許津，宋年秀，張敬輝，劉鵬，胡韶文

（青島理工大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，山東　青島　266520）

基于ADAMS的某車(chē)型制動(dòng)仿真研究

許津，宋年秀，張敬輝，劉鵬，胡韶文

（青島理工大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，山東青島266520）

根據(jù)SWB6115型公交車(chē)的參數(shù)，通過(guò)ADAMS建立整車(chē)模型進(jìn)行制動(dòng)仿真，得出制動(dòng)縱向速度、制動(dòng)縱向減速度、制動(dòng)力矩的圖樣，對(duì)鼓式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)性能進(jìn)行分析比較，為制動(dòng)器的選擇提供理論支持。

汽車(chē)；鼓式制動(dòng)器；盤(pán)式制動(dòng)器；制動(dòng)性能；公交車(chē)

公交車(chē)的制動(dòng)性能是行車(chē)安全的重要保障，而制動(dòng)器與制動(dòng)性能息息相關(guān)，不同的制動(dòng)器其制動(dòng)性能也不同。該文以SWB6115型公交車(chē)為例，研究鼓式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)性能。

1　SWB6115型公交車(chē)簡(jiǎn)介

圖1為SWB6115型公交車(chē)的實(shí)體圖，其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，結(jié)構(gòu)配置見(jiàn)表2。

圖1　SWB6115型公交車(chē)實(shí)體

表1　SWB6115型公交車(chē)的基本參數(shù)

表2　SWB6115型公交車(chē)的結(jié)構(gòu)配置

2　仿真模型的建立

公交車(chē)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，鑒于將要進(jìn)行的是公交車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)仿真，所以與制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)關(guān)的零部件盡量簡(jiǎn)化，根據(jù)采集的參數(shù)和實(shí)際約束情況建立模型，這樣才能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效分析。

2.1底盤(pán)模型的建立

將公交車(chē)底盤(pán)簡(jiǎn)化為球體（去除輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向系），此時(shí)公交車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量就是用軟件對(duì)球體進(jìn)行仿真分析時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量，這樣更加方便之后的仿真分析。SWB6115型公交車(chē)底盤(pán)模型見(jiàn)圖2。

2.2懸架模型的建立

懸架是一切傳力裝置的總稱，它連接車(chē)架與車(chē)橋或車(chē)架與車(chē)輪。懸架機(jī)構(gòu)主要包括減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和彈性元件等零件，還設(shè)有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿。SWB6115型公交車(chē)前懸架簡(jiǎn)化模型見(jiàn)圖3，后懸架模型見(jiàn)圖4。

圖2　SWB6115型公交車(chē)底盤(pán)模型

圖3　SWB6115型公交車(chē)前懸架模型

圖4　SWB6115型公交車(chē)后懸架模型

2.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的建立

對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也進(jìn)行一定簡(jiǎn)化，除轉(zhuǎn)向節(jié)和主銷(xiāo)外，其他零部件均忽略，而且用工具面板中的圓柱模擬轉(zhuǎn)向節(jié)，把主銷(xiāo)和轉(zhuǎn)向節(jié)看成一個(gè)整體，轉(zhuǎn)向拉桿直接與車(chē)架通過(guò)萬(wàn)向副相連。SWB6115型公交車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型見(jiàn)圖5。

圖5　SWB6115型公交車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型

2.4輪胎和地面模型的建立

根據(jù)SWB6115型公交車(chē)的輪胎特性，選擇與其特性相似的UA輪胎模型，選用SAE坐標(biāo)系，并把UA輪胎與地面接觸的區(qū)域定為原點(diǎn)。

路面模型的建立參數(shù)包括路面模型的構(gòu)成元素、節(jié)點(diǎn)、方向、原點(diǎn)等。

通過(guò)ADAMS，依據(jù)輪胎的側(cè)偏角和外傾角計(jì)算得出輪胎與地面間的回正力矩、側(cè)向力和縱向力。

2.5整車(chē)模型的建立

把已建立好的各子模型裝配在一起即形成整車(chē)模型，子模型主要包括底盤(pán)系統(tǒng)模型、懸架系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、輪胎和地面模型。SWB6115型公交車(chē)直線行駛的整車(chē)模型見(jiàn)圖6。

圖6　SWB6115型公交車(chē)直線行駛整車(chē)模型

3　模型仿真

SWB6115型公交車(chē)在制動(dòng)時(shí)，后輪運(yùn)轉(zhuǎn)所需扭矩比前輪所需扭矩大得多，而盤(pán)式制動(dòng)器提供的扭矩不足以達(dá)到后輪制動(dòng)所需扭矩。因此，仿真時(shí)對(duì)后輪固定裝配一個(gè)鼓式制動(dòng)器并對(duì)前輪裝配兩種不同的制動(dòng)器。在上述兩種情況下分別進(jìn)行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

