【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輪角速度； r－車輪滾動(dòng)半徑； Tb－制動(dòng)力矩； Tg－輪胎和地面間的制動(dòng)力矩； μ－附著系數(shù)； N－車輪對(duì)地面法向反力 根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng)方程 （ ） ， （ ） ， （ ） 建立 Simulink 仿真模型，輸入位置動(dòng)力和縱向附著系數(shù)，輸出為車輛速度、車輪轉(zhuǎn)速及制動(dòng)距離，仿真模型如圖 所示。 V Tb Fx N M 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 10 圖 單輪車輛 Simulink 模型 簡(jiǎn)化的四輪車輛模型 忽略車輛側(cè)傾的影響，將簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量合為車輛整體質(zhì)量，忽略輪胎的滾動(dòng)阻力和車輛風(fēng)阻，考慮車輛縱向、橫向、繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和四個(gè)車輪繞其旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，為研究方便，假定制動(dòng)過(guò)程中前輪轉(zhuǎn)向角為零，前后車輪幾何中心在同一軸線上，橫擺過(guò)程中兩輪 上的附著系數(shù)不變，令車輛坐標(biāo)系原點(diǎn)與汽車質(zhì)心重合 [9]，可建立一個(gè) 7 自由度的四輪車輛模型 。 由 公式（ ） 可得在制動(dòng)過(guò)程中的整車動(dòng)力學(xué)方程為 ： ()()( ) / 2 ( ) ( )x y r x f y f y r l y r ry x r y f l y f r y r l y r rz r x f x r l x f x r r y f y f y r l y r rM v v F l F r F FM v v F F F FI F l F F r F c F l F r a F F b???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? () 11122122fl bfl dF x f lfr bf r dF x f rr l br l dR x r lr r br r dR x r rI T r FI T r FI T r FI T r F????? ? ?? ? ?? ? ??? 式 中 ,Vx－汽車縱向速度； Vy－汽車橫向速度； 第一個(gè)下標(biāo) f－汽車前輪； 第一個(gè)下標(biāo) r－汽車后輪； 第二個(gè)下標(biāo) f－汽車左輪； 第 二個(gè)下標(biāo) r－汽車右輪； rdF－汽車前輪滾動(dòng)半徑； rdR－汽車后輪滾動(dòng)半徑； Tbxx－車輪上的制動(dòng)力； M－整車質(zhì)量； a－質(zhì)心到前軸的距離； b－質(zhì)心到后軸的距離； Iz－整車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Ixx－車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 11 作為 整車模型，還應(yīng)考慮汽車在縱向加速度和橫向加速度下引起的載荷轉(zhuǎn)移 考慮到這些因素，作用在各個(gè)車輪上的垂直載荷 如公式（ ）。 1234[ ( ) / 2 ] / 2[ ( ) / 2 ] / 2[ ( ) / 2 ] / 2[ ( ) / 2 ] / 2x g yg x g yx g yx g yN M bg v h L v h cN M b v h L v h cN M ag v h L v h cN M ag v h L v h c? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? () 式中， g— 重力加速度 ； hg— 汽車質(zhì)心高度 ； L— 前后軸距離 ； c— 車輛輪距 制動(dòng)系統(tǒng)液壓元件模型 制動(dòng)液壓系統(tǒng)主要由制動(dòng)主缸、輪缸，電磁閥組成， 制動(dòng)防抱死液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是改善制動(dòng)效能縮短制動(dòng)距離；充分利用橫向附著系數(shù)，防止側(cè)滑改善汽車制動(dòng)時(shí)的方向操縱性能；減小輪胎的局部磨損；減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高乘客的乘坐舒適性和安全性。由于 ABS 是一種快速反應(yīng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性起著至關(guān)重要的作用 。 雷諾數(shù) 雷諾數(shù)是個(gè)無(wú)量綱 比值，它代表慣性力與粘性力之比，但雷諾數(shù)較小支配流動(dòng)的主要因素是粘性力。雷諾數(shù)其定義如下： e avR ??? () ? —液體密度 (Kg/m3)； v —液體的平均流速 (m/s)； a —不同流動(dòng)狀態(tài)下的特征尺寸； ?