（光学工程专业论文）基于虚拟样机技术的汽车制动系感载比例阀分析研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 括为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 签名：日期：鲨尘三! ! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部内容，可以采用复印、缩印或其他复制手段保存论文。 研究生签名：铱导师签名： 日期： ) 夕tf 厂 ， 摘要 汽车制动系统性能的优劣直接关系到人类的生命安全，因此，人们总是在对 制动系统性能的研究、开发上不遗余力。随着汽车行驶车速的不断提高，对汽车 制动性能的要求也越来越高。使用虚拟样机技术可以在汽车设计开发阶段预测其 性能，优化其设计，达到缩短产品开发周期、降低开发成本的目的。 本文着重阐述了直接影响汽车制动时方向稳定性和附着条件利用程度的制 动力分配比例的问题。 汽车空载和满载时，车轮的重力比例是会发生变化的。这样，就要求前、后 车轮的制动器制动力比例也要相应发生调整。如果没有感载比例阀，那么前、后 车轮制动器制动力的比例是不会因为载重量的变化而变化的，也就是说，汽车出 厂时前、后车轮制动器制动力比例是多少就多少了。因此，这样的汽车很难同时 满足空载和满载两种情况汽车制动力都达到最好工作状态的要求。这样，感载比 例阀就应运而生，它的作用就是为了更好地分配前、后车轮制动力，使制动力效 果始终在最好的工作点，目前很多载重汽车上都安装感载比例阀来控制前、后车 轮制动力的分配。 气压动力制动是最常见的动力制动系统，多用于中重型汽车。针对目前市场 需求，很多轻型货车亦采用了气压动力制动系统。本文结合某货车对汽车制动系 统的结构原理作了相关介绍，讲解了气压制动系统的各装置的工作原理，再从理 论上分析汽车制动的基本原理，着重对汽车前、后制动器制动力分配比例的关系 进行了理论阐述，并建立了其数学模型，利用i a t l a b s i m u l i n k 软件对其进行仿 真分析，得出汽车设计时，前、后制动器制动力分配应该满足的要求。 调节货车前、后制动器制动力分配主要依靠感载比例阀，本文讲解了感载比 例阀的工作原理，在此基础上建立了感载比例阀的数学模型，运用a m e s i m 软件 对其进行仿真分析，得出了感载比例阀的工作特性能够很好的满足前、后制动器 制动力分配比例的要求的结论。 本论文的研究对货车制动系统合理设计前、后制动器制动力分配比例的关系 具有较高的理论指导意义和实用价值。 关键词：制动系统制动力分配感载比例阀 a b s t r a c t a u t o m o b i l eb r a k i n gs y s t e mp e r f o r m a n c eq u a l i t yd i r e c t l yr e l a t e dt o h u m a nl i f es a f e t y ，t h e r e f o r e ，p e o p l ea r ea l w a y si nt h ep e r f o r m a n c eo f b r a k e s y s t e mr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o n s p a r en o e f f o r t w it ht h e i n c r e a s eo fr u n n i n gs p e e do ft h ev e h i c l e ，t h er e q u i r e m e n t st ot h eb r a k e p e r f o r m a n c ea r eg e t t i n gm o r ea n dm o r es t r i c t u s eo fv i r t u a lp r o t o t y p e t e c h n o l o g yi nc a rd e s i g nd e v e l o p m e n ts t a g ec a np r e d i c tt h ep e r f o r m a n c e ， o p t i m i z et h ed e s i g nt os h o r t e nt h ed e v e l o p m e n tc y c l e ，r e d u c ed e v e l o p m e n t c o s t sp u r p o s e i nt h i sp a p e r ，b r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o ni se x p o u n d e d ，w h i c he f f e c t s d i r e c t l yd i r e c t i o n a ls t a b i l i t y a n dt h eu s eo fe x t e n to fc o n d i t i o n