（农业机械化工程专业论文）充分发出的平均减速度mfdd影响因素的仿真及研究.pdf

广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和 相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的 研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过 重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 充分发出的平均减速度m f d d 影响因素的仿真及研究 摘要 随着虚拟样机技术在设计制造领域的兴起，利用软件建立系统的三维 模型和力学模型，分析和评估系统的性能，为物理样机的设计和制造提供 参数依据的技术已广泛运用。当前，车辆设计制造领域中广泛运用虚拟样 机技术来修改设计缺陷，以实现降低成本和提高产品质量。 本文以车辆制动性能评价指标中的充分发出的平均制动减速度m f d d 为研究对象，对其影响因素进行了理论分析。首先，根据制动力矩理论公 式，在动力学仿真软件a d a m s c a r 中对汽车制动系建模，针对性地对众多 理论影响因素进行了筛选，初步得出影响较为显著的因素。其次，依据初 步仿真的结果，有目的地设计物理试验。结合各种传感器和以l a b v i e w 软 件为基础的数据采集卡组成的测试系统，按照g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行 安全技术条件的要求对试验样车进行试验，分析得到物理样机的制动系 力学模型。然后，根据试验样车建立整车模型，嵌入试验分析得到的制动 系力学模型，结合道路试验测试的结果，再次运用a d a m s c a r 软件模拟汽 车制动道路试验过程，得出充分发出的平均制动减速度m f d d 二次仿真实 验的结果。通过对比分析二次仿真实验与物理试验的结果，验证了运用虚 拟仿真技术分析影响充分发出的平均减速度的影响因素的可行性，以及采 用虚拟仿真技术与物理试验相结合对制动性能进行检测研究的可靠性。 全文运用虚拟仿真技术结合物理试验对汽车制动性能的评价指标 m f d d 进行了分析研究，为汽车制造业中运用a d a m s c a r 软件模拟仿真 检测制动性能提供参考，为设计控制m f d d 提供参考。 关键词：虚拟样机a d a m s c a rm f d d 模拟仿真 s i m u l a t i o na n dr e s e a r c ho fi n f l u e n c e f a c t o r so nm e a nf u l l yd e v e l o p e d d e c e l e r a t i o no fa u t o m o b i l e a b s t r a c t 一 1 w i t ht h es p r i n gu po fv i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fd e s i g n a n dm a n u f a c t u r e ，t h et e c h n o l o g y , u s i n gt h es o f t w a r et ob u i l dt h r e e - d i m e n s i o n a l m o d e la n dt h em e c h a n i c a lm o d e lo ft h e s y s t e mt oa n a l y z ea n da s s e s st h e p e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m ，h a sb e e nw i d e l yu s e dt op r o v i d et h ep a r a m e t e r sf o r d e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r i n gt h ep h y s i c a lp r o t o t y p e a tp r e s e n t ，t h ef i e l do f v e h i c l ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gu s ev i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g yw i d e l yt o m o d i f yt h ef l a w so fd e s i g n ，i no r d e rt oa c h i e v el o w e rc o