車(chē)輛直線行駛時(shí)，初始速度設(shè)為60 km/h，制動(dòng)時(shí)間為10 s，制動(dòng)時(shí)公交車(chē)擋位設(shè)定為5，曲線取點(diǎn)設(shè)定為100，路面模型采用ADAMS自帶模型，采取開(kāi)環(huán)控制。

圖7　公交車(chē)直線行駛制動(dòng)仿真時(shí)的制動(dòng)縱向速度曲線

3.1制動(dòng)縱向速度

公交車(chē)直線行駛制動(dòng)時(shí)的縱向速度仿真曲線見(jiàn)圖7。由圖7可知：鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)縱向速度曲線在開(kāi)始時(shí)幾乎沒(méi)有變化，而盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)縱向速度曲線開(kāi)始時(shí)變化很大?？梢?jiàn)，相比鼓式制動(dòng)器，盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)效果更顯著。盡管隨后二者的變化趨勢(shì)相同，但盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)縱向速度曲線變化較緩慢，說(shuō)明在直線行駛制動(dòng)時(shí)盤(pán)式制動(dòng)器的穩(wěn)定性更好。

3.2制動(dòng)縱向減速度

公交車(chē)直線行駛制動(dòng)時(shí)的縱向減速度仿真曲線見(jiàn)圖8。由圖8可知：SWB6115型公交車(chē)裝配盤(pán)式制動(dòng)器時(shí)，在開(kāi)始的1 s內(nèi)制動(dòng)縱向減速度的變化相當(dāng)明顯；而裝配鼓式制動(dòng)器時(shí)，在開(kāi)始的2.5 s內(nèi)基本沒(méi)有變化。說(shuō)明在直線行駛制動(dòng)時(shí)盤(pán)式制動(dòng)器的反應(yīng)時(shí)間短，更適用于公交車(chē)的緊急制動(dòng)。

圖8　公交車(chē)直線行駛制動(dòng)仿真時(shí)的制動(dòng)縱向減速度曲線

3.3制動(dòng)力矩

公交車(chē)直線行駛制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩仿真曲線見(jiàn)圖9。由圖9可知：兩種制動(dòng)器的制動(dòng)力矩曲線的變化趨勢(shì)相同，但盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩曲線變化更加平緩，再一次證明在直線行駛制動(dòng)時(shí)盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)性能比鼓式制動(dòng)器的穩(wěn)定。盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩增加較緩慢，這一特性使公交車(chē)在制動(dòng)時(shí)車(chē)輪速度變化更加一致，能持續(xù)穩(wěn)定地降低車(chē)速。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)SWB6115型公交車(chē)進(jìn)行制動(dòng)仿真，得如下結(jié)論：

（1）相比鼓式制動(dòng)器，盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)穩(wěn)定性更好。

（2）在公交車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩增長(zhǎng)較緩慢，使公交車(chē)制動(dòng)時(shí)車(chē)輪速度變化更加一致，保障了制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠。

（3）盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)效能比鼓式制動(dòng)器更明顯，制動(dòng)效能更好。

圖9　公交車(chē)直線行駛制動(dòng)仿真時(shí)的制動(dòng)力矩曲線

［1］余志生.汽車(chē)?yán)碚摚跰].第三版.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［2］武小林.淺析公交車(chē)制動(dòng)效能的影響因素［J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2005（5）.

［3］陳海波.對(duì)公交車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)性能的分析探討［J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2011（17）.

［4］費(fèi)敬媛.盤(pán)式制動(dòng)器在轎車(chē)后輪上的應(yīng)用［J].汽車(chē)工程師，2012（5）.

［5］方泳龍.公交車(chē)制動(dòng)理論與設(shè)計(jì)［M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

［6］馬玉坤，賈策，栗延龍，等.ADAMS軟件及其在汽車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真分析中的應(yīng)用［J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2004， 23（4）.

［7］Zeid A，Chang D.Simulation of multibodys systems for the computer-aided-design of vehicle dynamic control ［R].SAE Paper，1991.

［8］吳劍增，劉關(guān)學(xué).氣壓盤(pán)式制動(dòng)器的性能因素探討［J].客車(chē)技術(shù)與研究，2013（6）.

［9］吳劍增，張炳榮，王法會(huì).氣壓盤(pán)式制動(dòng)器的技術(shù)特點(diǎn)及在營(yíng)運(yùn)客車(chē)上的應(yīng)用［J].客車(chē)技術(shù)與研究，2007 （3）.

［10］羅文水，谷正氣，海貴春.基于ADAMS的汽車(chē)制動(dòng)性能的仿真研究［J].機(jī)械與電子，2007（4）.

［11］周均，張卓，徐進(jìn)，等.ADAMS在汽車(chē)制動(dòng)分析中的應(yīng)用研究［J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（6）.

［12］張敬輝.大型公交車(chē)的制動(dòng)仿真研究［D].青島：青島理工大學(xué)，2014.

［13］馬明星，仇屹玨.基于MATLAB的車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程仿真研究［J].現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，2004（3）.

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2015-11-24