ADAMS軟件在汽車制動(dòng)仿真方面應(yīng)用

1、ADAMS軟件在汽車制動(dòng)仿真方面應(yīng)用1 前言 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)以其強(qiáng)大的功能正迅速應(yīng)用于各行各業(yè)，其中ADAMS/CAR 模塊在汽車操縱穩(wěn)定性和平順性等性能仿真分析方面顯示了突出的特點(diǎn)，已為廣大汽車工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用。但在制動(dòng)性能仿真方面略嫌不足，如制動(dòng)器只有鉗盤式模型，且未引入制動(dòng)力調(diào)節(jié)或ABS 等控制系統(tǒng)。本文即以制動(dòng)仿真為例，對(duì)ADAMS/CAR 仿真方面的應(yīng)用擴(kuò)展進(jìn)行一些探討，并重點(diǎn)研究具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的制動(dòng)仿真問題。2 ADAMS/CAR 制動(dòng)仿真2.1 ADAMS

2、簡介ADAMS 集建模、求解和可視化于一體的數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)，可以有效地將三維實(shí)體模型及應(yīng)用有限元分析軟件描述的零部件模型有機(jī)地結(jié)合起來，準(zhǔn)確地進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的各種模擬，以分析和評(píng)估系統(tǒng)的性能，從而為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。ADAMS 功能日益完善，所提供的ADAMS/Car、ADAMS/Engine、ADAMS/Chassis、ADAMS/Driveline、ADAMS/Driver、ADAMS/Tire、Suspension Design等汽車專業(yè)模塊，能夠幫助汽車工程師快速創(chuàng)建高精度的參數(shù)化數(shù)字樣機(jī)和汽車的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真模型，進(jìn)行汽車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、乘坐舒適性和安全性等整

3、車性能仿真分析。2.2 ADAMS/CAR 的制動(dòng)仿真功能ADAMS/CAR 模塊的整車制動(dòng)仿真中包括直線制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)，直線制動(dòng)仿真時(shí)需輸入開始時(shí)間、初始速度、路面條件和檔位等參數(shù)，轉(zhuǎn)彎制動(dòng)仿真時(shí)還需輸入轉(zhuǎn)彎半徑、制動(dòng)減速度、側(cè)向加速度等參數(shù)。制動(dòng)仿真結(jié)果，可以通過結(jié)果的數(shù)據(jù)文件查看，也可以進(jìn)入后處理窗口(Postprocessing Window)查看各種數(shù)據(jù)曲線 1 ，包括制動(dòng)過程中的制動(dòng)管路壓力、制動(dòng)力矩、制動(dòng)距離、車速、減速度、輪速等制動(dòng)性能參數(shù)以及整車和其他部件參數(shù)的變化曲線。還可以利用動(dòng)畫(Animation Control)對(duì)整個(gè)制動(dòng)過程進(jìn)行演示。2.3 ADAMS/CAR 的

4、制動(dòng)仿真模型考慮到汽車基本上是左右對(duì)稱，建模時(shí)只需建立左邊或右邊的1/2 制動(dòng)模型，另一半由軟件根據(jù)對(duì)稱性自動(dòng)生成，當(dāng)然也可建立非對(duì)稱的整車分析模型。ADAMS/CAR 模塊提供了一個(gè)左右對(duì)稱的前、后皆為鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)仿真模型，并設(shè)置了制動(dòng)系統(tǒng)的前后制動(dòng)促動(dòng)管路壓力比、前后盤式制動(dòng)器的制動(dòng)作用半徑、制動(dòng)作用面積和摩擦系數(shù)等變量，定義了前后制動(dòng)器的制動(dòng)力矩計(jì)算函數(shù)，提供了該模板與其它模板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入輸出接口。在制動(dòng)子系統(tǒng)調(diào)用制動(dòng)器模型，而整車系統(tǒng)再調(diào)用制動(dòng)子系統(tǒng)后，即可利用ADAMS/CAR 模塊的制動(dòng)仿真功能進(jìn)行制動(dòng)性能仿真。3 ADAMS/CAR 制動(dòng)仿真應(yīng)用的擴(kuò)展研究鑒于ADAM

5、S/CAR 模塊制動(dòng)仿真在應(yīng)用方面的模型單一和缺少制動(dòng)力調(diào)節(jié)控制等不足，作者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方向進(jìn)行擴(kuò)展研究：(1) 增加和改進(jìn)原有模型的控制功能，如引入制動(dòng)力調(diào)節(jié)特性，對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制;(2) 擴(kuò)展制動(dòng)器模型，以滿足多種制動(dòng)器類型的設(shè)計(jì)，如建立鼓式制動(dòng)器等模型。(3) 適應(yīng)ABS 等新控制裝置的廣泛應(yīng)用，進(jìn)行具有ABS 等系統(tǒng)的制動(dòng)仿真。3.1 制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的引入任何一種車型都各有其理想的前、后輪制動(dòng)力分配特性曲線，而且可以換算成理想的前、后輪促動(dòng)管路壓力分配特性曲線?，F(xiàn)代汽車越來越多的采用各種制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，以改善汽車的制動(dòng)性能。目前制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置有限壓閥、比例閥、感載閥和慣性閥等

