【《整车ABS液压制动系统参数设置与仿真分析案例》6000字】

整车ABS液压制动系统参数设置与仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u12192整车ABS液压制动系统参数设置与仿真分析案例 1284171.1模型参数设置 1145161.1.1整车的参数 1279131.1.2制动液的参数 3248121.1.3制动主缸的参数 3171661.1.4制动轮缸的参数 4209801.1.5低压蓄能器参数 5310531.2模型仿真与分析 5274721.2.1输入的踏板力 5288131.2.2常规制动与轻微制动对比分析 6216851.2.3常规制动与紧急制动对比分析 11316331.2.4轻微制动与紧急制动对比分析 15164361.2.5分析总结 191.1模型参数设置1.1.1整车的参数整车的模型参照的是某轿车进行建立的。轿车车身模型参数如表1.1所示。表1.SEQ表\*ARABIC1轿车参数参数数值单位重力常数9.80665m/s2车身重心在X轴方向位置1056mm车身重心在Z轴方向位置375mm车体初速度-X轴15m/s簧载质量（车体+转向齿条）1300kg转向齿条质量2kg车身质量1298kg主轴质量（前桥）18kg车轮质量（前桥）18kg主轴质量（后桥）15kg车轮质量（后桥）14kg簧载质量惯性-滚动250kgm2簧载质量惯性-节距1000kgm2簧载质量惯性-偏航1300kgm2弹簧质量惯性积-Ixy0kgm2弹簧质量惯性积-Ixz-20kgm2弹簧质量惯性积-Ixz0kgm2Z参考悬架（前轴、后轴）75mm轴距2400mm续轴距2400mm车辙、轨道（前桥、后桥）1450mm转向齿条小齿轮半径8mm悬架刚度（前轴、后轴）21000N/m悬架阻尼（前轴）2000N/(m/s)悬架阻尼（后轴）1500N/(m/s)防侧倾刚度（前轴）30000Nm/rad防侧倾刚度（后轴）20000Nm/rad轮胎自由半径0.292m轮胎滚动半径0.29m轮胎垂直刚度200000N/m垂直轮胎凹陷100N/(m/s)前左、右轴：主轴X方向的转动惯量-主轴架0.2kgm2前左、右轴：主轴Y方向的转动惯量-主轴架0.2kgm2前左、右轴：主轴Y方向的转动惯量-主轴0.2kgm2左、右前轴：车轮X方向的转动惯量-车轮架0.5kgm2左、右前轴：车轮Y方向的转动惯量-车轮架1kgm2左、右前轴：车轮Z方向的转动惯量-车轮架0.5kgm2后左、右轴：主轴X方向的转动惯量-主轴架0.2kgm2后左、右轴：主轴Y方向的转动惯量-主轴架0.2kgm2后左、右轴：主轴Y方向的转动惯量-主轴架0.2kgm2左、右后轴：车轮X方向的转动惯量-车轮架0.5kgm2左、右后轴：车轮Y方向的转动惯量-车轮架1kgm21.1.2制动液的参数制动液的具体参数如表1.2所示。表1.SEQ表\*ARABIC2制动液的参数参数数值单位制动液密度1030kg/m3绝对粘度14mP·s体积弹性模量14700bar制动液工作温度25℃溶解空气的饱和压力106bar1.1.3制动主缸的参数制动主缸的具体参数如表1.3所示。表1.SEQ表\*ARABIC3制动主缸参数参数数值单位制动主缸第一缸活塞直径22.2mm制动主缸第一缸活塞杆直径3.25mm制动主缸第一缸活塞质量0.3kg制动主缸第二缸活塞直径22.2mm制动主缸第二缸活塞杆直径3.25mm制动主缸第二缸活塞质量0.2kg制动主缸第二缸弹簧刚度3.8N/m第二缸活塞位移为零时的弹簧力97N制动主缸无间隙弹簧刚度7880N/m阻尼器评级10N/(m/s)制动主缸间隙18mm制动主缸有间隙弹簧的接触刚度1000000N/m制动主缸有间隙弹簧阻尼100000N/(m/s)制动主缸有间隙弹簧全阻尼穿透0.01mm1.1.4制动轮缸的参数本文在选择制动轮缸的参数时分别对汽车的四个车轮的制动轮缸进行设置，选择不同的参数进行仿真，分析制动轮缸在不同参数下的制动力的输出以及对车轮轮速的影响。