基于AMESim的汽車制動系統(tǒng)性能研究

鄧紅星，王憲彬

(東北林業(yè)大學交通學院，黑龍江 哈爾濱，150040)

防抱制動系統(tǒng)(Antilock Braking System，簡稱ABS)是車輛主動安全領域的一項重要技術。但是對ABS控制性能有重要影響的許多參數(shù)，如車輛制動過程中瞬時特征參數(shù)研究、壓力傳遞特征分析，大多數(shù)學者尚屬初步研究，而且大部分研究沒有考慮到液壓管路的影響。如郭孔輝，等［1］在仿真研究中，認為制動管路中制動液流量較小、液壓管路內(nèi)壁比較光滑，可以忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失。但在實際動態(tài)測試中，這種假設使仿真結(jié)果和實際結(jié)論存在較大差別。

1 波動負載發(fā)生裝置簡介

汽車ABS是通過調(diào)節(jié)液壓管路中的壓力而達到防抱目的的，在其工作過程中，管路中形成了一定的壓力波動。筆者在研究ABS制動原理的基礎上，自主研發(fā)設計一種波動負載發(fā)生裝置，可以在制動管路中產(chǎn)生波動效應，與ABS產(chǎn)生相近的功效［2］。

波動負載發(fā)生裝置主要由柴油機單缸柱塞泵、電動機、波動負載發(fā)生裝置實驗臺和管件等組成。為了使制動管路產(chǎn)生一定的壓力波動，利用柱塞泵在泵油過程中的吸油、噴油的反復動作實現(xiàn)對制動管路油壓的控制。波動負載發(fā)生裝置在制動踏板動作時即開始工作實現(xiàn)脈動制動油壓［3-4］，實物臺架結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 波動負載發(fā)生裝置Fig.1 Device producing fluctuant load

2 基于AMESim的整車建模

2.1 制動系統(tǒng)建模

結(jié)合波動負載發(fā)生裝置的工作原理，在左前輪的輪缸與主缸的制動管路上連接波動負載發(fā)生裝置，并按照波動負載發(fā)生裝置的實際結(jié)構(gòu)建立的基于AMESim制動系統(tǒng)模型如圖2［5-6］。

圖2 安裝波動負載發(fā)生裝置的制動系統(tǒng)的AMESim模型Fig.2 Braking system model with device producing fluctuant load based on AMESim software

在制動過程中，輪缸的壓力等于主缸與節(jié)流閥之間以及節(jié)流閥與制動輪缸之間所有直管沿程壓力損失、局部壓力損失以及節(jié)流閥口前后之間的壓力差3者的疊加［7］。因此，假設制動管路水平放置，以制動主缸為起點，則距離主缸l的管路中壓力可以表示為［8］：

式中：ζ1為沿程阻力系數(shù)，雷諾數(shù)Re=為制動管長度，m;d為制動管直徑，m;ρ為制動液的密度，kg/m3;v為制動液的平均流速，m/s;ζ為局部阻力系數(shù)。

節(jié)流閥口前后壓力差ΔPt可以表示為［1］：

式中：Qw為輪缸的流量;CT為由節(jié)流閥口形狀、制動液性質(zhì)等因素決定的系數(shù);AT為節(jié)流閥口的通流截面積;K為由節(jié)流閥口形狀決定的節(jié)流閥指數(shù)。

制動液平均流速v是流入輪缸的制動液流量Qw的函數(shù)。因為在制動過程中制動液的壓縮性和制動器本身的彈性是形成輪缸動態(tài)力學特性的主要因素，所以根據(jù)流體力學理論，規(guī)定制動輪缸流量的流入方向為正，考慮到制動器剛度的影響，則輪缸的連續(xù)流量方程為［6］：

式中：Vw為制動輪缸容積;Kw為輪缸的等效體積彈性模量。

2.2 整車動力學模型的建立

為進行波動負載發(fā)生裝置與整車的聯(lián)合仿真試驗建立了以AMESim為基礎的雙軌車輛動力學模型，如圖3。模型主要包括：發(fā)動機模型、傳動系模型、車身模型、車橋模型和輪胎模型。

