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以商用車(chē)制動(dòng)閥為例，討論零部件及整車(chē)企業(yè)如何靈活應(yīng)用Amesim進(jìn)行建模
2021-12-23 10:43:12· 來(lái)源：Simcenter 1D 系統(tǒng)仿真 作者：陳登
參會(huì)過(guò)Amesim相關(guān)介紹的用戶，應(yīng)該對(duì)下面這張圖都有印象，左圖是某斜盤(pán)柱塞泵的元件級(jí)模型，右圖是某農(nóng)用車(chē)動(dòng)力總成及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)級(jí)模型。該圖典型的說(shuō)明
參會(huì)過(guò)Amesim相關(guān)介紹的用戶，應(yīng)該對(duì)下面這張圖都有印象，左圖是某斜盤(pán)柱塞泵的元件級(jí)模型，右圖是某農(nóng)用車(chē)動(dòng)力總成及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)級(jí)模型。該圖典型的說(shuō)明了Amesim的多級(jí)不同復(fù)雜度特點(diǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景，即元件級(jí)模型是基于實(shí)際物理結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)元件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化；而系統(tǒng)級(jí)模型是基于元件既定的性能MAP，分析整體性能指標(biāo)，指導(dǎo)元件的選型和系統(tǒng)的集成。
圖1 Amesim元件級(jí)模型及系統(tǒng)級(jí)模型
應(yīng)用場(chǎng)景不一樣，面對(duì)的問(wèn)題也不同。以商用車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)為例，完整制動(dòng)系統(tǒng)如圖2，其中制動(dòng)閥是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，結(jié)構(gòu)精密、設(shè)計(jì)復(fù)雜（見(jiàn)圖3）。
圖2 商用車(chē)氣制動(dòng)系統(tǒng)
圖3 制動(dòng)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)
對(duì)于制動(dòng)閥供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，有制動(dòng)閥詳細(xì)結(jié)構(gòu)，方便進(jìn)行元件設(shè)計(jì)級(jí)建模（見(jiàn)圖4），然后進(jìn)行敏感度分析，進(jìn)而優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，但無(wú)法確認(rèn)該閥件對(duì)整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的影響。圖5中紅線為踏板處制動(dòng)力，藍(lán)線和黃線分別為單獨(dú)制動(dòng)閥模型和完整制動(dòng)系統(tǒng)模型分析的21出口壓力變化情況，可以看出當(dāng)制動(dòng)閥置于整個(gè)系統(tǒng)中，制動(dòng)閥出口處的響應(yīng)時(shí)間，無(wú)論是在制動(dòng)執(zhí)行還是收回過(guò)程中，都會(huì)有150ms以上的延遲，那么到制動(dòng)卡鉗處的延遲將會(huì)更加嚴(yán)重?？梢?jiàn)，制動(dòng)響應(yīng)的延遲不是單個(gè)部件延遲時(shí)間的簡(jiǎn)單疊加（單個(gè)部件驗(yàn)證已經(jīng)考慮系統(tǒng)總?cè)莘e，如不考慮，上述的差距將會(huì)更大）。沒(méi)有其他部件的數(shù)據(jù)，零部件企業(yè)無(wú)法預(yù)測(cè)完整系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
圖4 制動(dòng)閥的Amesim元件模型
圖5 制動(dòng)閥響應(yīng)特性的不同結(jié)果
對(duì)于零部件企業(yè)來(lái)說(shuō)，完整制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析不是其任務(wù)，同時(shí)這些閥件的詳細(xì)建模及單體性能分析不是問(wèn)題，但對(duì)于整車(chē)企業(yè)（或者制動(dòng)系統(tǒng)集成廠商）來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題就立刻凸現(xiàn)出來(lái)。拜訪過(guò)幾家整車(chē)企業(yè)的底盤(pán)部門(mén)，有個(gè)別車(chē)企能夠獲得制動(dòng)閥等閥件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，但對(duì)于大部分企業(yè)，制動(dòng)閥等關(guān)鍵零部件仍相當(dāng)于“黑匣子”。雖然有供應(yīng)商或自己測(cè)試的閥件流通特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但不知道如何對(duì)這種特殊閥件進(jìn)行建模。這里提出一個(gè)方法：應(yīng)用氣動(dòng)基礎(chǔ)庫(kù)中的多通閥模型進(jìn)行等效建模。圖6給出了這種等效后的功能模型，通過(guò)PID方法或者直接手動(dòng)調(diào)整P-A-B-T四口相互間的最大通流面積和開(kāi)啟面積比方程，示例可參考圖7，則可達(dá)到和元件設(shè)計(jì)級(jí)模型一致度很高的對(duì)比結(jié)果（見(jiàn)圖8），當(dāng)然圖7參數(shù)標(biāo)定的依據(jù)是試驗(yàn)數(shù)據(jù),圖8中的試驗(yàn)假定用元件級(jí)模型的仿真結(jié)果，即圖5中藍(lán)線。
圖6 用多通閥模型等效制動(dòng)閥
圖7多通閥標(biāo)定參數(shù)示例
圖8 等效制動(dòng)閥模型在單閥元件中與試驗(yàn)對(duì)比
為了驗(yàn)證該功能模型的預(yù)測(cè)性，把該模型置于完整制動(dòng)系統(tǒng)中，圖9給出了這一對(duì)比結(jié)果，圖中藍(lán)線試驗(yàn)結(jié)果假定用元件級(jí)模型的仿真結(jié)果，即圖5中黃線。一致性很好，可見(jiàn)這種等效的功能模型具有可信賴(lài)的預(yù)測(cè)性。那么，整車(chē)企業(yè)應(yīng)用這種基于試驗(yàn)的等效功能模型，就能對(duì)其他閥件、管道對(duì)制動(dòng)性能的影響進(jìn)行選型及優(yōu)化。其他閥件，比如繼動(dòng)閥、快放閥等關(guān)鍵件也可以應(yīng)用此方法進(jìn)行等效，解決了整車(chē)企業(yè)沒(méi)有這些閥件結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行性能仿真的難題。
圖9 等效制動(dòng)閥模型在制動(dòng)系統(tǒng)中與試驗(yàn)對(duì)比
實(shí)際上，多通閥模型還能等效很多帶有各種滑閥多口的液壓缸或氣動(dòng)缸模型，同理可以解決沒(méi)有這些缸體詳細(xì)結(jié)構(gòu)而無(wú)法建模的問(wèn)題。當(dāng)然這種等效的功能模型顆粒度粗，無(wú)法進(jìn)行瞬態(tài)特性的分析。以另一個(gè)關(guān)鍵部件繼動(dòng)閥為例，圖10給出了某制動(dòng)系統(tǒng)中元件級(jí)繼動(dòng)閥模型仿真結(jié)果，繼動(dòng)閥在制動(dòng)執(zhí)行及收回過(guò)程中，主腔內(nèi)壓力的波動(dòng)劇烈，由此帶來(lái)滑閥頻繁抖動(dòng)開(kāi)閉，滑閥與活塞的劇烈碰撞。顯然，NVH性能分析就不是這種功能模型能仿真的，還是要借助強(qiáng)大的HCD和PCD庫(kù)了！
圖10 元件級(jí)繼動(dòng)閥模型在制動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)特性
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