s a t t a c h e di nb r a k i n g w h e nt h ec a ru n l o a d e da n df u l l l o a d ，t h ew h e e l so fg r a v i t yp r o p o r t i o n i sw i l lc h a n g e s o ，i tr e q u i r e st h a tf r o n ta x l ea n dr e a ra x l ef r i c t i o n a l b r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no fr e l a t i o n s h i pa l s oh a p p e n e dt o t h ec o r r e s p o n d i n ga d j u s t m e n t i fn os a b s ，f r o n ta x l ea n dr e a ra x l e f r i c t i o n a lb r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no fr e l a t i o n s h i pw i l ln o t c h a n g eb e c a u s eo fl o a d ，t h a tm e a n sf r o n ta x l ea n dr e a ra x l e f r i c t i o n a l b r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no fr e l a t i o n s h i pi sf i x e dw h e nc a r s a r ep r o d u c e d t h e r e f o r e ，t h i sc a ri sv e r yd i f f i c u l tt om e e t i n gb o t h u n l o a d e da n df u ll - l o a dt w oc a s e st h a tt h ef o r c eo ft h eb r a k eo ft h ec a r g e tt ot h eb e s tw o r kc o n d i t i o n s o ，s a b sw a sb o r n ，i t sr o l ei st oa j u s t f r o n ta x l ea n dr e a ra x l ef r i c t i o n a lb r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o n o fr e l a t i o n s h i p ，m a d et h ee f f e c to fp o w e ri nt h eb e s tj o bb i t s oal o t o fc a ri n s t a l l e ds a b s t h eb a r o m e t r i cb r a k es y s t e mi st h em o s tf a m i l i a rp o w e rs e r v ob r a k e s y s t e m i ti sc o m m o n l yu s e di nt h em e d i u m - d u t yt r u c ka n dh e a v yt r u c k t o m e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h em a r k e t ，m o r ea n dm o r e1i g h tt r u c k se q u i pt h e b a r o m e t r i cb r a k es y s t e m t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h es t r u c t u r a lp r i n c i p l e o fa u t o m o b ii eb r a k i n gs y s t e mb a s e do nat r u c k ，e x p l a i n e dt h ew o r k i n g p r i n c i p l eo ft h ed e v i c eo fa i rb r a k i n gs y s t e m ，t h e na n a l y z e dt h eb a s i c i i p r i n c i p l eo fa u t ob r a k et h e o r e t i c a l l y ，f o c u s i n go n t h et h e o r e t i c a l e l a b o r a t i o nt h a tf r o n ta x l ea n dr