基于amesim的汽车制动系统仿真分析

基于amesim的汽车制动系统仿真分析

0制动板感觉系统模型的研究当驾驶员作出让步时，由物流板块的力量、动态变更板的位移和减速速度组成的动态变更板块的感觉就像进程的感觉。制动踏板感觉是车辆制动性能的评价指标之一,制动踏板感觉与车辆安全性和舒适性相关。良好的制动踏板感觉可以提高驾驶员的操作舒适性和制动信心,因此对制动踏板感觉的研究有重要意义。国内对制动踏板感觉研究还处于起步阶段,各个整车厂主要通过整车试验对制动踏板感觉进行研究,对制动踏板感觉仿真研究还比较少,而国外对制动踏板感觉有深入研究。AndrewJ.Day利用AMESim软件建立了液压制动系统仿真模型,分析了对制动踏板感觉有影响的参数。RenaHechtBasch通过试验验证了制动衬块摩擦材料对制动踏板感觉的影响。本文利用AMESim软件建立液压制动系统仿真模型,分析了踏板力随踏板位移的变化特性和管路油压随踏板位移的变化特性,研究了制动软管膨胀,制动衬块与制动盘间隙对制动踏板感觉的影响,为整车制动系统的研究与设计提供理论依据。1制约系统的amesim模型1.1动板模型简化在制动系统建模过程中,一般忽略制动踏板惯性量的影响。本文将制动踏板模型简化为静力学杠杆模型。制动踏板模型,如图1所示。制动踏板的输入与输出力关系方程为式中:Fout———制动踏板输出力,N;Fin———制动踏板输入力,N;i———制动踏板杠杆比。1.2真空助力器模型真空助力器是由若干诸如活塞、阀门及推杆之类的元件组成,既是一个气体力学系统,同时又是一个机械力学系统。本文以单膜片式真空助力器为例,分析了真空助力器的结构和工作原理后,考虑真空助力器的动态特性—气体动力学特性,工作腔内压力建立过程和真空助力器机械部件的动力学特性,建立真空助力器模型,如图2所示。真空助力器的输出力作用到制动缸活塞推杆上,真空助力的输入输出关系方程为式中:Fp———助力器输出力,N;Fout———制动踏板输出力,N;P0———前后腔气压差,MPa;P———真空腔的真空度,MPa;F1———膜片回位弹簧作用力,N;A1———膜片有效面积,mm2;A2———主缸推杆柄部截面积,mm2;A3———助力室活塞柄部截面积,mm2;1.3制动主缸动态特性的改善主要研究补偿孔式制动主缸,深入研究了制动主缸结构和工作原理,为了更好地反映制动主缸动态特性,考虑了制动主缸活塞和补偿孔位置的影响。图3是补偿孔式串列双腔制动主缸AMESim模型。1.4浮动钳的建立在深入研究浮动钳盘式制动器结构和工作原理基础上,考虑到制动器轮缸动力学特性、制动衬块与制动盘接触力、制动衬块变形和制动钳体变形的影响,利用AMESim软件建立浮动钳盘式制动器。浮动钳盘式制动器AMESim模型如图4。1.5制动管路系统膨胀制动管路一般由制动硬管和制动软管组成,制动硬管管壁为刚性材料,其体积弹性模量比制动液体积弹性模量大很多,可以忽略其弹性的影响。制动软管体积弹性模量与制动液体积弹性模量相差不是很大。在制动过程中制动软管在径向方向上发生膨胀,导致制动系统需液量增加,这对制动踏板感觉有一定的影响。在对制动管路建模过程中忽略了制动液惯量和制动液温度对制动液的影响。AMESim中制动软管模型如图5所示。制动软管发生径向膨胀,制动管路中的制动液已不能反映其原来液体性质,需要求出其等效弹性模量。在此模型中需要设置软管的直径,管壁厚度,材料的弹性模量,通过公式(3)可以计算出等效弹性模量。式中:ds———软管内径,mm;Ki———制动液弹性模量,bar;Es———软管材料的弹性模量,bar;bs———软管壁厚,mm;Ks———等效弹性模量,bar。