s t sa n di m p r o v ep r o d u c t q u a l i t y t h ee v a l u a t i o no fv e h i c l eb r a k i n gp e r f o r m a n c e - - - - - m e a nf u l l yd e v e l o p e d d e c e l e r a t i o n ( m f d d ) w a st a k e na sa no b j e c to f s t u d y , a n dat h e o r e t i c a la n a l y s i s o fi n f l u e n c i n gf a c t o r so fm f d dh a sd o n e f i r s t l y , t h ed y n a m i cs i m u l a t i o n s o f t w a r ea d a m s c a rw a su s e dt om o d e lv e h i c l eb r a k es y s t e mb a s e do n b r a k i n gt o r q u e t h e o r e t i c a l m o d e l ，t a r g e t e ds c r e e n i n g f o rt h et h e o r e t i c a l i n f l u e n c i n gf a c t o r s a n dt h e ni n i t i a l l ys i g n i f i c a n ti n f l u e n c i n gf a c t o r sw h i c h i m p a c to nt h em f d dm o r ew e r eo b t a i n e d s e c o n d l y , b a s e do np r e l i m i n a r y s i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h ep h y s i c a le x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e dp u r p o s e f u l w i t ht h e a n a l y s i s e dt h es e c o n ds i m u l a t i o nt e s tr e s u l t sa n dp h y s i c a lt e s tr e s u l t s ，t h e f e a s i b i l i t yo fu s i n gv i r t u a ls i m u l a t i o nt e c h n i c a lt oa n a l y s i st h ei n f l u e n c i n g f a c t o r so f m d da n dt h er e l i a b i l i t yo fc o m b i n i n gw i t hv i r t u a ls i m u l a t i o n t e c h n i c a la n dp h y s i c a le x p e r i m e n t st os t u d yt h ev e h i c l eb r a k i n gp e r f o r m a n c e w e r ev e r i f i e d m f d d ，o n eo ft h ev e h i c l eb r a k i n gp e r f o r m a n c ea p p r a i s a lt a r g e t sw a s a n a l y s i s e da n ds t u d i e du s i n gv i r t u a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g yc o m b i n e dw i t ht h e p h y s i c a lt e s t s i ti sp r o v i d e dar e f e r e n c ef o rt h ea u t o m o t i v em a n u f a c t u r i n g st o u s ea d a m s c a rs o f t w a r et od e t e c tt h ev e h i c l eb r a k i n gp e r f o r m a n c ea n d d e s i g nt h em f d d k e yw o r d s ：v i r t u a lp r o t o t y p i n g ；a d m a s c a r ；m f d d ；s i m u l a t i o n i i i 目录 第一章绪论1 1 1 充分发出的平均减速度m f d d 概述l 1 2 国内外相关研究现状2 1 3 研究的目的与意义3 1 4 研究技术路线4 第二章m f d d 影响因素的分析及检测方法6 2 1 理论分析m f d d 的影响因素6 2 2m f d d 各影响因素实际检测的方法及设备6 2 3 研究选择方法及设备1 1 2 3 1a d a m s c a r 软件的优点。