e a ra x l ef r i c t i o n a lb r a k i n g p o w e r d i s t r i b u t i o n p r o p o r t i o n o f r e l a t i o n s h i p ， a n de s t a b l i s h e dt h e m a t h e m a ti c a lm o d e l ，u s i n gt h em a t l a b s i m u li n ks o f t w a r ec a r r i e so nt h e s i m u l a t i o na n a l y s i s ，g e tt h er e q u i r e m e n t so ff r o n ta x l ea n dr e a ra x l e f r i c t i o n a lb r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no fr e l a t i o n s h i pw h e n d e s i g n i n g a d j u s tt r u c k f r o n ta x l ea n dr e a ra x l ef r i c t i o n a lb r a k i n gp o w e r d i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no fr e l a t i o n s h i pm a i n l yr e l yo ns a b s ，t h i sp a p e r e x p l a i n e dt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fs a b s ，a n de s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a l m o d e lo fs a b s ，u s i n gt h ea m e s i ms o f t w a r ec a r r i e so nt h es i m u l a t i o n a n a l y s i s ，o b t a i n e dt h ew o r k i n gc h a r a c t e r i s t i co fs a b sc a nb eg o o dm e e t f r o n ta x l ea n dr e a ra x l ef r i c t i o n a lb r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o n o fr e q u i r e m e n t sc o n c l u s i o n t h i st h e s i ss t u d yc o n t r i b u t et od e s i g nr e a s o n a b l yt r u c kb r a k es y s t e m f r o n ta x l ea n dr e a ra x l ef r i c t i o n a lb r a k i n gp o w e rd i s t r i b u t i o np r o p o r t i o n o fr e l a t i o n s h i p ，h a sh i g ht h e o r e t i c a lg u i d a n c em e a n i n ga n dp r a c t i c a l v a 】u e k e y w o r d s ：b r a k i n gs y s t e m ，b r a k i n gf o r c ed i s t r i b u t i o n ，s a b s i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 本论文研究的目的、意义2 第二章虚拟样机技术4 2 1 虚拟样机技术简介4 2 2 虚拟样机技术的功能要求4 2 3m a t l a b s i m u l i n k 介绍5 2 4a m e s i m 软件简介7 2 4 1a m e s i m 软件特点8 2 4 2a m e s i m 各应用模型库简介9 第三章汽车制动系统结构原理1 2 3 1 汽车制动系统1 2 3 1 1 制动系统分类1 2 3 1 2 制动系统组成1 2 3 2 对汽车制动系统的要求2 0 3 3 本章小结2 1 第四章基于s i m u l i n k 前、后制动器制动力分配建模2 2 4 1 制动系统原理2 2 4 1 1 地面制动力2 2 4 1 2 制动器制动力2 3 4 1 3 地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系2 4 4 1 4 制动效能的的评定2 5 4 1 5 