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[摘 要]自行火炮在行驶过程中最重要的一项指标被称为平顺性，是保证火炮能准确命中的重要因素，对自行火炮武器系统的可靠性有重要意义。除此之外还能建立驾驶员的劳动强度。本文通过对某型号自行火炮的研究，以及相关文献的查找。在研究过程中建立自行火炮动力学模型，并且进行了一系列的实验。使得仿真分析结果与参考数据高度吻合，验证了该模型的准确性，并且对某型号自行火炮进行了行驶平顺性仿真分析。相关的数据显示，某型号自行火炮行驶平顺性非常高。
[关键词]自行火炮；平顺性；建模；仿真
中图分类号：TG206 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0160-01
在车辆的设计过程中，行驶平顺性是设计过程中重要的环节。对车辆的性能起到重要的作用。而军用的车辆对行驶盘平顺性的要求就更高，因为军用车辆需要克服很多恶劣的环境，所以在设计过程中对军用车辆越野行驶速度有很大的限制性，除此之外对车载设备以及乘载人员战斗和工作能力方面都有很强的制约性。车辆行驶平顺性在设计的过程中，需要经过图纸设计、样车试制、实车试验等一系列的过程才能完成一次车辆行驶平顺性的设计。但是这样的设计过程，使得车辆开发需要很长的时间而且费用非常昂贵。本文通过某自行火炮为研究对象，通过计算机技术实现仿真研究，通过在计算机设定的不同路面中进行行驶平顺性的分析，希望对基于虚拟样机的自行火炮行驶平顺性仿真研究有一定的帮助。
一、自行火炮虚拟样机建立
本文采用美国MSC公司开发的机械系统动力学分析软件ADAMS中履带车辆模块（ATV）和美国PTC公司的三维CAD软件Pro/ENGINEER作为建立虚拟样机的基本工具，把Pro/ENGINEER强大的参数化建模功能与ADAMS的动力学仿真分析功能结合起来，通过修改ATV模型的各项物理参数，施加载荷及约束，建立了某型自行火炮的虚拟样机【1】。
（一）火炮的整体结构组成
我国目前研制的自行火炮从结构动力上区分大致可以由四部分组成，既行走部分、动力部分、传动部分、火力部分。根据美国MSC公司开发的ATV模块特点，本文主要介绍的是自行火炮的行走部分。自行火炮的行动装置是自行火炮整体系统中重要的环节。主要是由车辆本体、推行装置和悬挂火炮装置组成。其中在自行火炮的推行装置是由主动轮、履带等一些传送装置组成。推行装置在自行火炮的行驶过程中主要的作用是通过把发动机传送来的动力转变成迫使车辆向前的牵引力。在自行火炮的行驶过程中保障其行动能力。悬挂装置是把车体和火炮负重弹道连接起来设备总称。主要通过减震器、限制器等组成。悬挂装置主要的作用是在火炮进行发射过程中保证火炮底座的稳定性和减少发射过程中遇到的阻力，从而保证自行火炮发射的准确性。
（二）建立模型
在建筑火炮模型之前要进行虚拟样机的假设首先在虚拟样机的设定中要以车輛行走部分为主涵盖火力部分，而不包括动力部分。然后要把弹道当做一个整体，在虚拟样机的过程中除却弹道弹性变形的影响。其次是悬挂装置的模拟建立，通过函数的样式把弹性曲线形象的描述在一个平面上，在函数图形中要包括扭力轴、限制器和减震器造成的变化，形象的描述出来。最后通过速度函数，也就是通过主动轮施加的压力，代替发动机的动力输出，作为自行火炮行驶过程中的动力输出。
在ADAMS软件的平台上，通过ATV系统建立出一个坦克虚拟样机模型，在Pro/E环境下。计算出所有先关零件的质量特性。并且通过自行火炮的设计图纸，作为虚拟修改样机中的主要数据来源，在计算过程中要使用ADAMS软件的优点。对虚拟样机进一步完善，并且把在Pro/E环境下建立的虚拟样机模型，传输到进过修改的ATV样机中，就完成了一场模型的设定。
二、路面谱建立
在车辆行驶的过程中，路面的不平整是导致车辆震动的主要原因。也是自行火炮行驶过程中要考虑的基本功能。在研究的过程中，要根据不同的路面进行随机的选择，对各种复杂和道路不平的路面要进行多次的实验。在建立里面谱建立的过程中，本文用的是谐波叠加法构造的随机路面，根据路面不平度进行随机测试的函数是不可知的。在这一过程中采用的是功率谱密度函数G（f）已知。那么随机测试过程采用的函数公式就是：
