf (дата обращения: 07.08.2020). – Рез. англ.

8. Kravets, A. Simulation and Visualization Software for Vehicle Dynamics Analysis Using Multibody System Approach / A. Kravets, M. Shcherbakov, M. Kultsova [et al.] // Creativity in Intelligent Technologies and Data Science. Communications in Computer and Information Science. – Cham : Springer, 2015. – Vol 535. – Pp. 378–390. – URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2F978-3-319-23766-4_30.pdf (дата обращения: 07.08.2020).

9. Hasagasioglu, S. Vehicle Dynamics Analysis of a Heavy-Duty Commercial Vehicle by Using Multibody Simulation Methods / S. Hasagasioglu, K. Kilicaslan, O. Atabay [et al.]. – DOI 10.1007/ s00170-011-3588-8 // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 60. – Pp. 825–839. – URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs00170-011-3588-8.pdf (дата обращения: 07.08.2020).

10. Burcham, M. N. Characterization and Failure Analysis of an Automotive Ball Joint / M. N. Burcham, R. Escobar, C. O. Yenusah [et al.]. – DOI 10.1007/s11668-017-0240-4 // Journal of Failure Analysis and Prevention. – 2017. – Vol. 17. – Pp. 262–274. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11668-017-0240-4#citeas (дата обращения: 07.08.2020).

11. Ambrosio, J. Improved Bushing Models for General Multibody Systems and Vehicle Dynamics / J. Ambrosio, P. Verissimo. – DOI 10.1007/s11044-009-9161-7 // Multibody System Dynamics. – 2009. – Vol. 22. – Pp. 341–365. – URL https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11044-009-9161-7 ( дата обращения: 07.08.2020).

12. Vesali, F. Dynamics of Universal Joints, Its Failures and Some Propositions for Practically Improving Its Performance and Life Expectancy / F. Vesali, M. A. Rezvani, M. Kashfi. – DOI 10.1007/s12206-012- 0622-1 // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2012. – Vol. 26, Issue 8. – Pp. 2439–2449. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12206-012-0622-1 (дата обращения: 07.08.2020).

13. Barton, D. C. Suspension Systems and Components / D. C. Barton, J. D. Fieldhouse. – DOI 10.1007/978-3-319-72437-9_3 // Automotive Chassis Engineering. – Cham : Springer, 2018. – Pp. 111–124. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-319-72437-9_3 (дата обращения: 07.08.2020).

14. Borisenko, V. K&C Suspension Parameters Stability by Production Tolerances / V. Borisenko, A. Kiselev, L. Leoro [et al.]. – DOI 10.1051/e3sconf/201914007007 // E3S Web of Conferences. – 2019. – Vol. 140. – 6 p. – URL: https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/abs/2019/66/e3sconf_eece18_07007/e3sconf_eece18_07007.html (дата обращения: 07.08.2020).

15. Jinturkar, A. Weight Reduction of FSAE Vehicle Using TRIZ Principle / A. Jinturkar, R. Channa, R. Mistry [et al.] // ICoRD 2017: Research into Design for Communities, Vol. 1. – Singapore : Springer, 2017. – Pp. 861–870. – URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-981-10-3518-0_74 (дата обращения: 07.08.2020).

16. Чугунов, М. В. Анализ статической прочности и жесткости несущих элементов конструкции электромобиля BravoEgo / М. В. Чугунов, В. Н. Кечемайкин, М. В. Панин [и др.] // Науковедение. – 2016. – Т. 8, № 3. – 22 с. – URL: http://naukovedenie.ru/PDF/134TVN316.pdf (дата обращения: 07.08.2020). – Рез. англ.

17. Daberkow, A. An Integrated Approach for Computer Aided Design in Multibody System Dynamics / A. Daberkow, E. Kreuzer. – DOI 10.1007/s003660050011 // Engineering with Computers. – 1999. – Vol. 15. – Pp. 155–170. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs003660050011 (дата обращения: 07.08.2020).

18. Bradley, J. A Modelling Strategy for Vehicle Dynamics Using Pro/ENGINEER / J. Bradley, G. D. Tansley, J. Dominy. – DOI 10.1007/s12283-009-0017-4 // Sports Engineering. – 2009. – Vol. 11. – Pp. 119–129. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12283-009-0017-4 (дата обращения: 07.08.2020).

19. Alekseev, S. NVH Analysis of Offroad Vehicle Frame. Evaluation of Mutual Influence of Body-Frame System Components / S. Alekseev, A. Tarasov, A. Borovkov [et al.] // Materials Physics and Mechanics. – 2017. – Vol. 34, no. 1. – Pр. 70–75.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.