汽车制动的方向稳定性2 6 4 2 前、后制动器制动力分配比例关系的数学建模2 7 4 3 前、后制动器制动力分配系数的数学建模3 1 4 4 测量汽车质心位置3 3 4 4 1 测量内容及目的3 3 4 4 2 测量对象3 4 i v 4 4 3 汽车质心位置的测量3 4 4 5 数学模型在本车上的运用求解3 6 4 6 本章小结3 9 第五章基于a m e s i m 的感载比例阀建模与仿真4 0 5 1 感载比例阀数学建模4 0 5 1 1 感载比例阀数学建模的前提条件：4 0 5 1 2 建立感载比例阀的数学模型：4 3 5 2 基于a m e s i m 的感载比例阀建模求解4 5 5 2 i 建立感载比例阀的a m e s i m 模型4 5 5 2 2 进行感载比例阀仿真4 7 5 3 本章小结5 2 第六章结论与展望5 3 6 1 结论5 3 6 2 展望5 4 参考文献5 5 致谢5 7 附录5 8 v 武汉理工大学硕士论文 1 1 引言 第一章绪论 自世界上第一辆汽车被发明出来，汽车工业的发展至今已经有一百多年的历 史了。这一百多年来，人类不断的将先进科技融于汽车工业之中，促使汽车工业 发展迅速。同时，汽车的迅速发展又不断改变着世界的面貌，推动社会快速发展。 随着汽车工业的发展、人类社会的进步，汽车己经和世界融为了一体，逐渐普及 到千家万户，人们在日常生活中已经再也离不开汽车。 汽车的行车安全性一直都是客户和生产厂家最为关注的问题。在所有影响行 车安全的因素中，汽车的制动性能对行车安全起到了决定性的作用。大量造成严 重危害的交通事故都是由于制动系统制动效能低下或者制动时失去方向稳定性 而引起的。因此，为了保障人民的生命、财产安全，必须给予汽车的制动性能足 够的重视。从汽车被发明出来的那一天开始，汽车制动系统就紧紧的与行车安全 联系了起来，汽车就像鱼儿离不开水一样离不开制动系统。在制动的过程中，制 动系统会吸收和转换汽车行驶的动能，汽车制动时的初速度越快，汽车总质量越 大，汽车行驶的动能也越大，汽车制动也将难度越大。制动系统产生的制动力受 到汽车总质量的影响，但是与制动时的初速度关系不大。在汽车不断发展的过程 中，行驶速度在不断提高，总质量也在不断增加，这就意味着汽车制动系统需要 在更短的时间内吸收更多的动能，以尽量缩短汽车制动时的制动距离。特别是第 二次世界大战以后，汽车技术在迅猛发展，道路条件也有着明显改善，这就导致 汽车行驶速度大幅度提高，而且货车的载重量也明显增加，总而言之，影响制动 的两大因素都在向着不利于汽车制动的方向发展，当然，这对于提高社会生产效 率和提高能源的利用率是有好处的，汽车也应该朝着这个方向发展。但是，这就 直接导致交通事故频繁发生，严重危害了人们生命财产安全，交通安全已经引起 了社会的的高度重视。因此，人们对汽车制动系统提出了更高的要求，促使汽车 制动系统不断的发展进步。 前、后车轮制动器制动力分配的比例能够直接影响汽车制动时的方向稳定性 和附着条件利用程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。 如果制动时前轮先抱死开始拖滑或者是仅有前轮抱死，那么汽车沿直线行 驶，失去转向能力，此时的汽车仍处于稳定状态。如果后轮比前轮先抱死，汽车 武汉理工大学硕士论文 容易发生侧滑，并且路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑就越剧烈。 因此要想保证汽车制动时的方向稳定性，最好是汽车制动时的前、后车轮都不抱 死【捌。 汽车制动时，为了使路面附着条件利用程度最高，应该使前、后车轮的地面 制动力等于附着力，即汽车前、后车轮全部抱死，但是这不满足方向稳定性的要 求，而且在车轮全部抱死的过程中必然会存在先后的顺序问题。前轮先抱死而后 轮滚动，则后轮的地面制动力没有得到充分利用，后轮先抱死而前轮滚动，则前 轮的地面制动力没有得到充分利用。因此，在制动的过程中，随着脚踩刹车的力 逐渐加大，前、后车轮应该根据各自的负载按比例增加制动力，使得车轮抱死时 是前、后车轮同时抱死，这样，才能使路面附着条件利用程度最高。 大量的汽车工程师为了保证汽车制动时的方向稳定性和提高附着条件利用 程度，研制出了感载比例阀等制动力调节装置，它们的作用就是为了更好地分配 前、后车轮制动力，使制动力效果始终在最好的工作点，以使实际前、后车轮制 动器制动力分配特性能够尽可能的接近理想特性。 汽车从空载到满载的过程中，前、后车轮的负载比例是会发生变化的。这样， 就要求前、后车轮的制动器制动力比例也要相应发生调整。感载比例阀，简称 s a b s ，其作用在于保证行驶过程中前、后车轮负荷的比例合适并确保在汽车紧 急制动时后轮不抱死。 感载比例阀安装在汽车车架上，通过推杆及弹性臂与车桥相连。空载时，车 桥与阀的距离最大。随着汽车的加载，距离缩小，以适应相应的负载，使得在任 何载荷条件下都能得到一个近似理想的前、后车轮制动力分配。 如果没有感载比例阀，那么前、后车轮制动器制动力的比例是不会因为载重 量的变化而变化的，也就是说，汽车出厂时前、后车轮制动器制动力比例是多少 就多少了。