基于路面狀況的汽車制動性能仿真研究

熊偉

摘要：本文在CA TIA數模的基礎上，應用機械系統分析軟件ADAMS ，在A/ CA R模塊里建立了整車動力學仿真模型，并根據標準要求的實車試驗方法設置了仿真條件，以不同的制動強度進行了直線制動和轉彎制動仿真試驗，對該車的制動性能進行了預測和評價，為該車的制動性能分析提供了參考。

關鍵詞：汽車工程；制動性能仿真；路面狀況

汽車的制動性是汽車的主要性能之一，它直接關系到交通安全，對車輛的操縱控制有重要影響，而制動穩定性實車試驗十分危險，所以對制動穩定性的計算機仿真研究尤其關注，已成為車輛制動穩定性理論研究與樣車性能預測的重要手段。

1 ADAMS軟件在汽車制動性能仿真中的運用

在汽車制動性能仿真中運用ADAMS軟件的主要步驟為：依據汽車制動性能仿真出的問題組織樣本來學習，再依據樣本來構造出ADAMS軟件并對其進行訓練，測試構造出的ADAMS軟件。本節將利用上文的的改進型的ADAMS算法，對汽車狀態檢測后的制動性能仿真問題進行研究和分析。

選擇學習樣本：汽車的制動性能征用五個參數來表征：列車駛過汽車時汽車的橫向振幅、縱向振幅、橫向頻率、縱向頻率和動撓度；并用它們來作為輸入變量；而由于汽車的制動性能原因眾多，本文提出以汽車的綜合質量而非單獨的問題作為判斷標準，質量越高則綜合質量數值越大，軟件的輸出變量用為汽車檢測的綜合質量和預期綜合質量；把數據測量時間作為軟件的輸入變量，以便能實現預測。因此，本文設計構造的ADAMS軟件的有六個輸入變量和兩個輸出變量。通過相關專業領域專家的知識和對汽車制動性能機理的分析獲得汽車系統的制動性能征兆集、制動性能原因集以及兩者之間的關系集。

軟件的構成與訓練：樣本數據具有較大的離散性，從而使得進入軟件的數據同樣具有較大的離散性。針對于本的將S型函數作為傳遞函數，其輸出范圍為0-1，對數據進行歸一化。例如：第i個輸入變量Ai，全部樣本中第i個輸入變量的最小值為Amin和最大值為Amax，Ai歸一后為：

利用MATLAB軟件進行大量的仿真試驗，確定ADAMS中隱含層節點數和取得優良的制動性能仿真結果。學習樣本的節點數、算法和結構參數會影響學習的速度，本文通過設定允許誤差限度，用改進型的ADAMS算來優化參數：

第一，固定軟件的學習效率和所有隱含層中的節點個數，引入動量因子并研究其對算法的影響。結果顯示，學習收斂因引入動量因子而改進，并且在一定范圍內：動量因子越多，學習收斂的速度越快。動量因子為α最優。

第二，固定學習率和動量因子，分析軟件學習與ADAMS的所有隱含層節點數之間的相互作用情況。結果顯示，ADAMS的所有隱含層節點數對學習的收斂性關系密切。對于該制動性能仿真問題ADAMS的隱含層節點數為h是最佳的。

第三，根據以上參數優化結果，設定ɑ動量因子為和h隱含層節點數，改變學習率訓練軟件。結果顯示，學習率較小時收斂較慢，學習率過大時收斂出現振蕩。經反復訓練最終確定學習率為β。

測試軟件絡：用上述訓練好的軟件對已學習過的數據進行預測，并看與經驗值是否吻合；采用一組新的數據對其進行測試，歸一化后看死否相符；另選一組樣本數據測試軟件，驗證其對陌生數據處理的有效性。若相符或是得到誤差較小的輸出變量，滿足規范，則表明此ADAMS軟件具有實際可用性，能正確實現制動性能仿真。

2 仿真改造內容

2.1 配汽車制動系統構

經核算確定，改造后的配汽車制動系統構為6個調節汽閥，并改變其閥徑，以保證與噴嘴匹配。將第二閥由球形閥改為犁型閥，以提高機組變工況運行時的穩定性能。應盡可能降低過熱器減溫水流量，利用檢修機會消除高加給水旁路漏流。過熱減溫水（或高加給水旁路漏流）每增加1 t/h，機組熱耗增加0·65 kJ/kW·h。