6、型式。ADAMS 提供了三種控制方式：建模時(shí)對(duì)變量的設(shè)置和對(duì)控制函數(shù)的定義;利用ADAMS/Control控制模塊;對(duì)于復(fù)雜的仿真，借助于一些通用軟件如MATLAB/simulink 和ADAMS 一起進(jìn)行聯(lián)合仿真。本文重點(diǎn)研究制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的引入，采用第一種方法即可以滿足制動(dòng)力調(diào)節(jié)的控制要求。汽車制動(dòng)系統(tǒng)采用制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，主要目的是使前、后促動(dòng)管路壓力的實(shí)際分配特性曲線在不同程度上接近于相應(yīng)的理想分配特性曲線3。以比例閥為例(圖1)，比例閥串連在后促動(dòng)管路中，當(dāng)前、后促動(dòng)管路壓力P1、P2 隨著制動(dòng)泵油壓P0 的增長同步增長到一定值Ps 后，即自動(dòng)對(duì)后管路壓力的增長加以節(jié)制，亦即使后管路壓

7、力的增量小于前管路壓力的增量。這里設(shè)置變量Ps 為比例閥開始起作用點(diǎn)的油壓，角反映前后輪管路油壓增長比例。 圖1 比例閥特性曲線在ADAMS/CAR 模塊中，可以利用變量設(shè)置和控制函數(shù)的定義來引入制動(dòng)力調(diào)節(jié)的控制特性。定義前促動(dòng)管路壓力函數(shù)：P1=VARVAL(P0)函數(shù)VARVAL(V)的功能是返回狀態(tài)變量V 的當(dāng)前值,以此反映前促動(dòng)管路壓力隨制動(dòng)油泵油壓的增長而增長。定義后促動(dòng)管路壓力函數(shù)： 在ADAMS/CAR 模塊設(shè)置函數(shù)體：P2=if(P1-Ps：varval(P0)，Ps，Ps+tan(P1-P2)，即可反映比例閥的調(diào)節(jié)特性。3.2 鼓式制動(dòng)器模型的建立在建立總

8、成實(shí)體模型過程中，ADAMS/CAR 的建模順序是自下而上的，所有的分析模型都是建立在子總成基礎(chǔ)之上，而子總成又是建立在模板(Template)的基礎(chǔ)上5。模板是整個(gè)模型中最基本的模塊，又是整個(gè)建模過程中最重要的部分，分析總成的絕大部分建模工作都是在模板階段完成的。 圖2 盤式制動(dòng)器 圖3 鼓式制動(dòng)器ADAMS/CAR 模塊已有鉗盤式制動(dòng)器模型(圖2)，本文擴(kuò)展的鼓式制動(dòng)器模型(圖3)，可以利用ADAMS 的三維造型功能或在三維造型CAD 軟件生成，本文利用UG軟件建立鼓式制動(dòng)器模型，按照ADAMS的建模要求，將部件進(jìn)行正確放置，然后通過PARASOLID 接口將三維模型以文本文件(

9、 .xmt_txt)格式輸出，再由ADAMS/CAR 導(dǎo)入(import)，設(shè)定材料的密度，ADAMS 即可根據(jù)三維模型計(jì)算出各種數(shù)據(jù)，并自動(dòng)填入相應(yīng)的屬性對(duì)話框。材料密度也可在UG 中設(shè)定，利用UG 的計(jì)算功能計(jì)算，再通過人工填入ADAMS/CAR 的模型屬性對(duì)話框 2 。根據(jù)制動(dòng)器零部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，定義零部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)零部件進(jìn)行重新組合，將沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的零部件組合為一體(也可在建立約束時(shí)將這樣的零部件鎖定為一體)，確定重新組合后制動(dòng)器與輪胎等其他零件的連接關(guān)系和連接點(diǎn)的位置,即建立各零件之間的約束關(guān)系，設(shè)置相應(yīng)的變量和函數(shù)，完成對(duì)仿真的控制，最后建立該模板與其它模板進(jìn)行數(shù)據(jù)交

10、換的輸入和輸出接口。3.3 制動(dòng)防抱死裝置(ABS)的引入制動(dòng)力調(diào)節(jié)的主動(dòng)控制系統(tǒng)ABS，通過輪速傳感器及其控制系統(tǒng)使車輪的滑移率控制在最佳工作范圍內(nèi)。這一仿真較為復(fù)雜，常需利用MATLAB/simulink 等軟件實(shí)現(xiàn)控制，再和ADAMS 一起進(jìn)行聯(lián)合仿真。4 具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的制動(dòng)仿真算例本算例利用ADAMS/CAR 提供的制動(dòng)算例中整車與其他子系統(tǒng)的模型，引入制動(dòng)力比例調(diào)節(jié)閥的控制函數(shù)建立整車制動(dòng)仿真模型，并進(jìn)行了制動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)。制動(dòng)力調(diào)節(jié)特性設(shè)定Ps=3MPa，tan=0.43。算例還對(duì)無制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置的制動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真計(jì)算。無制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置制動(dòng)系統(tǒng)的前、后制動(dòng)管路壓力、制動(dòng)力矩和輪速變化的仿真結(jié)果如圖4a)、5a)、6a)所示，帶制動(dòng)力比例調(diào)節(jié)閥制動(dòng)系統(tǒng)的前、后制動(dòng)管路壓力、制動(dòng)力矩和輪速變化的仿真結(jié)果如圖4b)、5b)、6b)所示。  圖4 前、后制動(dòng)管路壓力變化 b)帶比例閥圖5 前、后制動(dòng)力矩變化 圖6 前、后輪輪速變化由仿真結(jié)果可以看出，無制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)(圖6a)，后輪提前抱死滑移，發(fā)生甩尾現(xiàn)象