基于AMESim的商用車氣制動系統響應時間影響因素分析

郭冬妮，閻闊，李孟華，喬艷輝，馬明武，劉明明，王天璐

1.一汽解放集團股份有限公司，吉林長春 130011；2.陸軍裝備部駐沈陽地區軍事代表局駐長春地區第二軍事代表室，吉林長春 130011

0 引言

由于商用車氣制動系統響應時間對整車制動性能有直接影響,再加上國內商用車行駛工況復雜、超載現象嚴重、制動頻繁，對車輛制動系統性能提出了更高要求。因此，提高制動系統響應時間成為解決市場問題、滿足用戶需求的重要途徑。

目前各主機廠主要通過臺架或整車試驗進行響應時間優化，該種方法的試驗周期長、成本高，且制動系統響應時間影響因素眾多，無法一一進行試驗。為此，文中通過搭建AMESim的氣制動系統模型，仿真分析了制動系統響應時間的關鍵影響因素，最終得到了最優方案，有效縮短開發周期，并節約了成本，從而迅速解決市場問題。

1 基于AMESim的氣制動系統建模

文中以6X4重卡為研究對象，其氣制動系統原理如圖1所示。中重型車氣制動系統主要包括供氣裝置、前橋左右氣室、制動閥、前橋左右ABS電磁閥、后左右ABS電磁閥、后繼動閥、中后橋左右氣室及相應的管路。

圖1 中重型車氣制動系統原理

根據中重型車各部件的工作原理及結構關系，建立各部件的數學模型，進而搭建系統模型。氣制動系統AMESim模型如圖2所示。

圖2 氣制動系統AMESim模型

為驗證氣制動系統AMESim模型的準確性，文中將系統的仿真值和試驗值進行了對比分析，其動態特性曲線對比如圖3所示。

由圖3的對比分析結果可以看出，前橋制動響應時間仿真值為0.41 s，試驗值為0.48 s，誤差為14.5%；后橋制動響應時間仿真值為0.55 s，試驗值為0.6 s，誤差為8.3%。該誤差在可接受范圍內，文中所搭建的系統AMESim模型可滿足工程需求。

圖3 制動氣室仿真及試驗動態特性曲線對比

2 氣制動系統影響因素分析

2.1 制動閥接口參數仿真分析

制動閥接口參數對比動態特性仿真曲線如圖4所示。

圖4 制動閥接口參數對比動態特性仿真曲線

由圖4a～d可以看出，上腔進氣管路直徑越大、下腔進氣管路直徑越大、上腔出氣管路直徑越小、下腔出氣管路直徑越大，制動系統響應時間越快;由圖4e、f可以看出，制動閥進、出氣口面積越大，制動響應時間越快，但面積在80 mm以上對制動系統響應時間幾乎沒有影響，而目前多數制動閥進、出氣口面積都在80 mm左右，所以制動閥進、出氣口面積不作為關鍵影響因素。

2.2 制動閥上腔參數仿真對比

制動閥上腔參數對比動態特性仿真曲線如圖5所示。由圖5a可以看出，上腔活塞直徑越小，制動系統響應時間越快，但直徑小于50 mm以后，制動響應時間變化很小。由于結構限制，制動閥上腔活塞直徑一般在50 mm左右，很難繼續減小，所以不作為關鍵影響因素;由圖5c可以看出，上腔排氣間隙越小，制動系統響應時間越快;由圖5d可以看出，上腔進氣閥活塞直徑越小，制動系統響應時間越快。但是由于制動閥結構尺寸限制，很難繼續做小，所以不作為關鍵影響因素;由圖5b、 e可以看出，上腔活塞回位彈簧剛度及上腔進氣閥回位彈簧剛度對制動系統響應時間影響非常小，不作為關鍵影響因素。

圖5 制動閥上腔參數對比動態特性仿真曲線(后橋)

2.3 制動閥下腔參數仿真對比

制動閥上下腔參數對比動態特性仿真曲線如圖6所示，制動閥下腔參數對比動態特性仿真曲線如圖7所示。

圖6 制動閥上下腔參數對比動態特性仿真曲線(前橋)

圖7 制動閥下腔參數對比動態特性仿真曲線(前橋)

由圖6可以看出，上下腔流通孔面積和上下腔接觸間隙對制動系統響應時間影響非常小，不作為關鍵影響因素。

由圖7a可以看出，下腔活塞直徑越大，制動系統響應時間越快;由圖7b、c、d可以看出，下腔活塞回位彈簧剛度、下腔排氣間隙及下腔進氣閥回位彈簧剛度對制動系統響應時間影響非常小，不作為關鍵影響因素。

綜上所述，制動閥對系統響應時間起關鍵作用的影響因素為制動閥上腔進氣管路直徑、下腔進氣管路直徑、上腔出氣管路直徑、下腔出氣管路直徑、上腔排氣間隙、下腔活塞直徑。按照上述方法對繼動閥、ABS閥、氣室及相關管路分析后，確認繼動閥供氣口管路直徑、繼動閥供氣口管路直徑；前橋ABS電磁閥進氣管路直徑、后橋ABS電磁閥進氣管路直徑；前橋制動氣室進氣管路直徑、中后橋制動氣室進氣管路直徑為系統響應時間的關鍵影響因素。

3 結束語

文中利用AMESim搭建了氣制動系統的模型，并對其影響因素進行了仿真分析，從制動系統35個主要參數中確認了影響響應時間的12個關鍵參數。后續可通過仿真手段進行多方案對比，迅速鎖定最優方案，大大縮短開發周期，節約了成本，同時還可以對現有問題進行分析驗證。