2.2 噴嘴及轉向導葉環

為改善機組的熱力特性，重新設計了噴嘴組，并將轉向導葉環的節圓直徑由Φ1 050 mm改為Φ1 040 mm。

2.3 隔板

為使改造后的汽輪機各級焓降分配更合理，新設計了一、二級隔板，既提高了每一級的效率，又保證了對排汽壓力及汽車制動系統輸出功率的要求。提高凝汽器真空。所有影響機組熱耗的因素中，凝汽器真空（機組背壓）對熱耗的影響最大，根據制造廠提供的真空變化曲線，機組真空每提高1 kPa，熱耗率可降低0.5% （40 kJ/kW·h），出力增加約0.5% （1 500 kW），效益非常明顯

2.4 主軸裝配與復速級、壓力級葉輪葉片

更換了復速級葉輪葉片及第一、二壓力級葉輪葉片；更換了前汽封高壓段汽封套筒，其直徑由Φ234 mm改為Φ240 mm，以減小汽輪機軸向推力，保證汽輪發電機組的運行安全。

2.5 前軸承座

轉速表由機械式改為電子模擬式，由轉速傳感器遠距離傳送轉速信號，實現遠距離顯示及控制。轉速傳感器固定于前軸承座內的支架上，原轉速表及傳動機構拆除后，由法蘭蓋悶堵，以防前軸承座內油外漏。

2.6 調節器

由于該機的額定功率、排汽壓力均有較大變化，故對調節器進行了相應改造，更換了壓力變換器套筒、錯油門套筒、調節器套筒、錯油門彈簧、調壓器彈簧節流圈及調整墊片等部件，并進行靜態試驗。

3 仿真結果及評價

3.1 直線制動仿真結果

當踏板力從30 N開始，以級差30 N的間距逐次做制動仿真分析，可擬合出制動距離2踏板力關系曲線，當踏板力為148 N時，該車的制動距離即滿足了國標“最大制動距離為50.7 m"的要求；當踏板力等于209 N時，制動距離達到最小值38.7 m。綜上所述，可知該車的直線制動性能是符合國標要求的。

3.2 轉彎制動仿真結果

通過對該車轉變制動性能的仿真分析，可知：當踏板力小于205 N，前輪未發生抱死時，該車在轉彎制動時具有少量的過度轉向量。后懸的變形在制動時與正常圓周行駛時不同，制動時由于車身前傾使后懸架大幅度伸張，致使前輪輪荷增大、后輪輪荷減小，當側向加速度不變的情況下，使得前輪側偏角減小，后輪側偏角增大，因而有減小不足轉向的傾向。所以，該車具有較好的轉彎制動性能。

3.3 仿真改造后運行情況

改造后，汽車制動系統于運行正常。調節性能良好，未發現擺動區，解決了改造前1 000～1 500 kW負荷時調節系統的擺動問題，滿足了低負荷運行的需要。汽車制動系統排汽溫度降為310℃，較改造前降低了50℃左右，熱能得到充分利用，有效防止了后汽缸的過熱變形。設計背壓為0.9～1.4 MPa，額定背壓為1.1 MPa （較改前提高了0.1 MPa），還有較大的調節量，解決了尿素系統高負荷時背壓低的問題，為尿素裝置的穩產、高產提供了強有力的保障。

4 結束語

研究表明，利用虛擬樣機技術可以快速準確地對車輛的制動性能進行仿真，從而對其性能做出預測和評估，為汽車的設計和改進提供了重要的借鑒和指導作用。它可以減少開發費用，縮短設計周期，提高產品競爭力，具有重要的現實和工程意義。

參考文獻

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]陳立平，張云清，任衛群，等。機械系統動力學分析及ADAMS應用教程[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]周 均，徐 進，李芹英.ADAMS在汽車制動分析中的應用研究[J].輕型汽車技術，2005，（6）：15-17.

[4]郭正康.汽車整車轉動慣量的計算與選取[J].汽車研究與開發，1993 ，（6）：42-44.

[5]王 晶，呂 浩.運用虛擬技術對夏利TJ 7101U轎車進行制動分析[J].天津汽車，2002 ，（2）：11-14.