《汽車創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐2》實(shí)踐指導(dǎo)書-23版

汽車創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐（2）實(shí)踐指導(dǎo)書基于MATLAB的汽車制動(dòng)性仿真目錄1.建立汽車制動(dòng)性數(shù)學(xué)模型 12.繪制汽車制動(dòng)力分配曲線 43.繪制利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度曲線 54.繪制制動(dòng)效率與附著系數(shù)曲線 65.建立汽車制動(dòng)過程數(shù)學(xué)模型 8PAGE9PAGE11.建立汽車制動(dòng)性數(shù)學(xué)模型汽車制劫牲是指汽車行駛時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)停車，且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長(zhǎng)披時(shí)能維持一定車速的能力。從獲得盡可能高的行駛安全的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車制動(dòng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有制動(dòng)效能、制動(dòng)效能的恒定性和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。本實(shí)踐汽車制動(dòng)性仿真所需參數(shù)見表1表1汽車制動(dòng)性仿真參數(shù)表載荷汽車質(zhì)量/kg汽車質(zhì)心高度/m軸距/m質(zhì)心至前軸距離/m質(zhì)心至后軸距離/m空載15200.5322.7051.0821.623滿載19100.5912.7051.4881.217汽車前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配比例將影響制動(dòng)時(shí)前、后輪的抱死順序,從而影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著系數(shù)利用率。圖1所示為汽車在水平路面制動(dòng)時(shí)的受力情況，圖中忽略了汽車的滾動(dòng)阻力矩、空氣阻力以及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性阻力矩。u為汽車行駛速度；Fx1為汽車前輪地面制動(dòng)力；Fx2為汽車后輪地面制動(dòng)力；Fz1為地面對(duì)前輪的法向反作用力；Fz2為地面對(duì)后輪的法向反作用力；aj為制動(dòng)減速度；L為汽車軸距；a為汽車質(zhì)心至前軸距離；b為汽車質(zhì)心至后軸距離；hg為汽車質(zhì)心高度；m為汽車質(zhì)量。圖1制動(dòng)時(shí)作用在汽車上的力汽車前、后輪的法向反作用力分別為Fzl=G(b+zhg)/LFz2=G(a-zhg)/L其中G為汽車總重力；z=aj/g為制動(dòng)強(qiáng)度，間接地表示汽車制動(dòng)減速度的大小。汽車?yán)硐胫苿?dòng)力分配是指在任何附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，前、后輪的制動(dòng)強(qiáng)度相同；在緊急制動(dòng)時(shí)，前、后輪同時(shí)抱死，總制動(dòng)力和減速度達(dá)到最大，此時(shí)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配，就是制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想目標(biāo)。在任意附著系數(shù)的路面上，前、后輪同時(shí)抱死的條件是前、后制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力，并且前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即Fb1+Fb2=μG；Fb1=μFz1；Fb2=μFz2；其中Fb1和Fb2分別為前、后制動(dòng)器制動(dòng)力；Fz1和Fz2分別為前、后輪法向反作用；μ為地面附著系數(shù)。前、后制動(dòng)器制動(dòng)力能同時(shí)達(dá)到前、后軸的附著力時(shí)，其制動(dòng)強(qiáng)度等于地面附著系數(shù)，即z=zmax=μ，在一定附著系數(shù)μ的情況下，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系為F畫成曲線，即為前、后輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系曲線，此為理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線。把前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比令為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)ββ=得出Fβ線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，為實(shí)際的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線。β線與I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)μ0μ汽車以一定的制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)，不發(fā)生車輪抱死所要求的最小路面附著系數(shù)為利用附著系數(shù)μiμμi為第i軸的利用附著系數(shù)；Fxi為第i軸的地面制動(dòng)力；Fzi為第i軸的地面法向反作用力。前、后軸的利用附著系數(shù)分別為μ制動(dòng)效率是指車輪將要抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度與被利用的附著系數(shù)之比。前、后軸的制動(dòng)效率分別為ε制動(dòng)力分配系數(shù)為常數(shù)時(shí)，只有在同步附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，前、后輪才能同時(shí)接近抱死狀態(tài)，附著性能得到充分利用，汽車獲得最佳制動(dòng)。在其他各種附著系數(shù)路面上，如果β線位于I曲線下方，當(dāng)制動(dòng)踏板力足夠大時(shí)會(huì)出現(xiàn)前輪先抱死，提前喪失轉(zhuǎn)向能力；如果β線位于I曲線上方，則會(huì)出現(xiàn)后輪先抱死而使汽車處于不穩(wěn)定的制動(dòng)狀態(tài)。如果要在制動(dòng)過程中能保持前輪轉(zhuǎn)向能力，又不會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑的危險(xiǎn)工況，則在一定附著系數(shù)的條件下，其制動(dòng)強(qiáng)度總小于附著系數(shù)，即z<μ且制動(dòng)效率ε<1。