右前轮与右后轮的制动轮缸参数相同，具体参数如表1.4所示。表1.SEQ表\*ARABIC4右前轮与右后轮制动轮缸参数参数数值单位制动轮缸活塞直径60mm制动轮缸活塞杆直径0mm接触式阻尼弹簧间隙0.2mm接触式阻尼弹簧弹簧刚度40000000N/m线性弹簧弹簧刚度7000000N/m位移为零的弹簧力0N左前轮与左后轮的制动轮缸参数相同，具体参数如下表1.5所示。表1.5左前轮与左后轮制动轮缸参数参数数值单位制动轮缸活塞直径35mm制动轮缸活塞杆直径0mm接触式阻尼弹簧间隙0.25mm接触式阻尼弹簧弹簧刚度15000000N/m线性弹簧弹簧刚度2500000N/m位移为零的弹簧力0N1.1.5低压蓄能器参数低压蓄能器的参数如下表1.6所示。表1.6低压蓄能器参数参数数值单位续活塞直径22mm活塞冲程10mm弹簧刚度5N/mm完全释放时弹簧的负载50N1.2模型仿真与分析1.2.1输入的踏板力本文通过设置三种制动方式来探究ABS控制器再ABS液压系统中的控制过程，三种制动方式分别为：常规制动、轻微制动以及紧急制动三种方式。常规制动与轻微制动时踏板力的输入对比如图1.1所示。常规制动与紧急制动时踏板力的输入对比如图1.2所示。轻微制动与紧急制动时踏板力的输入对比如图1.3所示。图1.1常规制动与轻微制动时踏板力的输入对比图1.2常规制动与紧急制动时踏板力的输入对比图1.3轻微制动与紧急制动时踏板力的输入对比1.2.2常规制动与轻微制动对比分析（1）车速与制动距离分析图1.4所示的是常规制动和轻微制动的车速的曲线。图1.5所示的是常规制动和轻微制动的制动距离的关系曲线。由图1.4可知，轻微制动与常规制动相比，车轮的轮速减小要更慢、制动距离更长；ABS控制器激活的最低车速是2m/s，当车速大于2m/s时，ABS控制器处于工作状态，当车速低于2m/s时，ABS控制器就不在其调节作用；因此，在车速变化图中可以看出，在车速等于2m/s时，出现了明显的拐点，车速大于2m/s是车速的变化一条圆滑的曲线，车速小于2m/s时，车速的变化曲线是一种线性变化的关系。轻微制动与常规制动的最大制动力都是40N，在ABS控制器的调节作用下，制动距离只有微小的变化。图1.4常规制动和轻微制动的车速比较图1.5常规制动和轻微制动的制动距离比较（2）制动减速度分析图1.6所示为常规制动与轻微制动时的减速度。由图1.6可知，在整个制动过程中制动减速度的变化是毫无规律的，这是由于ABS控制器再根据汽车的车速在不断的控制着液压调节器的开度，调整进入制动轮缸的液压油量，使车轮减速的同时又不会使车轮发生抱死的情况，从而使车轮一直处于近似于纯滚动的状态。图1.6常规制动与轻微制动的制动减速度比较（3）制动主缸第一腔室液压油出口容量变化图1.7所示的是常规制动与轻微制动时制动主缸第一腔室液压油出口容量变化关系曲线。由图1.7可知，在0~1s内，轻微制动与常规制动的出油口容量变化率相同，1s以后轻微制动的出油口的容量变化率较缓，同时出油口的出油时间更长，以保证轻微制动时的输出的最大制动力与常规制动时相同。图1.7常规制动与轻微制动的制动主缸第一腔室液压油出口容量变化（4）制动主缸第二腔室出口液压油流速图1.8所示的是常规制动与轻微制动的制动主缸第二腔室出口液压油流速。由图1.8可知，轻微制动与常规制动的曲线走势相同，轻微制动的制动主缸第二腔室出口液压油流速比常规制动慢；在制动开始时，制动液迅速的流入制动轮缸（增压），曲线在一段时间内与X轴重合的部分表示增压阀已经关闭，曲线出现在X下方（出现负值是因为与出油时的方向相反）表示回油泵将蓄能器中的液压油重新泵回制动主缸。