基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺仿真分析

劉德柱，趙唐雷，劉艷華，王海

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基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺仿真分析

劉德柱，趙唐雷，劉艷華，王海

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

文章針對某車型基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺分析，并與客觀試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，從而驗(yàn)證仿真模型的正確性。制動性能在整車主觀評價以及調(diào)校過程中占據(jù)重要地位。首先整車制動性能大致分為兩大模塊，第一，整車制動系統(tǒng)匹配計算，并且需要滿足法規(guī)項(xiàng)要求；第二，基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺仿真分析。快速直觀地在后處理曲線中觀察到這一變動對整車制動性能的影響，從而達(dá)到降低緊急制動距離的目的，并且在零投入的情況下，進(jìn)行制動系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，大大縮短了制動系統(tǒng)匹配的周期。

CarSim；踏板感覺；建模仿真；試驗(yàn)對比

1 引言

與許多面向結(jié)構(gòu)建模的動力學(xué)軟件如MSC.ADAMS、Altair.MotionView不同，CarSim具有面向參數(shù)建模的特點(diǎn)。因此，建立模型不需要定義各部件具體的結(jié)構(gòu)形式（如懸架布置形式、彈簧長度以及安裝角度等），而只需要定義各部件所體現(xiàn)性能的相關(guān)參數(shù)（比如懸架的K&C特性、彈簧的剛度曲線等）。這樣使用者就能夠剝離結(jié)構(gòu)而直接以各部件性能參數(shù)為導(dǎo)向分析車輛性能，這對于指導(dǎo)底盤的開發(fā)及改進(jìn)有重大意義。使用者可以在設(shè)計階段借助CarSim探求各個部件的理想性能，把握大的方向，然后經(jīng)過層層細(xì)化，對各零部件的設(shè)計提出具體的要求。

本文為了支持整車性能調(diào)校，縮短調(diào)校周期，因此利用計算機(jī)建模仿真，即基于CarSim搭建制動系統(tǒng)仿真模型，并與客觀試驗(yàn)對比驗(yàn)證仿真模型的正確性，支持主觀整車性能評價。

2 某車型制動系統(tǒng)匹配計算

整車制動系統(tǒng)匹配計算主要是依據(jù)整車參數(shù)以及制動器參數(shù)進(jìn)行一系列法規(guī)校核。

2.1 整車參數(shù)

具體地整車參數(shù)詳見表1，整車參數(shù)主要包括輕載和滿載時軸荷以及質(zhì)心高。

表1 整車參數(shù)統(tǒng)計表

2.2 法規(guī)校核

制動器具體參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 制動系統(tǒng)參數(shù)

制動器主要參數(shù)包括三大部分，前制動器參數(shù)、后制動器參數(shù)以及操縱機(jī)構(gòu)。前后制動器中主要有主缸、制動盤參數(shù)以及摩擦片面積等，操縱機(jī)構(gòu)一般主要指真空助力器，上述參數(shù)在制動系統(tǒng)匹配法規(guī)校核方面占據(jù)主導(dǎo)地位，滿足法規(guī)與否以及后期主觀調(diào)校均是主要更改制動系統(tǒng)參數(shù)。

具體地，法規(guī)項(xiàng)校核如表3所示，參考的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為GB 7258、GB21670以及國外標(biāo)準(zhǔn)。

表3 法規(guī)項(xiàng)校核

由制動系統(tǒng)法規(guī)校核可知，該車型滿足法規(guī)項(xiàng)要求，整車性能表現(xiàn)良好，下一步，還需要對整車性能基于CarSim建模進(jìn)行模擬仿真，即整車踏板感覺仿真分析。

3 基于CarSim建模與仿真分析

整車模型中需包含七大系統(tǒng)模型：車身模型、前懸架系統(tǒng)模型、后懸架系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、輪胎模型、動力傳動系統(tǒng)模型和制動系統(tǒng)模型。對整車制動性能影響比較嚴(yán)重的當(dāng)屬制動系統(tǒng)模塊搭建。

3.1 制動系統(tǒng)基于CarSim建模

整車制動踏板感覺仿真分析除了制動系統(tǒng)模塊，首先要搭建整車模型，還需要搭建整車簧載質(zhì)量，前后懸架的運(yùn)動學(xué)和彈性運(yùn)動學(xué)以及輪胎模塊。

3.1.1 車身模塊搭建

車身模塊包含車體尺寸參數(shù)和質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量信息。具體參數(shù)有車身長寬高、軸距、輪距、質(zhì)心高度、四輪靜力半徑，整車轉(zhuǎn)動慣量等等，如圖1所示。

3.1.2 空氣動力學(xué)模塊搭建

汽車在高速行駛時，空氣作用力對其行駛穩(wěn)定性有很大影響。空氣動力學(xué)模塊包括空氣動力學(xué)參考點(diǎn)，迎風(fēng)面積，參考長度，氣體質(zhì)量密度等參數(shù)，如圖2所示。