2.繪制汽車制動(dòng)力分配曲線繪制汽車制動(dòng)力分配曲線的MATLAB程序如下在MATLAB編輯器中輸人這些程序，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，就會(huì)得到汽車制動(dòng)力分配曲線，如圖2所示。可知，β線與I曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分別為10450N、5878N，同步附著系數(shù)為0.87，制動(dòng)器動(dòng)力分配系數(shù)為0.64。β線在I曲線以下，前輪先抱死，失去轉(zhuǎn)向能力，處于穩(wěn)定狀態(tài)；β線在I曲線以上，后輪先抱死，可能發(fā)生側(cè)滑，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。(10450,5878)(10450,5878)圖2汽車制動(dòng)力分配曲線

3.繪制利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度曲線繪制利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度曲線的MATLAB程序如下在MATLAB編輯器中輸人這些程序，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，就會(huì)得到利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度曲線，如圖3所示?？梢钥闯?，制動(dòng)強(qiáng)度為0.87時(shí)，滿載前、后軸利用附著系數(shù)均為0.87，制動(dòng)強(qiáng)度為0.2時(shí)，滿載前、后軸利用附著系數(shù)均為0.2，這就是該車的同步附著系數(shù)。滿載時(shí)前軸利用附著系數(shù)相對(duì)于空載增加，后軸利用附著系數(shù)相對(duì)于空載減少，主要原因是制動(dòng)時(shí)質(zhì)心前移。圖3利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度曲線

4.繪制制動(dòng)效率與附著系數(shù)曲線繪制制動(dòng)效率與附著系數(shù)曲線的MATLAB程序如下在MATLAB編輯器中輸人這些程序，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，就會(huì)得到制動(dòng)效率與附著系數(shù)曲線，如圖4所示?？梢钥闯?，汽車滿載時(shí)，當(dāng)附著系數(shù)為0.87時(shí)，汽車空載時(shí)，當(dāng)附著系數(shù)為0.2時(shí)，前、后軸制動(dòng)效率都為100%,汽車能利用全部的附著力來(lái)制動(dòng)。圖4制動(dòng)效率與附著系數(shù)曲線

5.建立汽車制動(dòng)過程數(shù)學(xué)模型汽車制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為3個(gè)階段完成制動(dòng)過程，即純滾動(dòng)、邊滾邊滑、車輪抱死。(1)車輪純滾動(dòng)在制動(dòng)過程中車輪純滾動(dòng)時(shí)，車輪沒有受到地面提供的制動(dòng)力，汽車勻速運(yùn)動(dòng)。這段時(shí)間年包括消除制動(dòng)蹄片與制動(dòng)鼓間隙所用時(shí)間、消除備鉸鏈和軸承間隙的時(shí)間以及制動(dòng)摩擦片完全貼靠在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤上需要的時(shí)間。t1與制動(dòng)系統(tǒng)形式有關(guān)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)為0.1s，真空助力制動(dòng)系統(tǒng)和氣壓制動(dòng)系統(tǒng)各為0.3~0.9s。在這段過程中汽車的制動(dòng)距離為S1=u0t(2)車輪邊滾邊滑當(dāng)制動(dòng)器開始起作用時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力隨踏板力迅速增大，車輪處于邊滾邊滑狀態(tài)。這段時(shí)間對(duì)于同一種車型在不同的路面上制動(dòng)，可能有3種情況：前輪提前抱死，后輪邊滾邊滑；后輪提前抱死，前輪邊滾邊滑；前、后輪均邊滾邊滑。這段時(shí)間為制動(dòng)器作用時(shí)間，取決于駕駛員踩踏板的速度和制動(dòng)系統(tǒng)的形式，液壓制動(dòng)系統(tǒng)為0.15~0.3s，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)為0.3~0.8s。(a)當(dāng)μ<μ0時(shí)，前輪提前抱死，后輪邊滾邊滑，前、后輪地面制動(dòng)力增長(zhǎng)情況如圖5所示。圖5前、后輪地面制動(dòng)力(μ<μ0)OAB線是在t2時(shí)間內(nèi)前輪地面制動(dòng)力的變化曲線；OC線是t2時(shí)間內(nèi)后輪地面制動(dòng)力的變化曲線。在t2'時(shí)刻，汽車前輪抱死，后輪仍邊滾邊