【正文】 前后制動(dòng)管路油壓分配系數(shù) 原車(chē)直線制動(dòng)仿真 仿真標(biāo)準(zhǔn) 本文直線制動(dòng)性能仿真分析的進(jìn)行步驟參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ GB12676— 1999） ，此標(biāo)準(zhǔn)適合于轎車(chē)、客車(chē)及貨車(chē) [11]。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 22 仿真條件 在附著系數(shù)為 ，對(duì)整車(chē)進(jìn)行直線制動(dòng)仿真試驗(yàn)。 仿真方法 仿真時(shí)間為 6 s，汽車(chē)以 80 km/h初速度運(yùn)動(dòng) 1 s后開(kāi)始制動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度為 100%，制動(dòng)器起作用時(shí)間為 s。 分析仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配嚴(yán)重不合理，有必要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以減小制動(dòng)距離，滿(mǎn) 足法規(guī)要求 。 圖 45 直線制動(dòng)仿真 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 23 圖 46 仿真結(jié)果 在附著系數(shù)為 的路面上進(jìn)行制動(dòng)仿真試驗(yàn)。以 80km/h 初速行駛 1 s 后開(kāi)始制動(dòng)，強(qiáng)度為 100%，制動(dòng)器起作用時(shí)間為 s，仿真時(shí)間為 6 s。制動(dòng)距離 m。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 24 5 制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化目標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù) 汽車(chē)制動(dòng)距離越短，則制動(dòng)效能越高，故將制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)定為制動(dòng)距離最短。決定汽車(chē)制動(dòng)距離的主要因素是：制動(dòng)器起作用的時(shí)間、制動(dòng)減速度以及起始車(chē)速。由于整車(chē)制動(dòng)器型式不變，仿真初始制動(dòng)車(chē)速設(shè)定后， 只需考慮影響最大制動(dòng)減速度的汽車(chē)參數(shù)。制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小直接影響制動(dòng)減速度的大小。 由公式（ 1）可知，制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小與制動(dòng)軟管油液的壓強(qiáng)有關(guān)。而制動(dòng)軟管油液壓強(qiáng) P 又與前后制動(dòng)管路壓強(qiáng)分配系數(shù) β 密切相關(guān)， β 增加，前制動(dòng)器制動(dòng)力矩增加，后制動(dòng)器制動(dòng)力矩減小，因此，將 β 作為優(yōu)化參數(shù)之一。該車(chē)為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，前輪要求的制動(dòng)器制動(dòng)力較大，將 β 變化范圍定在 ～ 之間。 由式（ 1）又知，增大摩擦系數(shù)、制動(dòng)輪缸活塞面積和制動(dòng)盤(pán)的有效制動(dòng)半徑，會(huì)使制動(dòng)器制動(dòng)力矩增大。摩擦系數(shù)主要取決于摩擦材料種 類(lèi)，根據(jù)零件的供應(yīng)情況，有三種摩擦系數(shù)的制動(dòng)塊可供選擇，摩擦系數(shù)分別為 、 、 ，因此將前、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù)作為優(yōu)化參數(shù)。另外，將前、后制動(dòng)輪缸活塞面積也作為優(yōu)化參數(shù)，前輪缸活塞面積變化范圍為 2200～ 2600 mm2（缸徑為 φ 53～ φ 56mm） , 后輪缸活塞面積變化范圍為 1800～ 2021mm2（缸徑為 φ 48～ φ 50mm）。由于制動(dòng)盤(pán)的有效制動(dòng)半徑大小受輪輞尺寸的限制，前制動(dòng)盤(pán)尺寸的設(shè)計(jì)還必需考慮其與轉(zhuǎn)向節(jié)的相對(duì)位置，制動(dòng)盤(pán)有效制動(dòng)半徑可變動(dòng)范圍很小，故不作為優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。 另外，制動(dòng)減速度受地面附著力的限制。地面附著力取決于輪胎與路面間的垂直載荷和附著系數(shù)，這兩方面又會(huì)受很多因素的影響，其中一些因素在汽車(chē)的實(shí)際行駛過(guò)程中又是隨機(jī)的。