1 1 2 3 2 制动性能影响因素的软件实现1 2 2 4 本章小结13 第三章基于制动理论基础的a d a m s c a r 初步制动仿真1 5 3 1 汽车制动原理l5 3 1 1 制动组成1 5 3 1 2 制动过程及受力分析l5 3 2a d a m s c a r 的初步仿真分析l7 3 2 1 制动力学模型1 7 3 2 2 各影响因素仿真分析取值设置1 9 3 2 3 建立试验分析表1 9 3 2 4 仿真结果分析2 3 3 3 本章小结2 4 第四章物理试验设计与实践2 6 4 1 实验目的2 6 4 2 实验基本原理2 6 4 2 1 实验方案2 6 4 2 2 仪器设备的选择2 8 4 2 3 调理电路的设计3 0 i v 4 2 4 电压变换电路3 0 4 - 3 传感器的标定3 l 4 4 静态试验与数据采集、数据分析4 4 4 4 1 静态试验原理与组成4 5 4 4 2 静态试验数据采集方案与测试系统4 5 4 4 3 静态试验数据分析与结果4 6 4 5 道路试验与数据采集、数据分析4 7 4 5 1 道路试验原理与组成4 7 4 5 2 道路试验步骤4 8 4 5 3 道路试验数据采集方案与测试系统4 9 4 5 4 试验过程数据记录、分析与结果5 0 4 6 本章小结5 3 第五章结合a d a m s c a r 与物理试验数据的二次制动仿真5 5 5 1a d a m s c a r 二次仿真的原理及意义5 5 5 1 1a d a m s c a r 二次仿真的意义5 5 5 1 2a d a m s c a r 二次仿真的原理5 6 5 2a d a m s c a r 二次仿真模型的建立5 6 5 2 1 制动器模板的建立5 6 5 2 2 整车模型及制动模拟仿真实验5 9 5 2 3 二次仿真结果与物理试验结果对比6 2 5 3 本章小结6 5 第六章总结与展望6 6 6 1 总结一6 6 6 1 1 主要工作总结6 6 6 1 2 工作中的不足6 7 6 2 展望6 7 参考文献6 9 附录a d a m s c a r 二次仿真时t e m p l a t e 中制动器模板参数7 3 致谢7 7 攻读学位期间发表论文情况7 8 v 充分裳出的平均减速度m f d d 影响因- t t - t v ；9 仿真及t e t - 究 第一章绪论 1 1 充分发出的平均减速度m f d d 概述 汽车的制动性能是汽车行驶安全的重要保障，也是汽车制造厂、使用者、汽车维修 和管理人员关心的重要性能之一。制动性能中最基本的评价指标是制动效能，即汽车行 驶速度迅速降低直至停车的能力。它由制动力、制动减速度、制动距离等参数来评定。 g b7 2 5 8 - - 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件规定用制动力法、制动减速度或制动距离 法三者之一，来评价汽车的制动效能【l 】。这同欧洲制动法规e c er - 1 3 附件4 中规定一 致。1 9 9 1 年的a g b 会议形成的9 1 4 2 2 e e c 指令则规定：车辆必须同时满足充分发出 的平均减速度( m e a nf u l l yd e v e l o p e db r a k i n gd e c e l e r a t i o n ，m f d d ) 和制动距离的要求。 这是因为随着电子制动控制系统的出现，制动响应时间减少，缩短了制动距离，仅根据 制动距离来评价制动性能并不充分【2 】。因为可能出现制动减速度不大，但由于制动响应 时间很短，制动距离能够满足法规的要求。在进行汽车制动性能检测时，充分发出的平 均减速度m f d d 与制动距离是否应当同时满足要求，这一问题在文献【4 】和【6 】中已经进 行了充分的理论证明，其结论是9 1 4 2 2 e e c 指令中的相关规定是合理的，m f d d 应该 成为一个必要的评价指标。g b7 2 5 8 - - 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件中与该指令存 在不同，是因为国标主要参照了欧洲较早的汽车制动法规e c er 1 3 0 6 。