—液體絕對(duì)粘度 (Pa) 閥口流量 液體流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)，通過(guò)閥體的體積流量： 1 2 1 222Red p p p pQ C A A??????? () Q —通過(guò)閥體的體積流量 (m3)； dC —層流時(shí)閥口流量系數(shù)； A —閥口截面積 (m2)； ? —液體密度 (Kg/m3)； 12pp? —閥口兩端壓力差； ? —層流系數(shù)； eR —雷諾數(shù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 12 絕對(duì)粘度與液體密度的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度，其定義為： v ??? () v —流體的運(yùn)動(dòng)粘度 (m2/s)； ? —流體的絕對(duì)粘度； ? —流體的密度 (Kg/m3) 制動(dòng)主缸中 模型 ( ) /p d sp d pP D P k x A?? () pPD—制動(dòng)主缸中壓力； ksp—制動(dòng)主缸中回位彈簧剛度 真空助力器模型 真空助力器閥口中 的氣體流 動(dòng)可以看作是氣體在噴嘴中的流動(dòng)，假定氣體為理想氣體，在真空助力器閥口中的氣流速度遠(yuǎn)大于氣體與外界進(jìn)行熱交換的速度，氣體流過(guò)時(shí)的能量損失遠(yuǎn)小于它具有的總能量，可以忽略。因此，真空助力器閥口中的氣體流動(dòng)可視為等熵流動(dòng)。真空助力器閥口中的氣流為亞聲流速狀態(tài)。這時(shí)以聲速傳播的外界壓力擾動(dòng)波能達(dá)到和傳出口界面去影響口內(nèi)的流動(dòng)。此時(shí)通過(guò)閥口的氣體流量為： 2100 0 02( 1 )kkkek P PQ A PR T k P P?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? () Q —流過(guò)閥口截面積的 流量 (m3/h)； eA—閥口流通截面的有效面積 (mm2)； 0P —閥口上游絕對(duì)壓力 (Pa)； 0T —絕對(duì)溫度 (K)； 制動(dòng) 輪缸模型 2 1 2Vpi iitd d ??? () i—分別代表四個(gè)車輪的制 動(dòng) 輪缸 ； Q2i+1—流入電磁閥的流量 ； Q2i—流出電磁閥的流量 蓄 能器 模型 p xRTPMV? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 13 xvET MC? 0 0 0/oxM P p V R T?? () M —?dú)怏w質(zhì)量； 0pP —初始?xì)怏w壓力； 0xV —初始?xì)怏w體積； xV —?dú)怏w體積； R —?dú)怏w常量； oM —初始?xì)怏w質(zhì)量 回油泵模型 2vq beDn v??? () b—葉片寬度； e—轉(zhuǎn)子和定子間的偏心量； D—定子內(nèi)徑 制動(dòng)開(kāi)始時(shí)（不考慮油液的可壓縮性），由流量連續(xù)方程可求得活塞的運(yùn)動(dòng)速度為： p QV A?? () A? —油缸作用面積 設(shè)制動(dòng)器的間隙為 S0，則 消除間隙所需時(shí)間為 td。即制動(dòng)器響應(yīng)滯后時(shí)間。 00d SASt VQ???? () 進(jìn)入制動(dòng)輪缸的油液會(huì)呈現(xiàn)三種狀態(tài)：增壓，保壓，減壓 ： DPetVdQ d?? () VD—油缸及管路容積 e? —油液的體積彈性模量 在增壓過(guò)程，制動(dòng)缸體積變化情況： ()2PstedDd K P PdK C AV? ???? () ：在減壓過(guò)程，由制動(dòng)缸排除的油液為： 2 ( P )RRd PQ C A ???? () 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 14 PR— 回油壓力 。 油缸壓力下降變化率為： P2RRRdDdP KPdteK C AV??? ? ?? () ： 0dPdt? () 將三種狀態(tài)按統(tǒng)一的公式描述，并進(jìn)行線性化處理，有 0 ,1dP kdt ???? 增壓 0 ,1dP kdt ??? ? ? 減壓 () 0 ,0dP kdt ???? 保壓 k0—閥的顯性化系數(shù) 由油壓的變化所引起的車輪上制動(dòng)力矩的變化為： b bdT kdt ?? () kb—是與制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和線性化系數(shù) k0 有關(guān)的常數(shù) 本章小結(jié) 本章主要 建立了 單輪車輛模型和簡(jiǎn)化的四輪車輛模型， 并進(jìn)行了受力分析， 求解出車輛運(yùn)動(dòng)方程、車輪運(yùn)動(dòng)方程、車輪縱向摩擦力方程。 并且建立了 ABS 液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 包括制動(dòng)主缸、輪缸、蓄能器、回油泵等液壓系統(tǒng)元件 模型 ， 汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的建模比較真實(shí)全面地反映了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行元件特性，所建立的微分方程組，通過(guò)求解，可以應(yīng)用于實(shí)際參數(shù)下的 ABS 模擬系 統(tǒng)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 15 第 3 章 基于 AMESIM 的 ABS 液壓 系統(tǒng)建模 AMESIM 簡(jiǎn)介 AMESIM 軟件功能簡(jiǎn)介 AMESim（ Advanced Modeling and Simulation Environment for Systems Engineering）是世界著名的工程系統(tǒng)高級(jí)建模與仿真平臺(tái)，它提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)工程設(shè)計(jì)的完整平臺(tái)，使得用戶可以在單一的平臺(tái)上建立復(fù)雜的一維多學(xué)科領(lǐng)域的機(jī)電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入的分析 [12]。