2振动系统的动态模式和分析2.1制动盘间隙变化从图6中可知,在施加制动过程中踏板力随踏板位移的变化可以分为三个阶段:A—B段踏板力随踏板位移的变化率很小,曲线的斜率几乎为0。这一阶段主要是克服制动系统的空行程,包括主缸空行程和制动衬块与制动盘间隙等,此时感觉踏板行程较长。B—C段真空助力器起作用,踏板力随踏板位移的变化率较大,此时感觉踏板力随踏板行程的增加而增加。C—D段真空助力器作用结束,踏板力随踏板位移的变化率更大,由于此时真空助力器助力达到最大值,真空助力器输出力与制动踏板力线性增加,相当于制动踏板力直接作用到制动主缸推杆上,此时感觉制动踏板很硬,需要很大的踏板力才产生很小的踏板位移。图7是制动踏板位移与管路油压关系曲线,从图中可以看出管路油压随踏板位移的变化分为两个阶段:E—F段主要克服制动系统的空行程,管路油压变化很小;F—G段制动系统建立油压,管路油压随着踏板位移的增加快速增加。2.2制动管路统一压压法在实际制动过程中随着管路油压不断增加,制动软管会发生膨胀,这造成“制动液体积损失”。图8所示为软管不同弹性模量下的制动踏板力与制动踏板位移关系曲线,从图中可知A—B段为制动踏板空行程,管路油压很小,所以制动软管膨胀量较小,3条曲线A—B段几乎没有变化;B—C段3条曲线的踏板力随踏板位移变化率也不是很明显,主要是因为管路油压不是很大,软管的膨胀量不大;但是在C—D段,可以明显看出当制动踏板力为某一定值时,制动踏板位移随着弹性模量的减小而增加。从图9中可以看出E—F段制动系统的油压较低,制动软管的膨胀量很小,此时对踏板位移没有影响;F—G段制动系统建立油压,由于软管的膨胀量不同,可以看出软管弹性模量减小,油压随着踏板位移的变化率减小。通过以上分析可知,在制动初始阶段制动系统中的油压相对较低,制动软管膨胀量较小对制动踏板行程没有影响;但是当制动系统管路油压达到一定值时,制动软管的膨胀量会随着压力的增加而增加,此时制动软管的膨胀量就会对制动踏板感觉产生影响。2.3制动盘间隙对制动板空行程的影响在实际制动过程中当制动系统克服制动衬块与制动盘间隙后才会产生制动力,所以间隙的增加会增加制动踏板位移,对制动踏板感觉产生一定的影响。图10为不同间隙条件下,制动踏板位移与制动踏板力的关系曲线。从图10中可以明显看出由于间隙不同,制动踏板空行程有很大的不同。曲线1中A—B段制动踏板空行程约为19mm;曲线2中A—B段制动踏板空行程约为25mm;而在曲线3中A—B段制动踏板空行程为32mm。但是在三条曲线B—C段、C—D段踏板力随踏板位移的变化率相同,这说明三种情况下在此阶段的制动踏板感觉相同。通过分析可知制动衬块与制动盘间隙大,制动系统的空行程就大,在制动初始阶段时候感觉踏板行程较大,踏板力较小,从而使得制动感觉“偏软”。从图11中可以看出3种不同情况下差异主要体现在制动踏板空行程阶段,在F—G阶段三种情况下管路油压随踏板位移的变化率相同,但是当克服制动间隙后,不同间隙下的制动踏板感觉相同。通过以上分析可以得出,制动衬块与制动盘间隙只对制动踏板空行程有影响,间隙大,制动踏板空行程就大,在初始制动阶段感觉踏板行程大,踏板力小。但是当制动系统克服空行程后,不同间隙下的制动踏板感觉相同。3制动板间隙变化1)利用AMESim建立了整个制动系统模型,分析了在制动过程中制动踏板力随踏板位移变化特性,管路油压随踏板位移的变化特性。2)通过仿真得到的制动踏板位移与踏板力关系曲线,管路油压与踏板位移关系曲线,分析了软管膨胀量和制动衬块与制动盘间隙对制动踏板感觉的影响。通过分析可知管路油压较低时,软管膨胀量较小对制动踏板感觉影响不大。软管弹性模量小,则软管膨胀量大,当管路油压较大时,踏板力随踏板位移变化率小,管路油压随踏板位移变化率小,制动踏板感觉相对“较软”。制动衬块与制动盘间隙的大小,只会影响制