【文章內(nèi)容簡介】 β的汽車的實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡稱β線。圖中β線與 I曲線交于 B點(diǎn) ，可求出 B點(diǎn)處的附著系數(shù) ? =? 0,則稱β線與 I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)? 0為同步附著系數(shù)。它是汽車制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是： ? 0=ghLL 2?? （ 214） 對于前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽 車，只有在附著系數(shù) ? 等于同步附著系數(shù) ? 0的路面上，前、后車輪制動(dòng)器才會同時(shí)抱死。當(dāng)汽車在不同 ? 值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下情況： (1)當(dāng) ? ? 0，β線位于 I曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。 8 (2)當(dāng) ? ? 0，β線位于 I曲線上方，制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。 (3)當(dāng) ? =? 0，制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。 為了防止汽車的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動(dòng)過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時(shí)的制動(dòng)減速度，為該車可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車在同步附著系數(shù) ? 0的路面上制動(dòng) (前、后車輪同時(shí)抱死 )時(shí)，其制動(dòng)減速度為 du/dt=qg=? 0g，即 q=? 0， q為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù) ? 的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度 q? ，這表明只有在 ? =? 0的路面上，地面的附著條件才得到充分利 用。附著條件的利用情況可用附著系數(shù)利用率ε (或附著力利用率 )來表達(dá)，ε可定義為： ε?? qGFB ?? （ 215） 式中 FB—— 汽車總的地面制動(dòng)力 , G—— 汽車所受重力； q —— 制動(dòng)強(qiáng)度。 當(dāng) ? =? 0時(shí)， q=? 0，ε =1,利用率最高。 直至 20世紀(jì) 50年代，當(dāng)時(shí)道路條件還不很好，汽車行駛速度也不很高，后輪抱死側(cè)滑的后果也不顯得像前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力那樣嚴(yán)重，因此往往將 ? 0值定得較低，即處于常遇附著系數(shù)范圍的中間偏低區(qū)段。但當(dāng)今道路條件大為改善，汽車行駛速度也大為提高，因而汽車因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死引起的后果十分嚴(yán)重。由于車速高，它不僅會引起側(cè)滑甩尾甚至?xí){(diào)頭而喪失操縱穩(wěn)定性。后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的。因此各類轎車和一般載貨汽車的 ? 0值有增大的趨勢 。 如何選擇同步附著系數(shù) ? 0，是采用恒定前后制動(dòng)力分配比的汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問題。在汽車總重和質(zhì)心位置已定的條件下， ? 0的數(shù)值就決定了前后制動(dòng)力的分配比。 ? 0的選擇與很多因數(shù)有關(guān)。首先，所選的 ? 0應(yīng)使得在常用路面上，附著系數(shù)利用率較高。具體而言，若主要是在較好的路面上行駛，則選的 ? 0值可偏高些，反之可偏低些。從緊急制動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)， ? 0值宜取高些。汽車若常帶掛車行駛或常在山區(qū)行駛， ? 0值宜取低些。此外， ? 0的選擇還與汽車的操縱性、穩(wěn)定性的具體要求有關(guān)，與汽車的載荷情況也有關(guān)?？傊?， ? 0的選擇是一個(gè)綜合性的問題，上述各因 9 數(shù)對 ? 0的要求往往是相互矛盾的。因此，不可能選 一盡善盡美的 ? 0值，只有根據(jù)具體條件的不同，而有不同的側(cè)重點(diǎn)。 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù) ? 0′和 ? 0應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車： ～；輕型客車、輕型貨車： ～ ；大型客車及中重型貨車： ～ 。 現(xiàn)代汽車多裝有比例閥或感載比例閥等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度、載荷等因素來改變前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值，使之接近于理想制動(dòng)力分配曲線。 為 保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會 (ECE)的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定，在各種載荷情況下，轎車在 ≤ q≤ ，其他汽車在 ≤ q≤ 范圍內(nèi)，前輪均應(yīng)能先抱死；在車輪尚未抱死的情況下，在 ≤ ? ≤ ，必須滿足 q≥ +(? )。 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，以保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。 最大制動(dòng)力 是在汽 車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車輪的法向力 Z1,Z2成正比。由式 (9)可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前、后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為 ggff hL hLZZFF01022121 ?????? （ 216） 式中 L1 ， L2 —— 汽車質(zhì)心離前、后軸距離 。 ? 0—— 同步附著系數(shù)； hg—— 汽車質(zhì)心高度。 通常，上式的比值：轎車約為 ～ ； 貨車約為 ～ 。 制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即 ?1fT ef rF1 （ 217） ?2fT ef rF2 （ 218） 式中 1fF —— 前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力， 1fF =Z1? 2fF —— 后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力， 2fF =Z2? Z1—— 作用于前軸車輪上的地面法向反力； 10 Z2—— 作用于后軸車輪上的地面法向反力； re—— 車輪有效半徑。 對于常遇到的道路條件較差、車速較低因而選取了 較小的同步附著系數(shù) ? 0值的汽車，為了保證在 ? ? 0的良好的路面上（例如 ? =）能夠制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移（此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度 ? =q），前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為 ? ? egef rhLLGrZT ??? ??? 21m a x1 （ 219） m ax1m ax2 1 ff TT ???? （ 220） 對于選取 較大 ? 0值的各類汽車，則應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動(dòng)力矩。