如整車(chē)重量和質(zhì)心位置影響著前后車(chē)輪的垂直載荷與其轉(zhuǎn)移量的大小，但整車(chē)的質(zhì)量、質(zhì)心的位置和軸距在汽車(chē)總布置設(shè)計(jì)完成后不能輕易變動(dòng)，因此這些參數(shù)不作為優(yōu)化參數(shù) [12]。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 25 圖 51 制動(dòng)系統(tǒng) 優(yōu)化 參數(shù) 優(yōu)化方法與結(jié)果 Adams/Insight模塊是 MSC公司的試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件，利用該模塊用戶(hù)可以進(jìn)行單目標(biāo)或多目標(biāo)優(yōu)化，自變量可以 是連續(xù)的，也可以是離散的。在 Insight中，將前后制動(dòng)管路油壓分配系數(shù) β 、前制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、前輪缸活塞面積、后輪缸活塞面積作為制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)因素，以制動(dòng)距離最短為響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 為了在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)尋求最優(yōu)解，本文用響應(yīng)面法，用交互模式來(lái)擬合設(shè)計(jì)因素與響應(yīng)之間的關(guān)系。響應(yīng)面方法 (Response surface methodology， RSM)是用一個(gè)超曲面來(lái)近似地替代實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)輸入與輸出的關(guān)系，即通過(guò)近似構(gòu)造一個(gè)具有明確表達(dá)形式的多項(xiàng)式來(lái)表達(dá)隱式功能函數(shù)。它能在多因素起作用的 設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，快速找出主要因素及各因素間的交互作用關(guān)系，擬合出因素與響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)模型方程，并且找到最優(yōu)化條件，對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。擬合結(jié)果的可靠性用確定性系數(shù) R2來(lái)檢驗(yàn)， R2介于 0～ 1之間，越大越好，通常好的擬合應(yīng)該大于 。 創(chuàng)建設(shè)計(jì)矩陣 ADAMS/Car可以 將 ADAMS/Car實(shí)體里的設(shè)計(jì)因素 導(dǎo)入 到 ADAMS/Insight里。 將制動(dòng)距離 chasss_displacement_longitudinal添加到優(yōu)化目標(biāo)。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 26 待選因素 ： 在創(chuàng)建設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，第一步就是要選擇你需要的 因素 到設(shè)計(jì)矩 陣?yán)?，要從?shù)形圖中的候選對(duì)象里選擇 因素 ，然后在將它們放到被選目錄里，將這些 因素 放在被選目錄里。把候選 因素 放在包含目錄里使他們成為設(shè)計(jì)矩陣的一部分。 把所候選的設(shè)計(jì)因素放在包含目錄里 ： 圖 51 Insight 模塊中影響參數(shù) 更改設(shè)計(jì)因素 當(dāng)把所需要的設(shè)計(jì) 因素 提出來(lái)之后，在 因素 設(shè)置面板中定義相關(guān)的參數(shù)，更改設(shè)計(jì) 因素 ： 1） 在樹(shù)形圖中，在已選目錄里找到 動(dòng)管路壓強(qiáng)分配系數(shù) β 、前輪缸活塞面積、后輪缸活塞面積、前制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù) ,選擇 因素 設(shè)置面板在視口中顯示如下： 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 27 圖 52 更改設(shè)計(jì)因素 2） 對(duì) setting進(jìn)行設(shè)定， 變化范圍為 %5? ?其它的部分都采用默認(rèn)設(shè)置。 3） 選擇 。 4） 對(duì)于 2采用與上面相似的設(shè)置，并輸入適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)稱(chēng) 。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 28 提出 并更改 響應(yīng) 將候選的響應(yīng)提到已選名單里： 對(duì)響應(yīng)的更改是非常少的，只需要填上單位，改變其中一個(gè)參數(shù)就行了。提出響應(yīng)的方法與提出 因素 的方法一 樣 。 