而2 0 0 5 年4 月 起执行的新的乘用车制动法规e c er 1 3 h ( 协调版) 对此进行了修正。 汽车制动减速度是汽车降低行驶速度能力强弱的量化体现，也是表征汽车制动效能 的重要特性参数，而经过反复验证后，充分发出的平均减速度m f d d 相对于瞬时减速 度、最大减速度和平均减速度，能更准确反映汽车的制动性【4 j 。 国标中对充分发出的平均减速度m f d d 的定义l l j 为： 一5 矗幕2 葛2 ( 1 - 1 ， 2 5 9 2 ( s 。一s 6 ) 7 式中：m f d d 充分发出的平均减速度，单位为米每平方秒( m s 2 ) ； 1 ，。试验车制动初速度，单位为千米每小时( k m h ) ； 1 ，。一8 v n ，试验车速，单位为千米每小时( k m h ) ； v ，一1 ，试验车速，单位为千米每小时( k m h ) ； s 试验车速从v 。到1 ，。之间车辆行驶的距离，单位为米( m ) ； s 。试验车速从，。到1 ，。之间车辆行驶的距离，单位为米( m ) 。 如下图1 1 所示，充分发出的平均减速度是在去除了制动减速度增长阶段和制动减 速度衰减阶段后，由制动系充分发出的、较为稳定的减速度。它能够更真实地反映出制 动系统总体技术状况的好坏。 充分发出的平均减速度m f d d 影响因素的仿真及研究 d 以 i i l 、-。j 1 ， j j 怕- 一 ： l 罅。 一 f 图1 1 汽车制动减速度过程图 f i g 1 - 1a u t ob r a k i n gd e c e l e r a t i o np r o c e d u r ec h a r t 1 2 国内外相关研究现状 汽车制动性能检测的研究已经历了一段相当长的历史，8 0 年代末9 0 年代初，随着 计算机技术的兴起和制造业水平的提高，国外一些大公司如福特、博世等公司开发了车 载式试验设备。如美国制造的v c 3 0 0 0 刹车测试仪，只需要用4 只吸盘将设备吸在车辆 的前挡风玻璃中央即可使用，它能测试制动距离、制动时间和平均减速度等多种参数： 德国制造的p e g a s e mp 3 0 0s e r i e s ，是专用来测试制动减速度性能的测试单元。 国内的专家学者在最近十年里，对于汽车充分发出的平均减速度m f d d 的研究虽 然不是特别注重，但早在1 9 9 5 到1 9 9 9 年期间，已有部分专家学者关注到a g b 会议形 成的9 1 4 2 2 e e c 指令提出的制动距离和制动平均减速度作为汽车制动系最重要的两个 特性参数的要求，并发现国内制动性能检测标准在此点上存在不同，故而对其进行了一 定的分析论述【8 】。然而，对m f d d 的研究暂停与此，没有更深入的研究。纵观全局，在 汽车制动性能检测中，虽然众所周之有两项检测指标，但是没有相关专家或学者分析和 研究这两项检测指标的影响因素，或者定性、定量分析研究制动系的结构参数和运行参 数与这两项检测指标的具体关系。 当前，伴随着虚拟样机技术的飞速发展，众多机械研究领域有效地将虚拟样机技术 与物理试验结合在一起，推动了机械设计与制造的发展【9 】。汽车动力学模拟仿真技术与 道路试验相结合的研究模式，在汽车操纵稳定性和平顺性方面已广泛应用【，然而在制 动性的分析研究上略显不足。 2 广西大学硕士掌位论文充分发出的平均减速度m f d d 影响因素的仿真及研究 国外学者对汽车制动性能的研究从理论分析、基于m a t l a b 的数学建模仿真，到 结合当前较为广泛运用的动力学分析软件a d a m s c a r 或液压仿真软件a m e s i m 进行制 动研究，都较为深入。但这些研究侧重于对制动系a b s 控制系统、液压制动传递过程 的液压损失的仿真研究及制动系各个组成零部件的独立分析、仿真研究。 国内专家学者也在多年总结的制动理论基础上，开始运用各种软件对汽车制动性能 进行仿真研究，早期运用数学软件对汽车制动距离、制动力的建模进行理论仿真研究， 近几年则侧重于对带有a b s 的汽车制动系的控制系统进行仿真研究。文献 5 2 】中通过 a d a m s v i e w 软件建立虚拟试验，进而研究分析了轮胎结构参数、弹簧刚度、制动初 速度、载荷分布、车轮定位参数对汽车制动性能的影响。然而，以上关于汽车制动系的 研究中，嵌入仿真运算的制动系的力学模型仍然较为粗糙，且物理试验大多用于验证模 拟仿真结果的可行性，而忽略了利用物理试验修正力学模型的原理，限制了物理样机与 虚拟技术相结合的技术在汽车制动性能检测方面的运用。 1 3 研究的目的与意义 众所周知，制动距离和制动平均减速度是汽车制动性能的评价指标。其检测方法通 常采用整车道路试验，结合道路试验仪器设备和制动性能检测系统，测量得到汽车制动 时的时间、距离、速度等一系列数据值，通过分析计算试验测试得到的数据，结合我国 标准或国际标准，判断汽车的制动性能是否合格。 