汽车制动过程仿真研究

汽车制动过程仿真研究

汽车的动态性能是汽车的重要性能之一。良好的动态性能是汽车安全应用的重要保障。现在，随着高速公路的发展和高速公路速度的提高，为了提高汽车的动态性能，安装了防雨系统的abs，并越来越注意改进汽车的动态性能。与电子abs相比，mabs具有良好的性能大大降低，适合中国汽车工业的发展现状。它是中国低质量汽车和轻量卡车的反运动装置的主流。因此，对汽车动态平衡性能的研究和安装对汽车动态平衡性能的影响具有重要意义。因为汽车在弯道上的制动过程是一种十分复杂而危险的工况,在此过程中所发生的侧滑、激转常常是行车事故的主要原因.而出于安全考虑,弯道制动的道路试验不能进行到出现严重侧滑、激转等失稳现象的极限工况.因此,对弯道制动过程进行仿真研究,不仅能在设计阶段有效地预测汽车的弯道制动性能,而且能细致地研究该过程中汽车的运动和受力情况,以及各重要参量的变化对整车制动性能的影响,为改善弯道制动性能提供理论依据.1mabs的结构原理在汽车制动过程中,若车轮完全抱死,滑移率为100%,不仅纵向制动力大大减小,而且汽车的抗侧滑能力降低,极易发生侧滑和跑偏,失去转向操纵能力.ABS就是通过控制汽车制动系中的制动油压使制动时车轮滑移率尽量保持在合理范围内而起到制动防抱死作用.MABS的结构简图如图1所示.在阀体内部有一由弹性元件制成的储能器.汽车制动时,若车轮即将被抱死,液压管路中的压力急剧增大,迫使阀体内部的储能器迅速膨胀,及时减小油压,使车轮不被抱死;而当管路中的压力减小到一定程度时,该储能器又会自动收缩以增加油压,保持一定的制动力,从而使车轮既不被抱死,又能缩短制动距离.根据笔者研制的MABS实验台实测的压力波动曲线和MABS的结构原理可知,MABS在制动油压较小时不起作用,制动管路中油压按直线上升;当制动油压达到MABS的起振压力时,MABS的储能器开始迅速膨胀,造成制动压力的瞬时波动,形成压力波.此时MABS在此压力波的作用下开始其阻尼受迫振动又引起制动管路压力的波动,同时制动管路的压力仍在随制动总泵的压力上升而上升,形成阻尼衰减曲线与压力上升曲线叠加的制动压力曲线.2mabs与纵向联合附着系数本文采用文献中的整车七自由度模型,考虑了汽车在弯道上行驶的侧倾运动和俯仰对车轮法向载荷的影响,对汽车弯道制动过程进行了仿真.此外,在计算不同滑移状态下的路面附着系数时,考虑到MABS能充分利用轮胎侧向附着系数,从而改善整车制动稳定性,采用了侧向与纵向联合附着系数双抛物线模型.以某轻型载货车为例,在保证整车其他参数都相同的条件下,按照纵向最大附着系数为0.7、滑动附着系数为0.5的路面条件,初始车速为10米/秒、弯道半径为50米的初始条件,分别对安装MABS和不装MABS的两种情况进行仿真计算,计算结果如图2-图5所示.2.1mabs在车辆制动工况由图2(a)可以看出,在不安装MABS时,制动油压曲线可看作两段直线.即在开始的0.4秒左右,随制动踏板力的增加,制动油压沿直线上升,当油压达到管路压力的最大值后油压稳定在最大值点并一直保持到制动过程结束.由于保压段占整个制动过程的大部分时间,因此,车轮大部分时间处于抱死状态,这可以从图2(c)中看出.此时,纵向和侧向地面附着系数都处于较低值,没有被充分利用.特别是侧向附着系数接近零(如图2(g)),故此时汽车不但完全丧失转向能力,而且几乎不能抵抗侧滑,出现弯道制动最危险的工况,只要有很小的侧向力存在,汽车将产生严重的侧滑.图2(b)为安装MABS时汽车的制动油压随时间的变化曲线.由图可见,在油压未达到最大值时就开始波动,只是在制动后期制动油压才平衡在最大值附近.由于油压的周期性振动相当于点刹车工况,因此较好的改善了汽车的附着条件,滑移率在较长一段时间内被保持在0.15-0.3范围内(如图2(d)).此外,从图2(f)和图2(h)可知在制动初始段,侧向和纵向附着系数都在极值附近波动,从而较好的利用了地面辐着条件,提高了整车的制动性能和侧向制动稳定性.2.2制动距离的影响图3为在其他条件相同的条件下,安装MABS和不装MABS时的制动距离曲线.从图中可以看出,安装MABS的汽车的制动距离要比无MABS的汽车的制动距离略短.这主要是因为MABS在较长时间内可以控制滑移率维持在0.15-0.3的范围内,从而最大限度地利用了地面附着条件,获得了较短的制动距离.2.3抗侧滑能力和抗侧滑能力从图4可以看出,不装ABS时汽车产生很大的车身自转角.这主要是因为弯道制动时垂直载荷的转移使得左右车轮的制动力不同,产生转动力矩.当不装MABS时,在制动过程的大部分时间内,车轮都处于抱死状态,侧向附着系数很小,故不能产生足够的反向阻力矩,所以产生较大的车身转角.安装MABS时具有较小的自转角,这是因为MABS的四个车轮的制动油压基本相同、制动力矩相差不大,侧向附着系数也较大,从而使制动过程中由于垂直载荷的转移引起的左右车轮制动力不同而又引起的车身转动力矩小,故安装MABS的车身转角远小于不安装ABS的车身自转角,具有较强的抗侧滑能力.2.4论圆弧轨迹重合由图5可以看出,安装MABS汽车的制动稳定性较好,汽车的行驶轨迹基本与理论圆弧轨迹重合;不安装MABS时制动稳定性较差.安装MABS可以改善汽车行驶的方向稳定性,这主要是因为安装MABS后使车轮