圖3 整車動力學模型Fig.3 Vehicle dynamics model based on AMESim software

為驗證乘車動力學模型的正確性，筆者將進行了與國際知名車輛動力學仿真軟件veDYNA的典型直線加速減速工況的仿真對比。由圖4和圖5可以看出仿真結(jié)果較為接近可以用來進行仿真研究。

圖4 veDYNA軟件仿真結(jié)果Fig.4 Simulation results of veDYNA software

圖5 AMESim軟件仿真結(jié)果Fig.5 Simulation results of AMESim software

3 仿真分析

圖6和圖7為整車模型聯(lián)合波動負載發(fā)生裝置的仿真結(jié)果。圖6中的實線和虛線分別為波動負載發(fā)生裝置打開和關閉時車輛的制動距離。由圖6的結(jié)果可以看出當波動負載發(fā)生裝置作用時，制動距離縮短了約1.8 m。圖7給出了在制動過程中4個車輪的制動管路中的壓力。

圖6 車輛制動距離的的仿真結(jié)果Fig.6 Simulation results of braking distance

圖7 制動管路中的壓力Fig.7 Simulation results of braking line pressure

為了驗證整套模型的正確性和波動負載發(fā)生裝置的實際工作效果，在BOSCH-SDL26型汽車性能檢測線上進行了波動負載發(fā)生裝置的實車試驗。

圖8和圖9分別為實車檢測過程中的計算機畫面截圖。波動負載發(fā)生裝置的電機轉(zhuǎn)速為800 rev/min。由截圖可以看出在制動過程中，波動負載發(fā)生裝置能夠在制動管路中產(chǎn)生波動效應，進而使制動力產(chǎn)生波動。而且在波動負載發(fā)生裝置作用和過程中，制動力波動平緩，未出現(xiàn)制動力驟增的現(xiàn)象。

圖8 波動負載發(fā)生裝置打開時的前輪制動力Fig.8 Front wheel braking force when the device producing fluctuant load turns on

圖9 波動負載發(fā)生裝置關閉時的前輪制動力Fig.9 Front wheel braking force when the device producing fluctuant load turns off

4 結(jié)語

運用AMESim軟件建立了車輛動力學模型和波動負載發(fā)生裝置模型，并分析了波動負載發(fā)生裝置在制動過程中的作用，通過實車試驗驗證了波動負載發(fā)生裝置的實際效果，可以看出波動負載發(fā)生裝置的研發(fā)為研究車輛制動系統(tǒng)提供了一種新方法。

［1］郭孔輝，劉溧，丁海濤，等.汽車防抱制動系統(tǒng)的液壓特性［J］.吉林工業(yè)大學學報：自然科學版，1999，29(4)：1-5.Guo Konghui，Liu Li，Ding Haitao，et al.A study on hydraulic characteristics of anti-lock braking system［J］.Journal of Jilin University of Technology：Natural Science，1999，29(4)：1-5.

［2］Deng Hongxing，Zhang Wenhui，Wang Xianbin.Device Producing Fluctuant Load of ABS in Automobile［C］//Proceedings of 2010 WASE International Conference on Information Engineering.Beid-aihe，China：IEEE Conference Publications，2010：448-451

［3］鄧紅星，關強.汽車ABS波動效應負載發(fā)生裝置的研制［J］.東北林業(yè)大學學報，2008，36(12)：49-50，56.Deng Hongxing，Guan Qiang.Device producing fluctuant load of ABS in automobile［J］.Journal of Northeast Forestry University，2008，36(12)：49-50，56.

［4］鄧紅星，關強.汽車防抱制動管路波動效應負載發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)設計［J］.交通標準化，2009(4)：159-161.Deng Hongxing，Guan Qiang.Device design of producing fluctuant load in automobile anti-lock braking pipeline［J］.Transport Standardization，2009(4)：159-161.

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［7］鄧紅星.汽車制動管路壓力波動效應研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學，2009：17-21.Deng Hongxing.Analysis of Pressure Fluctuant Effect in Automobile Braking Line［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2009：17-21.

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