这样的汽车很难同时满足空载和满载两种情况汽车制动力都达到最好 工作状态的要求。因此，载重汽车上多安装感载比例阀来控制前、后车轮制动力 的分配。 1 2 本论文研究的目的、意义 对于货车而言，汽车从空载到满载的各种负载工况条件下，前、后制动力分 配比例的要求是不一样的，这就要求调节装置感载比例阀能够调节实际前、后制 动器制动力分配比例使之与理想的前、后制动器制动力分配比例相一致。 本课题建立前、后制动器制动力分配比例关系的数学模型，运用 m a t l a t 3 ；s i m u l i n k 仿真分析某载货汽车在各种负载工况下的理想的前、后制动 器制动力分配曲线。再建立感载比例阀的数学模型，运用a m e s i m 软件对感载 2 武汉理工大学硕士论文 比例阀在各种负载工况下进行仿真分析，得出感载比例阀的静态特性曲线和动态 特性曲线，看其是否与本车的理想的前、后制动器制动力分配比例相一致，以此 来分析本车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度，作为评价本车制动系统性 能的依据。因此本课题不仅具有理论价值，而且具有实际意义。 本论文研究方法与路线如下图1 1 所示： 图1 1 研究方法与路线 3 武汉理工大学硕士论文 第二章虚拟样机技术 2 1 虚拟样机技术简介 随着时代的发展、社会的进步，计算机辅助设计技术已经在各个领域得到了 越来越广泛地发展和应用。现在已经逐渐从简单的二维辅助作图，发展为以三维 实体建模、动力学模拟仿真和有限元分析为主的虚拟样机技术。 虚拟样机技术是指在制造实体产品之前，设计师利用计算机辅助技术建立实 体样机的数字模型，该数字模型应该能够比较准确地描述实体产品的几何特征、 运动学和动力学等物理特性，并且能够结合实体产品的实际工作条件，对其进行 动力学仿真分析和有限元分析，分析的结果能以图表的方式直观显现，从而作为 理论依据指导实体产品的设计与优化。 利用虚拟样机技术可以在产品设计、开发阶段预测产品的性能，优化产品的 设计，达到缩短产品开发周期、降低开发成本的目的。 2 2 虚拟样机技术的功能要求 现在的工业体系十分繁杂，很多工业领域都有自己对机械系统设计的独特要 求，有很多的虚拟样机分析软件仅仅只专注于某一个领域或某一行业，也有很多 的虚拟样机分析软件能覆盖多个领域或行业。每个虚拟样机分析软件都有自己的 优点与不足，如果能够在建立数字模型或者对数字模型进行动力学仿真分析或有 限元分析的时候，可以融合、联合其它虚拟样机技术，充分发挥不同软件的优点， 那么就可以提高仿真的真实性和准确度，还能提高建模仿真分析的效率。 因此，一个优秀的虚拟样机分析软件除了能够进行运动学和动力学仿真分析 以外，还应该具备以下功能i ： 1 能够建立机械系统仿真所需要用到的几何模型，或者能够显示机械系统仿 真分析的结果。 2 能够利用机械系统运动学和动力学仿真分析的结果，确定对机械系统进行 有限元分析所需要用到的外力和边界条件，或者能够利用机械系统有限元分析的 结论对零部件应力、应变和强度作更深层次的分析。 4 武汉理工大学硕士论文 3 彳艮多特殊作用力像风力、液压动力等不能直接给出，这就要求虚拟样机软 件能有开放式的编程环境进行编程来模拟各种特殊作用力，以使机械系统的仿真 更加准确、真实。 4 能够利用实验获取的数据对零部件进行建模，即将实验数据处理成虚拟样 机软件可识别的信号输入机械系统，使之直接成为机械系统数字模型的一部分。 5 虚拟样机分析软件应该能够运用相关的控制理论，对机械系统进行运动仿 真分析，也可以直接调用其它专用的控制系统分析软件，对机械系统和控制系统 进行联合仿真分析。 6 虚拟样机分析软件能够对机械系统进行优化设计和分析，通过优化分析， 确定机械系统的最优结构和参数，将机械系统的综合性能提高到最佳状态。 本论文在进行研究分析时需要使用m 棚a b s i m u l i n k 和a m e s i m 两种软 件。 2 3m a t l a b sim uiin k 介绍 m a t l a b 2 5 l 是由m a t r i x 和l a b o r a t o r y 两词的前三个字母组合而成的，即矩 阵实验室意思，是一个功能强大的数学工具软件。十九世纪八十年代，当时美国 新墨西哥大学计算机科学系的c l e v em o l e r 教授觉得当时最为先进的e i s p a c k 和l i n p a c k 软件包用于求解线性代数问题仍然过于麻烦，为了简化编程过程， 他专门设计了一组调用e i s p a c k 和l i n p a c k 库程序的接口，就是现在m a t l a b 的萌芽阶段。 1 9 8 4 年美国m a t h w o r k s 公司成立，推出了m a t l a b l 0 版本。这时的 m a t i a b 内部采用c 语言编写，除了原来的数值计算能力以外，还集成了数据 视图功能。后来m a t l a b4 x 版在原来数值计算和图形可视能力的基础上又推 出了s i m u l i n k ，开发了能与外部直接进行数据交换的组件，建立了m a t l a b 进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路，并且推出了符号计算工具包。