然而，通过实际道路试验检测制动性能，需要考虑检测仪器的性能、试验气候及道 路等条件，以及试验过程中存在的诸多损耗和危险性。同时，对于生产厂家而言，设计 制造的新车制动性能倘若不符合国家标准要求，会被要求重新设计、改进其制动系，而 后再次进行道路测试检验其安全性。如此重复设计与试验，将增加产品的成本，延长产 品开发周期。此外，随着人们对高速汽车的追求，为确保车辆使用的安全性，对车辆的 制动性能提出了更高的要求、更严的标准。因此，迅速而准确地检测汽车制动性能的优 劣，对汽车厂家而言是有一定价值的。利用检测结果，及时分析检测结果的影响因素， 有利于针对各个影响因素对汽车制动系进行结构优化设计和匹配设计，使制动性能达到 合格水平。 如果能够分析出汽车制动系结构参数或运行参数与制动性能的关系，结合整车结构 和运行参数，对其进行基于虚拟样机技术的道路制动模拟仿真，则有利于快捷而低成本 地检测制动性能，并且为后续优化设计和调整制动系结构提供参考依据。这将有利于汽 车产品开发，为其节省成本和时间，提高工作效率。 国内外法规对制动距离的定义是驾驶员开始促动制动控制装置时起到车辆停止时 车辆所驶过的距离【5 3 1 。根据定义和经验总结得出，制动距离是车辆在制动器作用时间( 制 动系响应时间和制动力增长时间) 与持续制动时间里所经走过的距离。倘若要建立制动 距离与制动系结构参数或运行参数之间的力学模型，需要分析制动器作用时间与持续制 充分发出的平均爿晦毫度m f d d 影响因- j r - 州y j g 及研究 动时间两部分制动时间各自对应的制动力学模型。而如果选择制动充分发出的平均减速 度为研究对象，其受制动器作用时间影响较小【5 3 1 ，相对而言，力学模型较为简单，人为 影响因素较少。同时，汽车制动时，如果充分发出的平均减速度太小，则制动距离会过 长，不能及时制动，失去安全性；如果充分发出的平均减速度太大，则制动过程冲击力、 惯性力大，乘客会失去乘坐舒适感。故而，充分发出的平均减速度应该设计控制在一定 范围内，在保证及时制动的同时，还要保证汽车的乘坐舒适性。综上所述，研究期望目 标是寻找制动充分发出的平均减速度的影响因素- 汽车制动系结构参数或运行参数， 并试着找出这些影响因素与制动充分发出的平均减速度的关系。通过调整这些主要影响 因素，为日后制动系的设计提供有效参考，使得制动时充分发出的平均减速度能够同时 满足制动性能要求和乘坐舒适性要求。 假设利用充分发出的平均减速度的影响因素与汽车制动性能之间的关系，结合车型 数据运用a d a m s c a r 软件建模，模拟道路制动过程，对整车制动过程进行动态仿真， 如同试验真实样机一样，得到表征制动性能的参数，即意味着工程师们在电脑前就能够 逼真地模拟汽车运动情况，并可以快速分析和对比多种设计方案，使得短时间内获得最 优设计方案成为可能。同时，这也减少了物理试验次数( 需要大量昂贵硬件，并受天气 限制) ，工程师们也可以集中精力和时间去研究如何改进设计以获得理想的汽车性能。 研究为验证上述假设的可能性而进行了如下工作。首先，寻找汽车制动时充分发出 的平均减速度m f d d 的影响因素。其次，针对这些影响因素其进行物理试验，找到与 试验样车相对应的制动系力学模型。然后，基于修正后的力学模型再次运用a d a m s c a r 软件进行动力学仿真，对比仿真结果与物理试验结果，最终得出结论。 1 4 研究技术路线 通过上述分析，得到研究的技术路线图如下图1 2 所示。研究按照此技术路线进行。 4 广西大学司旺b 学q 立论文充分发出的平均碉蹬毫度m 刁) 1 ) 影响因素的仿i l 及研究 l 根据制动系结构和理论，分析主要影响因素 理论分析影响因素 l 结合实际检测技术，分析各个因素的检测方法 i 结合实际，选择影响阂素，选择软件分析研究 根据理论公式建立模型i 三三霎蓁薹兰蓁三三二三何建模 初次仿真分析 设置测量和仿真输出 进行仿真分析 撇做躲黼巨徽一勰 试验验证初次仿真结果i 将仿真得到重要影响参数入选物理试验 与试验结果一致? 否 试验分析i 分析物理试验结果，得出制动力矩与参数的力学模型 二次仿真分析 根据物理试验，设置几何参数，运行参数 嵌入试验分析得出的制动力矩模型 设置测量和仿真输出，进行二次仿真分析 j 试验结果一致? 否 是 结论 运用仿真软件确定m f d d 主要影响冈素，方法正确 物理试验与仿真相结合的研究方法可行 结论 运用仿真软件确定m f d d 主要影响冈素，方法错误 物理试验与仿真相结合的研究方法不可行 图1 - 2 研究技术路线图 f i g 1 - 2t e c h n o l o g yr o a c l m a po fr e s e a r c h 5 充分发出的平均减速度m f d d 影响因素的仿真及a 研- j e 第二章m f d d 影响因素的分析及检测方法 2 1 理论分析m f d d 的影响因素 通过汽车制动的理论分析，汽车制动需要产生足够大的制动器制动力，进而产生地 面制动力，在地面制动力的作用下，汽车减速停车。