图1.8常规制动与制动主缸第二腔室出口液压油流速（5）ABS控制信号与液压调节器增压阀、减压阀控制信号分析图1.9所示的是常规制动与轻微制动的ABS控制信号；图1.10所示的是常规制动与轻微制动的液压调节器增压阀控制信号；图1.11所示的是常规制动与轻微制动的液压调节器减压阀控制信号；由图1.9与图1.10可知，在ABS控制器工作过程中，液压调节器增压阀的信号变化与ABS控制器的信号变化是相同的；由图1.9与图1.11所知，液压调节器减压阀的信号变化趋势与ABS控制器的信号变化趋势相反；这是由于在制动最一开始时，增压阀需要开启使液压油流入制动轮缸中，从而使制动轮缸开始工作使车速开始降低，当车速降低到某一值后，制动轮缸不在需要更多地液压油，则ABS控制器控制增压阀关闭、减压阀开启。图1.9常规制动与轻微制动的ABS控制信号图1.10常规制动与轻微制动的液压调节器增压阀控制信号图1.11常规制动与轻微制动的液压调节器减压阀控制信号1.2.3常规制动与紧急制动对比分析（1）车速与制动距离分析图1.12所示的是常规制动和紧急制动的车速的曲线。图1.13所示的是常规制动和紧急制动的制动距离的关系曲线。由图1.12可知，紧急制动与常规制动相比，车轮的轮速减小要更快、制动距离更短；ABS控制器激活的最低车不变，仍保持2m/s，当车速大于2m/s时，ABS控制器就会进入工作状态，车速的变化一条圆滑的曲线；当车速低于2m/s时，ABS控制器就不在其调节作用，车速的变化曲线是一种线性变化的关系；因此，从车速变化图中可以看出，在车速等于2m/s时，出现了明显的拐点。紧急制动与常规制动的最大制动力都控制在40N，在ABS控制器的调节作用下，制动距离产生了微小的变化。图1.12常规制动和紧急制动的车速图1.13常规制动和紧急制动的制动距离比较（2）制动减速度分析图1.14所示为常规制动与紧急制动时的减速度。从图1.14中可以看出，整个制动过程中制动减速度的变化是没有规律的，但紧急制动和常规制动的制动减速度曲线的走势相同。制动减速度在制动开始时会出现很大的峰值，但在ABS的调节作用下开始减小；不规则的变化规律可以反映出ABS在制动过程中进行着实时调节。图1.14常规制动与紧急制动的制动减速度（3）制动主缸第一腔室液压油出口容量变化图1.15所示的是常规制动与紧急制动时制动主缸第一腔室液压油出口容量变化关系曲线。由图1.15可看出，紧急制动与常规制动的第一腔室液压油出口最大容量相同；二者曲线的走向大体相同，但紧急制动的出油率比常规制动快很多。图1.15常规制动与紧急制动的制动主缸第一腔室液压油出口容量变化（4）制动主缸第二腔室出口液压油流速图1.16所示的是常规制动与紧急制动的制动主缸第二腔室出口液压油流速。根据图1.16可知，紧急制动与常规制动的曲线走势相同，紧急制动的制动主缸第二腔室出口液压油流速比常规制动快；在制动开始时，制动液迅速的流入制动轮缸完成对制动主缸的增压过程，曲线在一段时间内与X轴重合的部分表示增压过程已经完成；曲线出现在X下方（出现负值是因为与出油时的方向相反）表示回油泵将蓄能器中的液压油重新泵回制动主缸。图1.16常规制动与紧急制动主缸第二腔室出口液压油流速（5）ABS控制信号与液压调节器增压阀、减压阀控制信号分析图1.17所示的是常规制动与紧急制动的ABS控制信号；图1.18所示的是常规制动与紧急制动的液压调节器增压阀控制信号；图1.19所示的是常规制动与紧急制动的液压调节器减压阀控制信号；由图1.17与图1.18可知，在ABS控制器工作过程中，液压调节器增压阀的信号变化与ABS控制器的信号变化是相同的；由图1.17与图1.19所知，液压调节器减压阀的信号变化趋势与ABS控制器的信号变化趋势相反；；这是由于在制动最一开始时，增压阀需要开启使液压油流入制动轮缸中，从而使制动轮缸开始工作使车速开始降低，当车速降低到某一值后，制动轮缸不在需要更多地液压油，则ABS控制器控制增压阀关闭、减压阀开启。