2 0 0 0 年9 月m a t l a b6 问世，这个是现在比较广泛使用的m a t l a b 版本。2 0 0 4 年6 月m a t l a b 7 0 诞生，之后相继出现了m a t l a b7 1 ，m a t l a b7 2 等直到现在 的m a t l a b7 5 。 m a t l a b 自问世至今，从未放弃开拓进取、努力创新，其不断追求卓越的 品质已经得到了世界的认可，是目前全球公认的最优秀的仿真分析软件之一。 m a t i a b 最重要的功能就是数值计算，它把大量的专用函数以工作模块的方式 集成起来，使设计师在进行控制系统分析和设计的时候，能够直接调用，有效避 免重复繁琐的编程和计算，达到更快、更好、更准确的目的。m a t l a b 是以矩 阵作为数据的基本单位的，其指令表达式的形式与数学及系统工程中常用的形式 5 武汉理工大学硕士论文 保持高度一致，因此，相对来说使用m a t l a b 软件来处理数学运算要比使用其 它一些枯燥、繁琐的编程语言要简单方便得多。 在使用m a t l a b 的过程中，还可以在m a t l a b 中直接定义类，并且可以 使用标准面向对象的设计模式，重复利用、封装、继承和引用代码。 s i m u l i n k 其实是m a t i a b 的一个软件包，用来对动态系统进行建模、仿真 和分析，是一个结合了框图界面和交互仿真能力的系统级设计和仿真工具， s i m u l i n k 支持连续、离散或者两者混合的线性与非线性系统。s i m u l i n k 以 m a t l a b 的核心数学、图形和语言模块为基础，可以使使用者在不需要传递数 据、重新编写代码或者更改软件工作环境的情况下，非常轻松的完成算法开发、 建立数学模型和分析。 同时，使用s i m u l i n k 创建的模型具有十分清晰的层级结构，使用者可以采 取由上至下或者由下至上的结构方式创建模型。这样，使用者可以很容易解读模 型的结构和各个模块之间的逻辑关系。在s i m u l i n k 建模的实际应用中，有时会 需要用到一些已有的普通模块无法建立的模型，使用者就可以按照实际需求，自 己编写程序模块，然后调用使用。 在s i m u l i n k 提供的图形用户界面g u i 上，只需要使用鼠标进行简单的拖拽 操作就可以构造很复杂的仿真模型。s i m u l i n k 中的工具包很多，包括通信、控制、 信号处理、d s p 和电力系统等，并且内容专业性非常强，有很多专用工具包。 需要特别指出的是：m a t l a b 还允许使用者可以根据自己的实际需求修改 主文件包与各种工具包里的文件，使用者也可以通过对源程序的修改或者加入自 己编写的程序来创建新的专用工具包。 综上所述，m a t l a b s i m u l i n k 的主要特点可以总结为以下几点： 1 拥有友好的工作平台和编程环境。 2 使用的程序语言简单易掌握。 3 具有优秀的计算机运算能力和科学的数据处理功能。 4 具有完备的图形处理功能。 5 集成了应用广泛的模块集合工具箱。 6 武汉理工大学硕士论文 琴刻s i m u l i n k ；_ 剿c o m o x o yu s e db l o c k s ；劐c o n t i n u o u s ；封d i s c o n t i n u i t i e s 剿d i s c r e t e e 圈c o m 舭y u s e db l o c h i 割l o g i c 弧db i to p e r a t i o n s 捌l o o k u pt a b l e s ，劐m a t ho p e r a t i o n s l ：剿m o d e ly e r i f i c a t i o n i；划m o d e l y i d eu t i l i t i e s ； 劐p o r t s 盎s u b s y s t e m s b ，刳s i 乒a 1a t t r i b u t e s 一 ；- 劐s i 弘a lr o u t i n g 划s i n k s ii 劐s o 盯c e s ： l捌u s e r - d e f i n e df u n c t io n s ；确、剿a d d i t i o n a lm a t h 鱼d i s c r e t e 毫劐k e r o s p a c eb l o c k s e t 密捌c o 肭u n i c a t io n sb l o c k s e t ；剽c o n t r o ls y s t e mt o o l b o x 魏d a t aa c q u i s i t i o nt o o l b o x 渤酬f u z z yl o g i ct o o l b o x 瘦翻g a u g e sb l o c k s e t ! 