而地面制动力受到地面附着系数和 滑移率的影响。 制动过程的初速度、地面状况都是外因，对于汽车自身制动性能而言，其制动系组 成才是它能发挥制动能力的关键所在。结合汽车制动系构造组成，理论分析得出制动踏 板力、助力装置的助力比、制动主缸的压力、制动轮缸与制动主缸的面积比、制动液特 性、制动管路压力损失和制动踏板自由行程等都对制动液压力有影响，而制动液压力、 制动器摩擦材料和制动器间隙会影响到制动器制动力的大小，制动器制动力则对进而产 生的制动力矩有影响，因此，推断它们都是充分发出的平均减速度( 姗d d ) 的影响因 素5 4 1 。 2 2m f d d 各影响因素实际检测的方法及设备 1 制动踏板力 制动过程中，驾驶员通过判断，对制动踏板施加或小或大的力，以实现减速或者停 车的目的。根据力学公式，加速度与力相关性很大。制动踏板力是制动作用的触发力， 它的大小直接影响到制动管路油压的大小，推断其对充分发出的平均减速度( d d ) 有很大影响，故而将其入选为主要影响因素。 当前测量制动踏板力通常采用制动踏板力计。其工作原理就是利用固定在制动踏板 上的传感器将作用在制动踏板上的力通过电器仪表显示在仪表盘上或者通过数据采集 仪器采集、储存相关数据，制动踏板力计如下图2 1 所示。 图2 1 制动踏板力计 f i g 2 - 1b r a k ep e d a lf o r c em e t e r 2 助力装置的助力比 液压制动因其传动效率高，被很多小轿车或者小型客货车采用。制动力矩与管路中 6 充分发出的平均爿b 毫度m f d d 影响因素的仿真：及研究 制动液的液压成比例，为达到有效制动，此液压可高达1 0 m p a 1 2 m p a 。如此大的压力， 单靠驾驶员的踏板力实现比较困难，因此在系统中设有助力装置。现在大量轿车采用真 空助力器实现助力制动。如果没有助力器加力或者助力器失效，司机虽然仍能进行机械 制动，但驾驶员会感到制动踏板异常沉重，进而可能导致制动力不足或者不能及时制动 而产生危险。由此可以推断，助力比与制动力矩关系密切，将它选为m f d d 的影响因 素。 制动助力器的检测有专门的真空助力器试验台。不过通常汽修厂采用如下所示的比 较简单的检测方法。 图2 - 2 真空助力器常用检测方法 f i g 2 - 2v a c u u mb o o s t e rc o m m o n l yu s e dd e t t i o nm e t h o d 从制动助力器上取下真空软管，连上真空计。与进气歧管相连的一端设有个单向 阀，在真空计和制动助力器间连接另一个没有单向阀的真空软管。压力计、踏力计按上 图2 2 所示连接，排出压力计的空气后，进行无负载时气密性试验、有负载时气密性试 验及制动助力器的特性试验操作。对比相关助力器的说明书要求即可。 3 制动主缸的压力 制动主缸是保证汽车制动性能良好的重要元件之一。由于制动系统采用液压力对制 动蹄或制动衬块加压，主缸或其他液压元件都必须正常工作，不能发生泄漏，否则会使 系统失去压力，出现危险情况。故而将其也选入m f d d 的影响因素。 国家行业标准q c t 3 1 1 汽车制动主缸技术条件中，规定了许多检测项目。在检 测制动主缸缸体缺陷上，国内外研究的方法有渗透法、磁粉探伤超声及声频检测等。对 主缸总成的检测方法有液试法和冒泡法。 通常如果专门对制动主缸进行检测，会选择指定的制动主缸试验刽2 1 ，但是普通的 7 充分冀：出的哥u 鲁爿江e 度m f d d 影响因素的仿真及研究 汽车修理厂通常将真空助力与主缸总成结合起来，采取上图2 2 所示方法，结合汽车维 修说明书的要求检测。 4 制动轮缸与制动主缸的面积比 驾驶员施加到踏板上的力由踏板机构杠杆和助力器进行放大，用来推动总泵。总泵 将液压力经由制动管路传递到制动分泵，并利用帕斯卡原理将压力放大，推动分泵的活 塞对摩擦块施力】。制动主缸与轮缸的压力比值就是制动轮缸活塞面积和主缸活塞面积 的比值。车辆设计要求的制动力不同，制动主缸、轮缸的尺寸也不同。由此可知，它对 制动力矩同样也有影响，将其也选入m f d d 的影响因素。 制动轮缸的检测通常采用专门的试验台 2 1 。 5 制动液特性 汽车制动液，俗称刹车油，它能够在汽车液压制动系中传递压力，实现车轮制动器 的制动作用。汽车四季运行，必须保证在严寒或酷暑等不同气温时，以及高速、重负荷、 大功率和频繁刹车的操作条件下，制动液都能有效、可靠地保证汽车制动灵活，确保行 驶安全。 倘若制动液在低温下凝固，将影响制动力的传递；若在高温下汽化，产生气泡，踩 刹车会感觉发软无力；若制动液腐蚀性强，致使各类金属生锈，且使皮碗膨胀变形，可 能导致车辆漏油、制动压力下降，严重时导致制动失灵，造成事故。