从函数中不难看出，式中：x可以表示为为路面的水平坐标；那么h（x）就对应于水平坐标x位置处的路面的垂直坐标；Ai为对应第i个随机谐分量的随机幅值，为一个有正态分布的随机变量?i为对应于第i个随机谐分量的频率；αi为对应于第i个随机谐分量的随机初相位，是在区间[0，2π]上均匀分布的随机变量【2】。
三、履带车辆行驶平顺性的研究方法及评价标准
在我国新出台的新标准实验中，详细的指出了频率加权函数和轴加权系数和详细的舒适性限定。是目前我国拥有最完善的评定方式。本文在研究的过程中，同样采取了以上的方法对基于虚拟样机的自行火炮行驶平顺性仿真研究进行标准的评价。
在以前ADAMS软件不成熟的时候，我国对军用车辆进行平顺性研究时采用的是弹簧阻尼模型。这种模型有很大的局限性，如果超过6个负重轮的车辆模型就不能很好的进行评价并且评价的结果也不是很准确。但是ADAMS软件就能很好得解决这一点，通过ATV模型建立的虚拟某型号自行火炮，采用计算机仿真对其进行行驶平顺性的研究，既能提高效率又能保证评定数据的准确性。所以被广泛的应用在自行火炮行驶平顺性仿真研究当中。
四、仿真结果
通过前文分析的虚拟样机作为研究对象，其再E级路面的二挡、三挡、四挡、五挡速度分别是每秒514米、7146米、10145米以及16156米的速度稳步前行，之后以虚拟样机为对象对某型号自行火炮的平顺性进行虚拟样机仿真分析。
首先改变路面，分别于B-F级路面上仿真，通过上述方式对驾驶员座椅处的垂直方向加速度均方根值 进行测试，得到以下结果，见表1。
通过以上结果可以看出，
1.路面不平度越大，行驶平顺性也会发生相应改变，变得愈来愈差。
2.如果以相同速度进行行驶，那么在B级道路上的平顺性最佳。
3.如果车速提高，那么平顺性也会随之变差。以0.315m/s?作为最佳舒适性的判定标准界定值，那么只有在B级路面上的时候，且二三挡时，才能保证最佳舒适性。
综上所述，为分析自行火炮的平顺性，本文首先通过ATV构建虚拟样机，并通过谐波叠加原理构建了不同等级的路面，从而进行火炮仿真行驶研究。研究验结果表明对于车辆的平顺性，需要对及时车速以及路面情况这两方面进行综合考量。
参考文献
[1]向涛波，刘重发，赵凌，陈伟. 某型自行火炮行驶平顺性仿真研究[J]. 机械设计与制造，2011，10：220-222.
[2]谢润，杨国来，徐龙辉. 自行火炮行进间刚柔耦合多体系统动力学分析[J]. 南京理工大学学报，2014，05：588-592.
[3]向飞飞，陈学军，孙华刚，楼红伟. 基于RcurDyn的牵引火炮动力学建模与仿真[J]. 兵工自动化，2013，08：25-27+42.
[关键词]自行火炮；平顺性；建模；仿真
中图分类号：TG206 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0160-01
在车辆的设计过程中，行驶平顺性是设计过程中重要的环节。对车辆的性能起到重要的作用。而军用的车辆对行驶盘平顺性的要求就更高，因为军用车辆需要克服很多恶劣的环境，所以在设计过程中对军用车辆越野行驶速度有很大的限制性，除此之外对车载设备以及乘载人员战斗和工作能力方面都有很强的制约性。车辆行驶平顺性在设计的过程中，需要经过图纸设计、样车试制、实车试验等一系列的过程才能完成一次车辆行驶平顺性的设计。但是这样的设计过程，使得车辆开发需要很长的时间而且费用非常昂贵。本文通过某自行火炮为研究对象，通过计算机技术实现仿真研究，通过在计算机设定的不同路面中进行行驶平顺性的分析，希望对基于虚拟样机的自行火炮行驶平顺性仿真研究有一定的帮助。
一、自行火炮虚拟样机建立
本文采用美国MSC公司开发的机械系统动力学分析软件ADAMS中履带车辆模块（ATV）和美国PTC公司的三维CAD软件Pro/ENGINEER作为建立虚拟样机的基本工具，把Pro/ENGINEER强大的参数化建模功能与ADAMS的动力学仿真分析功能结合起来，通过修改ATV模型的各项物理参数，施加载荷及约束，建立了某型自行火炮的虚拟样机【1】。
（一）火炮的整体结构组成
我国目前研制的自行火炮从结构动力上区分大致可以由四部分组成，既行走部分、动力部分、传动部分、火力部分。根据美国MSC公司开发的ATV模块特点，本文主要介绍的是自行火炮的行走部分。自行火炮的行动装置是自行火炮整体系统中重要的环节。主要是由车辆本体、推行装置和悬挂火炮装置组成。其中在自行火炮的推行装置是由主动轮、履带等一些传送装置组成。推行装置在自行火炮的行驶过程中主要的作用是通过把发动机传送来的动力转变成迫使车辆向前的牵引力。在自行火炮的行驶过程中保障其行动能力。悬挂装置是把车体和火炮负重弹道连接起来设备总称。主要通过减震器、限制器等组成。悬挂装置主要的作用是在火炮进行发射过程中保证火炮底座的稳定性和减少发射过程中遇到的阻力，从而保证自行火炮发射的准确性。