圖1 整車模型參數(shù)輸入

圖2 空氣動力學(xué)參數(shù)輸入

3.1.3 動力傳動系模塊搭建

軟件中傳動系統(tǒng)模塊簡化成發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、差速器四個組成部分，如圖3所示。

所建模型離合器使用摩擦式離合器，變速器使用手動機(jī)械變速器，差速器使用粘性耦合差速器。建模過程中，需要發(fā)動機(jī)特性參數(shù)、離合器特性參數(shù)、變速器特性參數(shù)、差速器特性參數(shù)。

圖3 動力傳動系統(tǒng)參數(shù)輸入

3.1.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊搭建

圖4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)輸入

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)相對較多，但轉(zhuǎn)向模塊參數(shù)輸入對整車制動系統(tǒng)的性能影響不大，具體輸入如圖4所示，主要包括方向盤與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中可轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)向機(jī)以及與其連接部分的轉(zhuǎn)動慣量，不包括車輪端（轉(zhuǎn)向節(jié)，制動系統(tǒng)與輪胎）部件。

3.1.5 懸架模塊搭建

懸架系統(tǒng)一般包括懸架運(yùn)動特性和彈性運(yùn)動特性參數(shù)設(shè)置，也就是KC整車試驗(yàn)特性曲線，具體如圖5所示。

圖5 懸架系統(tǒng)參數(shù)輸入

3.1.6 制動系統(tǒng)模塊搭建

踏板感覺仿真分析所需的制動系統(tǒng)模型包含了踏板杠桿比、真空助力器曲線、主缸直徑及制動器性能曲線，如下圖所示。

圖6 制動系統(tǒng)參數(shù)輸入

前后輪缸壓力容積曲線如圖7所示，前輪缸采用雙缸45，后輪缸采用單缸41，真空助力器曲線如圖8所示。

圖8 真空助力器曲線

3.2 仿真結(jié)果與試驗(yàn)對比

3.2.1 仿真模型建立

踏板感覺仿真試驗(yàn)所需的模型為整車車輛動力學(xué)模型，如圖9所示。

圖9 制動系統(tǒng)CarSim界面設(shè)置

3.2.2 仿真結(jié)果與試驗(yàn)對比

圖10 踏板力與減速度仿真與試驗(yàn)對比

基于CarSim制動系統(tǒng)仿真分析，得到整車踏板感覺關(guān)系圖，詳見圖10和圖11，上圖代表整車踏板感覺中踏板力與減速度仿真與試驗(yàn)對比，下圖為整車踏板感覺中踏板行程與減速度仿真與試驗(yàn)對比，可知仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高，從而驗(yàn)證仿真模型正確性。

圖11 踏板行程與減速度仿真與試驗(yàn)對比

4 主要結(jié)論

通過利用CarSim軟件建立制動系統(tǒng)仿真模型，通過與客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，并結(jié)合主觀評價，支持整車性能主觀調(diào)校，得到如下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）通過對某車型制動系統(tǒng)匹配計算可知，該車型滿足法規(guī)項(xiàng)設(shè)計需要，并且還有參數(shù)可調(diào)余地，為后期性能調(diào)校留有空間。

（2）主要影響整車性能參數(shù)為制動系統(tǒng)模塊搭建，特別是壓力容積曲線以及真空助力器曲線特征，一定要與試驗(yàn)方保持一致。

（3）通過基于CarSim制動系統(tǒng)仿真模型搭建可知，整車制動性能也就是踏板感覺與實(shí)際試驗(yàn)曲線吻合度較高，進(jìn)一步驗(yàn)證仿真模型正確性。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（下冊）[M].4版.北京:人民交通出版社,2003.

[2] 張洪欣.汽車系統(tǒng)動力學(xué)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1996.

[3] 阿達(dá)姆·措莫托.汽車行駛性能[M].黃錫朋,解春陽,譯.北京:科學(xué)普及出版社,1992.

Simulation analysis of pedal sensation based on CarSim brake system

Liu Dezhu, Zhao Tanglei, Liu Yanhua, Wang Hai

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

In this paper, the pedal sensation of a car brake system based on CarSim is analyzed and compared with the objective test, so as to verify the correctness of the simulation model. Braking performance plays an important role in the whole vehicle subjective evaluation and adjustment process. Firstly, the braking performance of the whole vehicle can be divided into two modules. Firstly, the matching calculation of the braking system of the whole vehicle needs to meet the requirements of laws and regulations; secondly, the simulation analysis of pedal sensation of the CarSim braking system. The effect of this change on the braking performance of the whole vehicle is observed in the post-processing curve quickly and intuitively, so as to reduce the emergency braking distance. In the case of zero input, the parameters of the braking system are adjusted, and the period of matching braking system is greatly shortened.

CarSim; Pedal feel; Modeling and Simulation; Experimental comparison

U463

A

1671-7988(2019)09-142-04

U463

A

1671-7988(2019)09-142-04

劉德柱，碩士研究生，就職于華晨汽車工程研究院，主要研究領(lǐng)域?yàn)榈妆P設(shè)計及仿真分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.046