由此可见，制动液 对制动性能影响重大，故而认为其对m f d d 也有影响。 当前制动液检测仪器已经出现，有用于定性分析含水量的制动液快速探测笔，用于 定量分析含水量的制动液检测仪，以及用于测试沸点的制动液安全检测仪。 6 制动管路压力损失 制动液在制动管路中传递，如果制动管路发生泄漏，将导致制动压力下降，制动力 不足，严重则使制动失效；如果制动管路在传递中发生巨大的形变，制动力的传递过程 可能因波动而损失，进而衰减并影响制动效果。由此分析可知，制动管路压力损失对 m f d d 有影响。 当前制动管路压力通常采用压力变送器检测。将压力变送器接入油路中，运用采集 卡及数据采集软件对管路压力数据实时采集即可。 7 制动器摩擦材料 盘式制动器的摩擦块和鼓式制动器的摩擦块可以由多种不同材料制成。一直以来， 石棉都作为标准的制动衬片材料，由于石棉材料对人体有害，近年来，已经逐渐用新材 料代替石棉材料。新材料有非金属材料、半金属材料、全金属材料。 材料种类繁多，摩擦系数也各有不同，其中摩擦系数越大的，所产生的摩擦力越大。 但是，衬片与制动器间的摩擦系数会因为摩擦后所产生的热量而有所变化，即摩擦系数 ( p ) 随温度变化而变化。加之衬片材料不同，其摩擦系数不同，摩擦系数变化曲线也 不同。 如果摩擦系数太大，则制动器太粘，会产生过早的车轮抱死现象，不能顺利停车； 8 广西大掌硕士学位论文充分发出的平均爿出毫度m f d n 影响因素的仿真及研究 如果摩擦系数太小，则制动蹄或制动块会沿着制动毂或制动盘的表面打滑，不能达到制 动停车的目的。因此，合理地选择具有合适摩擦系数的摩擦材料非常重要。故而将制动 器摩擦材料也选为m f d d 的影响因素。 通常制动摩擦片的摩擦系数都已在厂家出厂前进行了标定，购买制动蹄、制动块时 相应的包装上会有相关标示。 8 制动间隙 这里的制动间隙不仅仅是指制动摩擦片与制动盘( 毂) 未作用前的间隙，它还包括 了制动踏板自由行程、制动主缸的自由间隙、制动轮缸的自由间隙等。 制动间隙是制动系的结构参数，也是制动系其他相关结构参数衰变的反映，是重要 的制动系状况参数。在汽车日常使用中，经常通过测量制动蹄、毂配合间隙和制动盘、 块配合间隙来判别制动器状况，并通过调整间隙来恢复和维持制动系处于可继续使用状 况。制动踏板自由行程也在一定程度上反映了制动系使用过程中其他相关结构参数的变 化。如制动踏板没有自由行程就是相关结构参数变化的征兆，可能出现了制动蹄、鼓( 或 者制动盘、块) 没有间隙；制动主缸活塞与推杆无间隙；制动轮缸活塞卡滞；制动主缸 补给孔被皮碗遮盖；液压制动系管路进了空气等问题。 制动间隙大，可能导致制动液压力不能充分发挥。如制动踏板力传递到制动主缸后， 由于间隙过大的影响，真空助力比下降、主缸产生的制动液压力也不充分；或者制动轮 缸的压力作用到制动盘上时，可能因为制动蹄片与制动盘之间的间隙过大而导致中心着 力点不能恰好落在制动盘上，致使制动器力减小，衰减了制动效果。制动间隙过小，可 能发生轻踩制动踏板就发生明显又迅速的制动，可能带给驾驶人员及乘客剧烈的冲击。 故而认为此因素也是m f d d 的影响因素【5 5 1 。其检测方式如下： ( 1 ) 盘式制动器的检查 盘式制动器通常检测制动块的厚度。当制动块与制动盘接触时，磨损指示器发出声 音，则表示制动块已到更换期。 检测方法一：通过盘体的检查孔用目视检查制动块的厚度，见图2 3 。 图2 - 3 目视检查制动块厚度 f i g 2 - 3v i s u a li n s p e c t i o no f t h et h i c k n e s so f b r a k ep a d s 方法二：先除去制动盘表面的杂物以及锈斑。再测量制动盘和制动块滑动部分的制 动盘厚度，应测量4 处以上。制动盘的厚度如果有一处低于极限值，更换车辆左右两侧 9 广西大学蝇醑士学位论文充分发出的平均爿驻邑度m f d d 影响因素的仿真及司阳；已 的制动盘以及制动块组件，见图2 - 4 。 图2 - 4 测量法检测制动块厚度 f i g 2 - 4d e t e c t i o nt h et h i c k n e s so fb r a k ep a d sb ym e a s u r i n g ( 2 ) 制动蹄和摩擦片厚度、制动毂内径的检查 卸下制动毂后，测量制动蹄和摩擦片磨损最严重处的厚度( 见图2 5 ) 。制动蹄和摩 擦片的厚度超过极限值时，更换车辆左右两侧的制动蹄和摩擦片组件。如果车辆左右两 侧的制动蹄和摩擦片组件厚度有明显差别时，应检查活塞的滑动状态。 图2 5 制动蹄和摩擦片厚度的检查 f i g , 2 - 5t h et h i c k n e s si n s p e c t i o no fb r a k es h o e sa n df r i c t i o n 然后，进行制动毂内径的检查。测量多处制动毂的内径( 见图2 6 ) 。