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基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺仿真分析

2022-02-24 18:01:44·  來源：汽車制動之家  
　
摘要：文章針對某車型基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺分析，并與客觀試驗進行對比分析，從而驗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
摘要：文章針對某車型基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺分析，并與客觀試驗進行對比分析，從而驗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)項要求；第二，基于CarSim制動系統(tǒng)踏板感覺仿真分析?？焖僦庇^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，從而達到降低緊急制動距離的目的，并且在零投入的情況下，進行制動系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整，大大縮短了制動系統(tǒng)匹配的周期。

1 引言

與許多面向結(jié)構(gòu)建模的動力學軟件如MSC.ADAMS、Altair.MotionView不同，CarSim具有面向參數(shù)建模的特點。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)為導向分析車輛性能，這對于指導底盤的開發(fā)及改進有重大意義。使用者可以在設計階段借助CarSim探求各個部件的理想性能，把握大的方向，然后經(jīng)過層層細化，對各零部件的設計提出具體的要求。
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，并與客觀試驗對比驗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)項校核如表3所示，參考的法規(guī)標準為GB 7258、GB21670以及國外標準。
表3 法規(guī)項校核
由制動系統(tǒng)法規(guī)校核可知，該車型滿足法規(guī)項要求，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重的當屬制動系統(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，前后懸架的運動學和彈性運動學以及輪胎模塊。
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?？諝鈩恿W模塊包括空氣動力學參考點，迎風面積，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、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)一般包括懸架運動特性和彈性運動特性參數(shù)設置，也就是KC整車試驗特性曲線，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7 前后輪缸壓力容積曲線
圖8 真空助力器曲線

3.2 仿真結(jié)果與試驗對比

3.2.1 仿真模型建立
踏板感覺仿真試驗所需的模型為整車車輛動力學模型，如圖9所示。
圖9 制動系統(tǒng)CarSim界面設置
3.2.2 仿真結(jié)果與試驗對比
圖10 踏板力與減速度仿真與試驗對比
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對比，可知仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合度較高，從而驗證仿真模型正確性。
圖11 踏板行程與減速度仿真與試驗對比

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)項設計需要，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際試驗曲線吻合度較高，進一步驗證仿真模型正確性。
作者：劉德柱，趙唐雷，劉艷華，王海；華晨汽車工程研究院
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