響應(yīng)面法是一套數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法，是用一個(gè)超曲面來(lái)近似地替代實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輸入與輸出關(guān)系的方法。其基本思想是數(shù)值仿真分析或試驗(yàn)方法，通過(guò)近似構(gòu)造一個(gè)具體有明確表達(dá)形式的多項(xiàng)式來(lái)表達(dá)系統(tǒng)響應(yīng)和系統(tǒng)隨機(jī)輸入變量之間的關(guān)系。 用來(lái)尋找考慮 了輸入 變量值的變異或不確定性之后的最佳響應(yīng)值。它能在多 因子 起作用的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中 ， 快速 找出主 要因子及各 因子之間的交互 作用關(guān)系 ，擬 合 出 因子與響應(yīng)之 間的數(shù)學(xué) 模型 方程 ， 并目找到最優(yōu)化條件 ， 對(duì)結(jié) 果 進(jìn)行 評(píng)估 。 對(duì)多元二階響應(yīng)面模型一般公式為： ????????? ????? ??? ??? jik ji ijiki iiiki iy 2110 （ 51） 式中， k為因素的個(gè)數(shù)， i、 j為 1～ k之間的 整數(shù)， ijiii ???? ,0 為待定系數(shù)可在仿真試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上利用最小二乘法確定。 ? 占為近似誤差，在滿(mǎn)足工程精度要求的情況下可認(rèn)為 ? ≈ 0。 為了較好的揭示設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)響應(yīng) (評(píng)價(jià)指標(biāo) )之間的定量關(guān)系，并且能夠簡(jiǎn)化后續(xù)的優(yōu)化計(jì)算，這里引入響應(yīng)面法，構(gòu)建設(shè)計(jì)變量與 制動(dòng) 性能評(píng)價(jià)指標(biāo) (即優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中子函數(shù) )之間的二階 響應(yīng)面模型。 1） 在設(shè)計(jì)輔助工具欄中，選擇工具 set design specification ,或者在樹(shù)形圖中，擴(kuò)展 Design/ Define菜單欄，選擇 Experiment Design/Set Design 53所示： 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 29 圖 53 創(chuàng)建工作空間 2） 點(diǎn)擊 Apply。 3） 選擇菜單 Define/Experiment Design/Create Design 。 4） 選擇菜單 Define/Experiment Design/Create Work Space，來(lái)創(chuàng)建工作空間。 運(yùn)行試驗(yàn) 1 ） 在 計(jì)輔 助 工具 欄 里， 選 擇 工具 run simulation ，選 擇 Data 菜單 ，Simulation/Buildrunload/all. 2） 仿真開(kāi)始運(yùn)行時(shí)信息窗口出現(xiàn)，選擇 OK。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 30 察看仿真結(jié)果 ： 在樹(shù)形圖中，選擇 Design/Work Space. ADAMS/Car的仿真結(jié)果顯示如 圖 54所示： 圖 54 Insight模塊計(jì)算結(jié)果 圖 55 制動(dòng)距離波動(dòng)曲線 擬合結(jié)果 ： 當(dāng) ADMAS/Car 完 成了在工作 空間矩陣 里定義的試 驗(yàn)之后，可 以通過(guò)東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 31 ADAMS/Insight用多項(xiàng)式或響應(yīng)曲面來(lái) 擬合 結(jié)果。 擬合 仿真結(jié)果的目的在于建立在工作空間矩陣中的 因素 和響應(yīng)之間的關(guān)系， 擬合 結(jié)果包含多重回歸。 1） 從設(shè)計(jì)輔助工具欄中，選擇工具 Fit results ,也可以通過(guò)選擇 Tools/Fit New Model. 2） 在 Regression欄里，選擇響應(yīng) distance。 3） 在 Display欄里，選擇你想要查看的結(jié)果類(lèi)型。 如 圖 56： 圖 56 計(jì)算結(jié)果可靠度 綠色表示所有的 擬合 結(jié)果都達(dá)到了或超過(guò)了最高的 擬合 要求。 黃色表示 擬合 結(jié)果還有待進(jìn)一步的考察。 紅色表示 擬合 結(jié)果必須要在考察一次。 經(jīng)過(guò) 32次迭代計(jì)算后可得到響應(yīng)與因素之間關(guān)系表達(dá)式，擬合方程的確定性系數(shù)R2為 ，說(shuō)明擬合結(jié)果可靠。將優(yōu)化的結(jié)果用交互式網(wǎng)頁(yè)形式輸出，在此網(wǎng)頁(yè)中修改設(shè)計(jì)因素值，能觀察制動(dòng)距離的變化情況，還可顯示各設(shè)計(jì)因素對(duì)響應(yīng)的影響程度。