制动毂内径磨 损超过极限值时，或者有明显磨偏现象时，应及时更换制动毂。 图2 _ 6 制动毂内径检查 f i g 2 - 6c h e c kb r a k ed r u md i a m e t e r s 1 0 充分发出的平均爿谤度m f d d 影响因素的仿真及研究 ( 3 ) 制动踏板间隙的检查 在发动机处于停机状态，踩2 3 次踏板，使制动助力器没有负压后，用手指压踏板， 确认阻力变大时的尺寸( 间隙) 是否在标准值范围内，见图2 7 。 图2 7 制动踏板间隙的检查 f i g 2 - 7b r a k ep e nc l e a r a n c ei n s p e c f i o n 2 3 研究选择方法及设备 研究先采取虚拟样机技术，通过动力学仿真分析软件对理论分析得出的m f d d 影 响因素进行模拟仿真分析，找出众多影响因素中影响显著的因素，选入物理样机试验， 结合物理试验测得的数据，对比分析实测结果和虚拟样机结果，修正虚拟样机的结构参 数及力学模型，使它们的动态性能趋近一致，如此修正后的虚拟样机能在一定程度上替 代物理样机，使虚拟仿真实验的过程更接近实际情况、结果更可靠，在一定程度上实现 减少物理试验次数，节约成本的目的。研究选择了当前汽车动力学仿真广泛运用的软件 a d a m s c a r 。 2 3 1a d a m s 胁软件的优点 由于分析充分发出的平均减速度的各种影响因素需要多次试验，耗费大量人力、物 力和财力，倘若采用先进的虚拟样机技术，则为解决这一问题提供了有效途径。 a d a m s 胁是当前汽车动力学仿真研究广泛运用的软件。它是前m d i 公司与奥迪a u d i 、 宝马b m w 、雷诺r e s u l t 和沃尔沃v o l v o 等公司合作开发的轿车专用分析软件包，集 成了他们在汽车设计、开发方面的专家经验，在a d a m s c a r 中融合了轮胎模块、解算 器模块和后处理模块。它允许汽车工程师建造汽车各个子系统的虚拟原型，并如同试验 真实样机一样对其进行计算机仿真分析，输出表示操作稳定性、制动性、乘坐舒适性和 安全性的性能参数垆6 j 。 借助a d a m s 肋快速构建整车虚拟样机，样机包括发动机、悬架、车身、传动系、 转向系、制动系等。同时，通过动画直观地观察整车动力性响应，设定各种试验工况( 如 路况、驾驶员经验) ，结合设定的输出变量( 操纵稳定性、制动性、舒适性和安全性的 特征参数) ，对汽车性能进行设计修改或者研究。通过虚拟实验减少对物理样机的依赖， 充分发出的坪q 鲁爿瞄毫度m f d d 影响因素的仿真及研究 同时仿真实验的时间短和成本低，其优势明显可见。 a d a m s c a r 模块的整车制动仿真中可以通过e v e n tb u i l d e r 设置仿真直线制动、转 弯制动或是蛇形制动，直线制动仿真时，输入制动开始时间、初始速度、路面条件和档 位等参数即可获得制动仿真结果，仿真结果可以查看数据文件，或者在后处理窗口 ( p o s t p r o c e s s i n gw i n d o w ) 查看数据曲线，仿真可以得到制动过程中的制动力矩、制动 距离、车速、轮速、制动减速度、制动管路压力等制动性能参数以及整车和其他部件参 数的变化曲线，还可以对整个制动过程进行演示。 a d , m s c a r 可以在计算机上实现汽车这样多自由度系统的复杂运动学运算，通过 建模找出各个影响因素的相互关系及其在运动中的变化情况，有利于及时且方便地修改 设计缺陷，也便于各种汽车试验研究。 2 3 2 制动性能影响因素的软件实现 1 制动踏板力 a d , e 心4 s c a r 中，可以通过自定义驱动参数文件( d r i v ec o n t r o ld a t af i l e s ) 来定义 制动的初速度、制动的档位、制动力大小、制动协调时间。其中制动踏板力大小可借用 软件自带参数b r a k ea u t h o r i t y 在d r i v ec o n t r o ld a t af i l e s 中定义，在t e m p l a t eb u i l d e r 模 块中与其对应的参数用b r a k ed e m a n d 来表示。 2 助力装置的助力比 a d a m s c a r 的t e m p l a t eb u i l d e r 模块中，可以进行制动系各种参数的定义，将真空 助力比作为参数设定在制动器制动力矩的力学模型中，或者设定在制动管路压强函数 中，与制动踏板力、前后制动管路压强比例分配比等参数一起构建力学模型。 3 制动主缸的压力 制动主缸的压力通过制动器制动力矩方程中的制动软管压强( b r a k el i n ep r e s s u r e ) 来定义，可以依据已知的经验公式或通过试验分析得出的制动主缸产生的制动压力对应 于制