工程師在一個(gè)基于 工程應(yīng)用的 AMESim 友好環(huán)境下可研究任何元件或者系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。 AMESim 的圖形化用戶界面使得用戶可以在完整的應(yīng)用模型庫(kù)中選擇需要的模塊來(lái)構(gòu)建復(fù)雜 各種 系統(tǒng)的模型。建模仿真過(guò)程 一般 分為四個(gè)步驟：構(gòu)建方案的模型；選擇模型復(fù)雜程度；設(shè)定模型的參數(shù)；仿真計(jì)算分析。而且 簡(jiǎn)便易用的操作使得用戶可以迅速有效地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。大量的用戶群使得 AMESim 已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的車輛，發(fā)動(dòng)機(jī)，越野設(shè)備，航天航空，船舶，軌道交通，冶金設(shè)備，海洋工程以及重型設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的多學(xué)科專業(yè)，包括控制、流體、機(jī)械、熱分析、電 、磁以及能源等復(fù)雜工程系統(tǒng)建模與仿真的首選平臺(tái) [11]。工程設(shè)計(jì)師完全可以應(yīng)用集成的一整套 AMESim 應(yīng)用模型庫(kù)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)流體元件，所有的這些來(lái)自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的 [13]。 AMESim 使得工程師迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo) ,分析和優(yōu)化工程師的設(shè)計(jì)，從而幫助用戶降低開(kāi)發(fā)的成本和縮短開(kāi)發(fā)的周期。 AMESIM 液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)包含了機(jī)液系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元模塊，它被看作是液壓元件建模的工程語(yǔ)言，可以對(duì)噴油器、液壓錘、柱塞泵、葉片泵、半主動(dòng)緩沖器以及其他類型的液壓閥建模。由于是 基于結(jié)構(gòu)單元建模，因此可以非常直接和直觀地理解模型層次。 AMESIM 液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)通過(guò)細(xì)分結(jié)構(gòu)單元來(lái)處理液壓元件的多樣 性，使工程師可以用最少的圖標(biāo)和單元模塊來(lái)構(gòu)建最多的工程系統(tǒng)模型， 齊全的分析工具、多種仿真運(yùn)行模式以及開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，使得 AMESim在汽車液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及車輛熱分析等方面都有很好的應(yīng)用，并在法國(guó)雷諾、雪鐵龍汽車的設(shè)計(jì)過(guò)程中有過(guò)實(shí)際應(yīng)用，是目前國(guó)際上流行的汽車設(shè)計(jì)及仿真方面的理想工具。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 16 ABS 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ABS 液壓系統(tǒng)主要由主缸、輪缸，控制閥組成。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器 串聯(lián)在制動(dòng)主缸和輪缸之間，通過(guò)電磁閥直接或間接地控制輪缸的制動(dòng)壓力，此系統(tǒng)屬于循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器，電磁閥的開(kāi)關(guān)根據(jù)傳感器測(cè)得的輪速信號(hào)與車速信號(hào)， ECU 經(jīng)過(guò)處理得出控制信號(hào) ， 控制相應(yīng)的電磁閥， 通過(guò)改變電磁閥 的 開(kāi)啟或關(guān)閉，來(lái)調(diào)節(jié) 各制動(dòng)輪缸實(shí)施制動(dòng)壓力。具體的 ABS 液壓系統(tǒng)工作過(guò)程分析 ： 常規(guī)制動(dòng)過(guò)程： 電磁閥不通電，增壓閥常開(kāi)，減壓閥常閉。主缸和輪缸管路相通， 制動(dòng)主缸可隨時(shí)控制