图1.17常规制动和紧急制动的ABS控制信号图1.18常规制动和紧急制动的液压调节器增压阀控制信号图1.19常规制动和紧急制动的液压调节器减压阀控制信号1.2.4轻微制动与紧急制动对比分析（1）车速与制动距离分析图1.20所示的是轻微制动和紧急制动的车速的曲线。图1.21所示的是轻微制动和紧急制动的制动距离的关系曲线。由图1.20可知，紧急制动与轻微制动相比，车轮的轮速减小要更快、制动距离更短；ABS控制器激活的最低车不变，仍保持2m/s，当车速大于2m/s时，ABS控制器就会进入工作状态，车速的变化一条圆滑的曲线；当车速低于2m/s时，ABS控制器就不在其调节作用，车速的变化曲线是一种线性变化的关系；因此，从车速变化图中可以看出，在车速等于2m/s时，出现了明显的拐点。紧急制动与轻微制动的最大制动力都控制在40N，在ABS控制器的调节作用下，制动距离产生了明显的变化。图1.20轻微制动和紧急制动的车速图1.21轻微制动和紧急制动的制动距离比较（2）制动减速度分析图1.22所示为轻微制动与紧急制动时的减速度。从图1.22中可以看出，整个制动过程中制动减速度的变化是没有规律的，但紧急制动和轻微制动的制动减速度曲线的走势相同。制动减速度在制动开始时会出现很大的峰值，但在ABS的调节作用下开始减小；这是由于ABS控制器再根据汽车的车速在不断的控制着液压调节器的开度，调整进入制动轮缸的液压油量，使车轮减速的同时又不会使车轮发生抱死的情况，从而使车轮一直处于近似于纯滚动的状态。图1.22轻微制动与紧急制动的制动减速度比较（3）制动主缸第一腔室液压油出口容量变化图1.23所示的是轻微制动与紧急制动时制动主缸第一腔室液压油出口容量变化关系曲线。由图1.23可看出，紧急制动与轻微制动的第一腔室液压油出口最大容量相同；二者曲线的走向大体相同，但紧急制动的出油率比轻微制动快很多。图1.23轻微制动与紧急制动的制动主缸第一腔室液压油出口容量变化（4）制动主缸第二腔室出口液压油流速图1.24所示的是轻微制动与紧急制动的制动主缸第二腔室出口液压油流速。根据图1.24可知，紧急制动与轻微制动的曲线走势相同，紧急制动的制动主缸第二腔室出口液压油流速比轻微制动快很多；在制动开始时，制动液迅速的流入制动轮缸完成对制动主缸的增压过程，曲线在一段时间内与X轴重合的部分表示增压过程已经完成；曲线出现在X轴下方（出现负值是因为与出油时的方向相反）表示回油泵将蓄能器中的液压油重新泵回制动主缸。图1.24轻微制动与紧急制动主缸第二腔室出口液压油流速（5）ABS控制信号与液压调节器增压阀、减压阀控制信号分析图1.25所示的是轻微制动与紧急制动的ABS控制信号；图1.26所示的是轻微制动与紧急制动的液压调节器增压阀控制信号；图1.27所示的是常规制动与紧急制动的液压调节器减压阀控制信号；由图1.25与图1.26可知，在ABS控制器工作过程中，液压调节器增压阀的信号变化与ABS控制器的信号变化是相同的；由图1.25与图1.27所知，液压调节器减压阀的信号变化趋势与ABS控制器的信号变化趋势相反；；这是由于在制动最一开始时，增压阀需要开启使液压油流入制动轮缸中，从而使制动轮缸开始工作使车速开始降低，当车速降低到某一值后，制动轮缸不在需要更多地液压油，则ABS控制器控制增压阀关闭、减压阀开启。图1.25轻微制动和紧急制动的ABS控制信号图1.26轻微制动和紧急制动的液压调节器增压阀控制信号图1.27轻微制动和紧急制动的液压调节器减压阀控制信号1.2.5分析总结由于ABS控制器工作的最低车速设置为2m/s，因此，从图1.4常规制动和轻微制动的车速比较曲线