瑙i m a g ea c q u i s it io nt o o l b o x 图2 1s i m u l i n k 专用工具包 2 4a m e sim 软件简介 l o c i ca n dd i t o p e r a t i o n s l o o k u pt a b l e s m a t ho p e r a t io n 工 p o r t s s u b s y s t e m s s i 弘毫lk t t r i b u t e s 对流体压力系统进行仿真首要任务就是建立数学模型，然后才可能进行计算 机仿真研究，然而建模是一件相当繁琐的工作。模型建立的准确程度能直接影响 到仿真的结果，不恰当的模型得出结论往往会不准确。由于模型建立之后，没有 固定的标准来评价其优劣，以至无法判断所建模型是否得当，这样可能会造成较 大的损失。基于建模过程的复杂性以及给仿真研究带来的不便，近几年来国外尤 其是欧洲陆续研制出一些非常实用的流体压力、机械仿真软件，并获得了成功的 应用，a m e s i m ( a d v a n c e dm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tf o rs y s t e m s e n g i n e e r i n g ) 就是其中杰出的代表。 法国i m a g i n e 公司在1 9 9 5 年开始发布a m e s i m 软件，这是一款专注于机 械系统和流体力学的建模、仿真分析的优秀软件，是目前世界上最著名的关于工 程系统建模与仿真分析的平台之一。a m e s i m 软件为使用者提供了一个较为完整 的系统级工程设计平台，基本上很多复杂的一维多学科领域的机电液一体化系统 模型，都能利用该软件创建，并在该模型的基础上进行仿真分析。在a m e s i m 7 囤圈囤囤囡园圈日园圆 国l翘il毪1通il蕊ii猗；l，产；鞫 凝 武汉理工大学硕士论文 软件的友好环境下，工程师几乎可以研究任何单个零部件元件或者整体系统的稳 态和动态特性。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、机电系统和冷却系统中 的应用。a m e s i m 应用模型库中的各个模型虽然来自于不同的物理领域，但是它 们都经过了严格的实验测试进行验证，工程师完全有能力使用a m e s i m 软件环 境下的一整套应用模型库来完成一个完整系统或者一个单个零部件元件的建模 与仿真分析。 a m e s i m 软件的开发基于基本元素的概念，将全部模型中组成工程系统的最 小单位提取出来，使工程师可以在建模仿真的过程中直接描述所有系统和元部 件，却无需编写枯燥、繁琐的程序代码。a m e s i m 的成功运用，使得工程师从繁 琐的数学建模中被释放出来，从而有精力专门从事物理系统本身的设计。 a m e s i m 的图形化用户界面操作简单，使用方便，使得工程师可以在完备的 应用模型库中选取相应的建模模块来建立复杂、繁琐的模型，迅速实现建模与仿 真分析的目的，从而帮助工程师降低开发的成本和缩短开发的周期，极大的提高 产品设计开发的效率。 现在，a m e s i m 已经在全球范围内拥有了大批量的用户群，涉及各个工业领 域里面的多种专业，包括汽车、航天航空、轨道交通、船舶、冶金设备等等，是 控制、流体、机械、热分析、电、磁以及能源等各种工程系统建模与仿真分析的 首选平台。 目前，a m e s i m 正处于快速发展的黄金时期，a m e s i m 软件现在在中国已 经得到了广泛的应用。 2 4 1a m e sim 软件特点 a m e s i m 软件是一个用于系统工程设计的仿真平台，其建模仿真过程主要可 以分为四步：构建方案的模型；选择模型复杂程度；设置模型的参数；进行仿真 分析。现将a m e s i m 软件所具有的优点总结如下： 1 拥有跨学科跨领域的建模仿真平台； 2 功能强大的智能求解器； 3 采用了基本元素的理念； 4 采用图形化物理建模方式； 5 胄皂够进行二次开发； 6 采用多层级的建模方式； 7 内嵌设计分析功能强大的模块，可以帮助使用者在a m e s i m 中直接进行试 验分析、优化分析和质量分析； 8 支持多通道接口。 8 武汉理工大学硕士论文 2 4 2a m e s i m 各应用模型库简介 a m e s i m 的各种应用模型库功能强大，本文对感载比例阀模型进行简化处 理，这里仅对感载比例阀建模需要用到的机械库、信号控制库、气动库做简单介 绍。 上捕。