在優(yōu)化設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，各因素對(duì)制動(dòng)距離影響大小依次為前后制動(dòng)管路壓強(qiáng)分配系數(shù) β 、前輪缸活塞面積、后輪缸活塞面積、前制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、后 制動(dòng)器的摩擦系數(shù) [12]。 優(yōu)化后得到最短制動(dòng)距離所對(duì)應(yīng)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)為：前后制動(dòng)管路壓強(qiáng)分配系數(shù) β=，前輪缸活塞面積 Af=2250 mm??（ φ 53 mm），后輪缸活塞面積 Ar=1850 mm?（ φ48 mm），前制動(dòng)器的摩擦系數(shù) f? =，后制動(dòng)器的摩擦系數(shù) r? =。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 32 參數(shù)優(yōu)化前后制動(dòng)性能對(duì)比分析 在附著系數(shù)為 、后的整車(chē)進(jìn)行制動(dòng)仿真對(duì)比試驗(yàn)。工況為：汽車(chē)以 80km/h初速行駛 1 s后開(kāi)始制動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度為 100%，制動(dòng)器起作用時(shí)間為 s，仿真時(shí)間為 6 s。圖 57為制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化前和優(yōu)化后的縱向位移與時(shí)間關(guān)系曲線。優(yōu)化后的制動(dòng)距離為 m，制動(dòng)時(shí)間為 s。優(yōu)化后的制動(dòng)距離比優(yōu)化前的 m減小了 %，制動(dòng)時(shí)間也減小了 %。 圖 57 制動(dòng)距離曲線 圖 58 前后輪制動(dòng)力矩曲線 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 33 圖 59 前后輪滑移率 曲線 由圖 58 可見(jiàn)開(kāi)始制動(dòng)后，前后車(chē)輪的制動(dòng)力矩在 s 內(nèi)增加到最大。優(yōu)化前的汽車(chē)在制動(dòng)后，前輪的制動(dòng)力矩迅速減小，且出現(xiàn)波動(dòng)，說(shuō)明前輪在制動(dòng)后很快抱死，這時(shí)，制動(dòng)器所提供的制動(dòng)力大于地面制動(dòng)力，車(chē)輪的制動(dòng)力矩等于地面所能提供的制動(dòng)力矩，該力矩與輪胎的垂直負(fù)荷有關(guān)，制動(dòng)過(guò)程中質(zhì)量的轉(zhuǎn)移和懸架的作用，前輪垂直載荷的變化使制動(dòng)力矩出現(xiàn)波動(dòng)。而后輪的制動(dòng)力矩較小。優(yōu)化后的汽車(chē)，前后車(chē)輪的制動(dòng)力矩在迅速增長(zhǎng)之后保持不變，制動(dòng)力矩均大于優(yōu)化前的。由圖 59 可見(jiàn)，優(yōu)化前汽車(chē)前 后 輪很快抱死，滑移率為 100%，顯然，前 后 輪的制動(dòng)器制動(dòng)力矩設(shè)計(jì)過(guò)大 。 而優(yōu)化后，前后輪的滑移率保持在 15%左右，因而制動(dòng)距離最短，制動(dòng)方向穩(wěn)定性良好。 東 北 大 學(xué) 再 教 育 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 34 6 結(jié)論與展望 論文主要研究 重點(diǎn) 及 結(jié)論 （ 1） 分析了 ADAMS 軟件制動(dòng)系統(tǒng)模型的工作原理，獲得相關(guān)的制動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，建立了制動(dòng)系統(tǒng)模型。鑒于汽車(chē)制動(dòng)穩(wěn)定性影響因素的多面性和不可預(yù)知性，而該車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)建模時(shí)左、右車(chē)輪施加的是相同的制動(dòng)力矩，因此本文建立的制動(dòng)系統(tǒng)模型僅用于制動(dòng)效能的仿真研究，而不能用于制動(dòng)穩(wěn)定性方面的分析。另外，該制動(dòng)系統(tǒng)模型不含 ABS 功能，僅考察該 車(chē)在 ABS 系統(tǒng)產(chǎn)生作用之前的制動(dòng)效能。 （ 2） 對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)模型和其他的子系統(tǒng)模型進(jìn)行裝配，建立了能用于制動(dòng)效能仿真研究的整車(chē)模型。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB12676— 1999 對(duì)整車(chē) 直線制動(dòng)性能進(jìn) 行了仿真分析。 （ 3） 基于 ADAMS 軟件對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)， 優(yōu)化后的