基于ADAMS的某車型制動仿真研究

許津，宋年秀，張敬輝，劉鵬，胡韶文

（青島理工大學汽車與交通學院，山東　青島　266520）

基于ADAMS的某車型制動仿真研究

許津，宋年秀，張敬輝，劉鵬，胡韶文

（青島理工大學汽車與交通學院，山東青島266520）

根據SWB6115型公交車的參數，通過ADAMS建立整車模型進行制動仿真，得出制動縱向速度、制動縱向減速度、制動力矩的圖樣，對鼓式制動器、盤式制動器的制動性能進行分析比較，為制動器的選擇提供理論支持。

汽車；鼓式制動器；盤式制動器；制動性能；公交車

公交車的制動性能是行車安全的重要保障，而制動器與制動性能息息相關，不同的制動器其制動性能也不同。該文以SWB6115型公交車為例，研究鼓式制動器和盤式制動器的制動性能。

1　SWB6115型公交車簡介

圖1為SWB6115型公交車的實體圖，其相關參數見表1，結構配置見表2。

圖1　SWB6115型公交車實體

表1　SWB6115型公交車的基本參數

表2　SWB6115型公交車的結構配置

2　仿真模型的建立

公交車是一個非常復雜的系統，鑒于將要進行的是公交車制動系統仿真，所以與制動系統無關的零部件盡量簡化，根據采集的參數和實際約束情況建立模型，這樣才能對制動系統進行有效分析。

2.1底盤模型的建立

將公交車底盤簡化為球體（去除輪胎、懸架、轉向系），此時公交車的轉動慣量和質量就是用軟件對球體進行仿真分析時的轉動慣量和質量，這樣更加方便之后的仿真分析。SWB6115型公交車底盤模型見圖2。

2.2懸架模型的建立

懸架是一切傳力裝置的總稱，它連接車架與車橋或車架與車輪。懸架機構主要包括減振器、導向機構和彈性元件等零件，還設有緩沖塊、橫向穩定桿。SWB6115型公交車前懸架簡化模型見圖3，后懸架模型見圖4。

圖2　SWB6115型公交車底盤模型

圖3　SWB6115型公交車前懸架模型

圖4　SWB6115型公交車后懸架模型

2.3轉向系統模型的建立

對轉向系統也進行一定簡化，除轉向節和主銷外，其他零部件均忽略，而且用工具面板中的圓柱模擬轉向節，把主銷和轉向節看成一個整體，轉向拉桿直接與車架通過萬向副相連。SWB6115型公交車轉向機構模型見圖5。

圖5　SWB6115型公交車轉向機構模型

2.4輪胎和地面模型的建立

根據SWB6115型公交車的輪胎特性，選擇與其特性相似的UA輪胎模型，選用SAE坐標系，并把UA輪胎與地面接觸的區域定為原點。

路面模型的建立參數包括路面模型的構成元素、節點、方向、原點等。

通過ADAMS，依據輪胎的側偏角和外傾角計算得出輪胎與地面間的回正力矩、側向力和縱向力。

2.5整車模型的建立

把已建立好的各子模型裝配在一起即形成整車模型，子模型主要包括底盤系統模型、懸架系統模型、轉向系統模型、輪胎和地面模型。SWB6115型公交車直線行駛的整車模型見圖6。

圖6　SWB6115型公交車直線行駛整車模型

3　模型仿真

SWB6115型公交車在制動時，后輪運轉所需扭矩比前輪所需扭矩大得多，而盤式制動器提供的扭矩不足以達到后輪制動所需扭矩。因此，仿真時對后輪固定裝配一個鼓式制動器并對前輪裝配兩種不同的制動器。在上述兩種情況下分別進行仿真，并根據仿真結果進行對比分析。

車輛直線行駛時，初始速度設為60 km/h，制動時間為10 s，制動時公交車擋位設定為5，曲線取點設定為100，路面模型采用ADAMS自帶模型，采取開環控制。

圖7　公交車直線行駛制動仿真時的制動縱向速度曲線

3.1制動縱向速度

公交車直線行駛制動時的縱向速度仿真曲線見圖7。由圖7可知：鼓式制動器的制動縱向速度曲線在開始時幾乎沒有變化，而盤式制動器的制動縱向速度曲線開始時變化很大?？梢?，相比鼓式制動器，盤式制動器的制動效果更顯著。盡管隨后二者的變化趨勢相同，但盤式制動器的制動縱向速度曲線變化較緩慢，說明在直線行駛制動時盤式制動器的穩定性更好。

3.2制動縱向減速度

公交車直線行駛制動時的縱向減速度仿真曲線見圖8。由圖8可知：SWB6115型公交車裝配盤式制動器時，在開始的1 s內制動縱向減速度的變化相當明顯；而裝配鼓式制動器時，在開始的2.5 s內基本沒有變化。說明在直線行駛制動時盤式制動器的反應時間短，更適用于公交車的緊急制動。

圖8　公交車直線行駛制動仿真時的制動縱向減速度曲線

3.3制動力矩

公交車直線行駛制動時的制動力矩仿真曲線見圖9。由圖9可知：兩種制動器的制動力矩曲線的變化趨勢相同，但盤式制動器的制動力矩曲線變化更加平緩，再一次證明在直線行駛制動時盤式制動器的制動性能比鼓式制動器的穩定。盤式制動器制動力矩增加較緩慢，這一特性使公交車在制動時車輪速度變化更加一致，能持續穩定地降低車速。

4　結論

通過對SWB6115型公交車進行制動仿真，得如下結論：

（1）相比鼓式制動器，盤式制動器的制動穩定性更好。

（2）在公交車制動過程中，盤式制動器制動力矩增長較緩慢，使公交車制動時車輪速度變化更加一致，保障了制動系統的安全可靠。

（3）盤式制動器的制動效能比鼓式制動器更明顯，制動效能更好。

圖9　公交車直線行駛制動仿真時的制動力矩曲線

［1］余志生.汽車理論［M].第三版.北京：清華大學出版社，2002.

［2］武小林.淺析公交車制動效能的影響因素［J].農機使用與維修，2005（5）.

［3］陳海波.對公交車制動系統性能的分析探討［J].科技創新與應用，2011（17）.

［4］費敬媛.盤式制動器在轎車后輪上的應用［J].汽車工程師，2012（5）.

［5］方泳龍.公交車制動理論與設計［M].北京：國防工業出版社，2005.

［6］馬玉坤，賈策，栗延龍，等.ADAMS軟件及其在汽車動力學仿真分析中的應用［J].重慶交通學院學報，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，劉關學.氣壓盤式制動器的性能因素探討［J].客車技術與研究，2013（6）.

［9］吳劍增，張炳榮，王法會.氣壓盤式制動器的技術特點及在營運客車上的應用［J].客車技術與研究，2007 （3）.

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

［11］周均，張卓，徐進，等.ADAMS在汽車制動分析中的應用研究［J].機械設計與制造，2006（6）.

［12］張敬輝.大型公交車的制動仿真研究［D].青島：青島理工大學，2014.

［13］馬明星，仇屹玨.基于MATLAB的車輛制動過程仿真研究［J].現代設計技術，2004（3）.

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2015-11-24