办q ，e e d d $ 马凸凸凸 g a v i t y i c o n h c e c o n _ 话a r v n 膏砖a ；w f r o i - e _ x v 懈- e ：r v o n 怠叁禽釜量 h 置2 s 们h d 2 s i 州i n e a m 2 = g n lf o f c e s e m o fw o c i 【j 髓一幽p l 鲫一a c c e i e | a t i o l 萱垂蘑垂鸯硒葚蔷 m a _ f r i c i i l m a s s _ f f i c t i lm a s s - f t i c t i lk a m o pr n a 嚣e n v e lr n a s 鲥_ jk a n o p 2 r 嘲s - i n i n 9 0 1 晷+ 幸窜蕈昏睁 d a c e l 0 2 铂由叼由呷i r u b b e te l a e t i c e n d f ld u d a , c c e lp i | b 咄i s l 嘲 酽筋缆垆溯酽吃舻妒徽铂妒嘞翟 k ：o n n e c t o r 2 l e v e e ll e v e l 2l e v e l 3l e v e l 4 i 吲 、 凸0 曲曲鑫垒垒 图2 2a l m e s i m 机械库模块 9 妒枣一 - 虽篓 暮蓍一暮警一 ；。们筘qp莒 争鹫一 ；一 母，一 生u 州州 东 奄一 璺望 璧 懈 嘣 一攀一百一 匿一答一 虿一 苍一 蕾一 虿一 蚕一 武汉理工大学硕士论文 p 如f i e q 蛳a 1 0 1如n 扪5 v s i m s 茹撤剧 s b n a l s r i l 习。o p 移 d e c t 0 4 成磊落 包。j ，： g e n e m l t r a n l 书a 十 咖h o i 孽船孽垫 f o f 捌 a 9 c i i f o f x y 。s c m o m y z 母母 d m a m i c _ f dc o n t i n o u s d 世， 毋母母 图2 3a m e s i m 信号控制库模块 口o s s a 撑s 盛眇岬娜2眨q 秽 嚣 廿 贬嚣 姒 | | | 鲶 一 蛳母 曼粤 峄回一罾毋 母一母觚母一毋 噙一母一母船一 伞一 c 面葛一 武汉理工大学硕士论文 出 婢紫 b b e , 3 图2 4a m e s i m 气动库模块 在感载比例阀建模过程中，最为关键的是气动模块的选择。a m e s i m 软件的 气动元件模型库由普通气动元件模型库、气动阀模型库、气动元件设计模型库和 热气动元件模型库四种气动元件库组成，其中每种元件库都有自己独特的元件模 块，能够使使用者在建立复杂的模型时，比较方便的调用各元件模块来完成实际 工程系统的建模。 a m e s i m 软件中的普通气动元件模型库包括比较常用的气动元件，但是这些 元件模型比较少而且相对来说比较简单，一般情况下并不能够充分实现实际工程 系统建模仿真的要求，这就要求用户根据实际需求自己建立部分模型，并且还要 和其他模型库的元件结合使用。气动阀模型库里有很多标准气动控制元件， 其中比较常用的有流量控制阀与方向控制阀。气动元件设计模型库里有很多标准 的气动技术模块，并且能够结合普通气体元件模型库使用。热气动元件模型库里 仅有热转换器等模块，能在建模的时候考虑热交换的影响，使模型更加接近现实。 蔫嘣鹰一震礞洲礞 武汉理工大学硕士论文 第三章汽车制动系统结构原理 如前文所述，汽车制动系统在不断的发展，本文也将结合某货车制动系统的 感载比例阀来控制前、后制动力的分配的情况作系统分析。现在，对汽车制动系 统结构原理作简单介绍。 3 1 汽车制动系统 3 1 1 制动系统分类 按照制动系统的制动能源分类，制动系统分为人力制动系统、伺服制动系统、 动力制动系统【2 1 。 人力制动系统是指以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统。 伺服制动系统是指兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统。 动力制动系统是指完全依靠发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势 能进行制动的制动系统。动力制动系统是以汽车发动机为唯一制动初始能源的， 汽车发动机驱动空气压缩机运转，从而提供能量用以进行制动。但是就制动系统 范围而言，可以认为制动能源是空气压缩机。需要特别指出的是，在动力制动系 统中，驾驶员的肌体仅作为控制能源，而不是制动能源。本文所研究的某载货汽 车属于动力制动系统。 按照制动能量的传输方式，制动系统又可以分为机械式、液压式、气压式和 电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系统，可以称为组合式制动系统。 本文所研究的某载货汽车属于同时采用机械式和气压式传能方式的组合式制动 系统。 3 1 2 制动系统组成 汽车的制动系统是由制动驱动机构和制动器组成的。 制动驱动机构包括供能装置、控制装置、传动装置，比较完善的汽车制动系 统还应具有制动力调节装置及报警装置、压力保护装置等附加装置。供能装置供 给、调节制动所需要的能量并改善传能介质状态。产生制动能量的部分称作制动 武汉理工大学硕士论文 能源。控制装置产生制动动作并控制制动效果。传动装置将制动能量传输给制动 器。 制动器是产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，包括辅助制动系统中的 缓速装置。 采用单一的气压或者液压回路的制