（二）建立模型
在建筑火炮模型之前要进行虚拟样机的假设首先在虚拟样机的设定中要以车輛行走部分为主涵盖火力部分，而不包括动力部分。然后要把弹道当做一个整体，在虚拟样机的过程中除却弹道弹性变形的影响。其次是悬挂装置的模拟建立，通过函数的样式把弹性曲线形象的描述在一个平面上，在函数图形中要包括扭力轴、限制器和减震器造成的变化，形象的描述出来。最后通过速度函数，也就是通过主动轮施加的压力，代替发动机的动力输出，作为自行火炮行驶过程中的动力输出。
在ADAMS软件的平台上，通过ATV系统建立出一个坦克虚拟样机模型，在Pro/E环境下。计算出所有先关零件的质量特性。并且通过自行火炮的设计图纸，作为虚拟修改样机中的主要数据来源，在计算过程中要使用ADAMS软件的优点。对虚拟样机进一步完善，并且把在Pro/E环境下建立的虚拟样机模型，传输到进过修改的ATV样机中，就完成了一场模型的设定。
二、路面谱建立
在车辆行驶的过程中，路面的不平整是导致车辆震动的主要原因。也是自行火炮行驶过程中要考虑的基本功能。在研究的过程中，要根据不同的路面进行随机的选择，对各种复杂和道路不平的路面要进行多次的实验。在建立里面谱建立的过程中，本文用的是谐波叠加法构造的随机路面，根据路面不平度进行随机测试的函数是不可知的。在这一过程中采用的是功率谱密度函数G（f）已知。那么随机测试过程采用的函数公式就是：
从函数中不难看出，式中：x可以表示为为路面的水平坐标；那么h（x）就对应于水平坐标x位置处的路面的垂直坐标；Ai为对应第i个随机谐分量的随机幅值，为一个有正态分布的随机变量?i为对应于第i个随机谐分量的频率；αi为对应于第i个随机谐分量的随机初相位，是在区间[0，2π]上均匀分布的随机变量【2】。
三、履带车辆行驶平顺性的研究方法及评价标准
在我国新出台的新标准实验中，详细的指出了频率加权函数和轴加权系数和详细的舒适性限定。是目前我国拥有最完善的评定方式。本文在研究的过程中，同样采取了以上的方法对基于虚拟样机的自行火炮行驶平顺性仿真研究进行标准的评价。
在以前ADAMS软件不成熟的时候，我国对军用车辆进行平顺性研究时采用的是弹簧阻尼模型。这种模型有很大的局限性，如果超过6个负重轮的车辆模型就不能很好的进行评价并且评价的结果也不是很准确。但是ADAMS软件就能很好得解决这一点，通过ATV模型建立的虚拟某型号自行火炮，采用计算机仿真对其进行行驶平顺性的研究，既能提高效率又能保证评定数据的准确性。所以被广泛的应用在自行火炮行驶平顺性仿真研究当中。
四、仿真结果
通过前文分析的虚拟样机作为研究对象，其再E级路面的二挡、三挡、四挡、五挡速度分别是每秒514米、7146米、10145米以及16156米的速度稳步前行，之后以虚拟样机为对象对某型号自行火炮的平顺性进行虚拟样机仿真分析。
首先改变路面，分别于B-F级路面上仿真，通过上述方式对驾驶员座椅处的垂直方向加速度均方根值 进行测试，得到以下结果，见表1。
通过以上结果可以看出，
1.路面不平度越大，行驶平顺性也会发生相应改变，变得愈来愈差。
2.如果以相同速度进行行驶，那么在B级道路上的平顺性最佳。
3.如果车速提高，那么平顺性也会随之变差。以0.315m/s?作为最佳舒适性的判定标准界定值，那么只有在B级路面上的时候，且二三挡时，才能保证最佳舒适性。
综上所述，为分析自行火炮的平顺性，本文首先通过ATV构建虚拟样机，并通过谐波叠加原理构建了不同等级的路面，从而进行火炮仿真行驶研究。研究验结果表明对于车辆的平顺性，需要对及时车速以及路面情况这两方面进行综合考量。
参考文献
[1]向涛波，刘重发，赵凌，陈伟. 某型自行火炮行驶平顺性仿真研究[J]. 机械设计与制造，2011，10：220-222.
[2]谢润，杨国来，徐龙辉. 自行火炮行进间刚柔耦合多体系统动力学分析[J]. 南京理工大学学报，2014，05：588-592.
[3]向飞飞，陈学军，孙华刚，楼红伟. 基于RcurDyn的牵引火炮动力学建模与仿真[J]. 兵工自动化，2013，08：25-27+42.