當(dāng) ? 時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度 q ? ，故所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為 ? ?egf rhLLGT ???? 1m a x2 （ 221） m ax2m ax1 1 ff TT ???? （ 222） 式中 ? —— 該車所能遇到的最大附著系數(shù)； q—— 制動(dòng)強(qiáng)度，由式 (22)確定； re—— 車輪有效半徑。 一個(gè)車輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為按上列公式計(jì)算結(jié)果的半值 [13]。 11 3 ADAMS 軟件簡介 本章對基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的商業(yè)軟件 ADAMS 進(jìn)行扼要介紹，并分類介紹ADAMS 軟件的主要模塊，包括基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊和工具箱。通過本章的學(xué)習(xí)，可以對 ADAMS 軟件的主要模塊有個(gè)概要性的了解，便于以后對各模塊具體內(nèi)容的學(xué)習(xí)掌握 [6]。 ADAMS 軟件概述 ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析 (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國 MDI 公司 (Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前， ADAMS 己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù) 1999 年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計(jì)資料， ADAMS 軟件銷售總額近八千萬美元、占據(jù)了 51%的份額。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。 ADAMS 軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。 ADAMS 一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺。 ADAMS 軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本： UNIX 版和Windows NT/2021 版。本書將以 Windows 2021 版的 ADAMS 為藍(lán)本進(jìn)行介紹。 ADAMS 軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱 5 類模塊組成，如表 所示。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。 12 表 ADAMAS 軟件模塊 基本模塊 用戶界面模塊 ADAMS／ View 求解器模塊 ADAMS／ Solver 后處理模塊 ADAMS／ PostProcessor 擴(kuò)展模塊 液壓系統(tǒng)模塊 ADAMS/Hydraulics 振動(dòng)分析模塊 ADAMS/Vibration 線性化分析模塊 ADAMS/Linear 高速動(dòng)畫模塊 ADAMS/Animation 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊 ADAMS/Insight 耐久性分析模塊 ADAMS/Durability 數(shù)字化裝配回放模塊 ADAMS/DMU Replay 接口模塊 柔性分析模塊 ADAMS/Flex 控制模塊 ADAMS/Controls 圖形接口模塊 ADAMS/Exchange CATIA專業(yè)接口模塊 CAT/ADAMS Pro/E接口模塊 Mechanical/Pro 專業(yè)領(lǐng)域模塊 轎車模塊 ADAMS/Car 懸架設(shè)計(jì)軟件包 Suspension Design 概念化懸架模塊 CSM 駕駛員模塊 ADAMS/Driver 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊 ADAMS/Driveline 輪胎模塊 ADAMS/Tire 柔性環(huán)輪胎模塊 FTire Module 柔性體生成器模塊 ADAMS/FBG 經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型 EDM 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模塊 ADAMS/Engine 配氣機(jī)構(gòu)模塊 ADAMS/Engine Valvetrain 正時(shí)鏈模塊 ADAMS/Engine Chain 附件驅(qū)動(dòng)模塊 Accessory Drive Module 鐵路車輛模塊 ADAMS/Rail FORD汽車公司專用汽車模塊 ADAMS/Pre 工具箱 軟件開發(fā)工具 包 ADAMS/SDK 虛擬試驗(yàn)工具箱 Virtual Test Lab 虛擬試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析工具箱 Virtual Experiment Modal Analysis 鋼板彈簧工具箱 Leafspring Toolkit 飛機(jī)起落架工具箱 ADAMS/Landing Gear 履帶 /輪胎式車輛工具箱 Tracked/Wheeled Vehicle 齒輪傳動(dòng)工具箱 ADAMS/Gear Tool 13 ADAMS 軟件基本模塊 用戶界面模塊 (ADAMS/View) ADAMS/View 是 ADAMS 系列產(chǎn)品的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作與交互式圖形建模、仿真計(jì)算、動(dòng)畫顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、 X－ Y 曲線圖處理、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。 ADAMS/View 采用簡單的分層方式完成建模工作。采用 Parasolid 內(nèi)核進(jìn)行實(shí)體建模，并提供了豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力 /力矩庫，并且支持布爾運(yùn)算、支持 FORTRAN/77 和 FORTRAN/90 中的函數(shù)。除此之外，還提供了豐富的位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、 樣條函數(shù)、力 /力矩函數(shù)、合力 /力矩函數(shù)、數(shù)據(jù)元函數(shù)、若干用戶子程序函數(shù)以及常量和變量等。 自 版后， ADAMS/View 采用用戶熟悉的 Motif 界面 (UNIX 系統(tǒng) )和 Windows界面 (NT 系統(tǒng) )，從而大大提高了快速建模能力。在 ADAMS/View 中，用戶利用 TABLE EDITOR，可像用 EXCEL 一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了 PLOT BROWSER和 FUNCTION BUILDER 工具包。 DS(設(shè)計(jì)研究 )、 DOE(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) )及 OPTIMIZE(優(yōu)化 )功能可使用戶方便地進(jìn)行優(yōu)化工作。 ADAMS/View 有自己的高級編程語言，支持命令行輸 入 命令和 C++語言，有豐富的宏命令以及快捷方便的圖標(biāo)、菜單和對話框創(chuàng)建和修改工具包，而且具有在線幫助功能。 ADAMS/View 模塊界面如圖 3 1 所示。 圖 3 1 ADAMS/View模塊 14 ADAMS/View 新版采用了改進(jìn)的動(dòng)畫 /曲線圖窗口，能夠在同一窗口內(nèi)可以同步顯示模型的動(dòng)畫和曲線圖；具有豐富的二維碰撞副，用戶可以對具有摩擦的二維點(diǎn)－曲線、圓－曲線、平面－曲線，以及曲線－曲線、實(shí)體－實(shí)體等碰撞副自動(dòng)定義接觸力