基于路面狀況的汽車制動性能仿真研究

熊偉

摘要：本文在CA TIA數(shù)模的基礎上，應用機械系統(tǒng)分析軟件ADAMS ，在A/ CA R模塊里建立了整車動力學仿真模型，并根據(jù)標準要求的實車試驗方法設置了仿真條件，以不同的制動強度進行了直線制動和轉(zhuǎn)彎制動仿真試驗，對該車的制動性能進行了預測和評價，為該車的制動性能分析提供了參考。

關鍵詞：汽車工程；制動性能仿真；路面狀況

汽車的制動性是汽車的主要性能之一，它直接關系到交通安全，對車輛的操縱控制有重要影響，而制動穩(wěn)定性實車試驗十分危險，所以對制動穩(wěn)定性的計算機仿真研究尤其關注，已成為車輛制動穩(wěn)定性理論研究與樣車性能預測的重要手段。

1 ADAMS軟件在汽車制動性能仿真中的運用

在汽車制動性能仿真中運用ADAMS軟件的主要步驟為：依據(jù)汽車制動性能仿真出的問題組織樣本來學習，再依據(jù)樣本來構(gòu)造出ADAMS軟件并對其進行訓練，測試構(gòu)造出的ADAMS軟件。本節(jié)將利用上文的的改進型的ADAMS算法，對汽車狀態(tài)檢測后的制動性能仿真問題進行研究和分析。

選擇學習樣本：汽車的制動性能征用五個參數(shù)來表征：列車駛過汽車時汽車的橫向振幅、縱向振幅、橫向頻率、縱向頻率和動撓度；并用它們來作為輸入變量；而由于汽車的制動性能原因眾多，本文提出以汽車的綜合質(zhì)量而非單獨的問題作為判斷標準，質(zhì)量越高則綜合質(zhì)量數(shù)值越大，軟件的輸出變量用為汽車檢測的綜合質(zhì)量和預期綜合質(zhì)量；把數(shù)據(jù)測量時間作為軟件的輸入變量，以便能實現(xiàn)預測。因此，本文設計構(gòu)造的ADAMS軟件的有六個輸入變量和兩個輸出變量。通過相關專業(yè)領域?qū)＜业闹R和對汽車制動性能機理的分析獲得汽車系統(tǒng)的制動性能征兆集、制動性能原因集以及兩者之間的關系集。

軟件的構(gòu)成與訓練：樣本數(shù)據(jù)具有較大的離散性，從而使得進入軟件的數(shù)據(jù)同樣具有較大的離散性。針對于本的將S型函數(shù)作為傳遞函數(shù)，其輸出范圍為0-1，對數(shù)據(jù)進行歸一化。例如：第i個輸入變量Ai，全部樣本中第i個輸入變量的最小值為Amin和最大值為Amax，Ai歸一后為：

利用MATLAB軟件進行大量的仿真試驗，確定ADAMS中隱含層節(jié)點數(shù)和取得優(yōu)良的制動性能仿真結(jié)果。學習樣本的節(jié)點數(shù)、算法和結(jié)構(gòu)參數(shù)會影響學習的速度，本文通過設定允許誤差限度，用改進型的ADAMS算來優(yōu)化參數(shù)：

第一，固定軟件的學習效率和所有隱含層中的節(jié)點個數(shù)，引入動量因子并研究其對算法的影響。結(jié)果顯示，學習收斂因引入動量因子而改進，并且在一定范圍內(nèi)：動量因子越多，學習收斂的速度越快。動量因子為α最優(yōu)。

第二，固定學習率和動量因子，分析軟件學習與ADAMS的所有隱含層節(jié)點數(shù)之間的相互作用情況。結(jié)果顯示，ADAMS的所有隱含層節(jié)點數(shù)對學習的收斂性關系密切。對于該制動性能仿真問題ADAMS的隱含層節(jié)點數(shù)為h是最佳的。

第三，根據(jù)以上參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，設定ɑ動量因子為和h隱含層節(jié)點數(shù)，改變學習率訓練軟件。結(jié)果顯示，學習率較小時收斂較慢，學習率過大時收斂出現(xiàn)振蕩。經(jīng)反復訓練最終確定學習率為β。

測試軟件絡：用上述訓練好的軟件對已學習過的數(shù)據(jù)進行預測，并看與經(jīng)驗值是否吻合；采用一組新的數(shù)據(jù)對其進行測試，歸一化后看死否相符；另選一組樣本數(shù)據(jù)測試軟件，驗證其對陌生數(shù)據(jù)處理的有效性。若相符或是得到誤差較小的輸出變量，滿足規(guī)范，則表明此ADAMS軟件具有實際可用性，能正確實現(xiàn)制動性能仿真。

2 仿真改造內(nèi)容

2.1 配汽車制動系統(tǒng)構(gòu)

經(jīng)核算確定，改造后的配汽車制動系統(tǒng)構(gòu)為6個調(diào)節(jié)汽閥，并改變其閥徑，以保證與噴嘴匹配。將第二閥由球形閥改為犁型閥，以提高機組變工況運行時的穩(wěn)定性能。應盡可能降低過熱器減溫水流量，利用檢修機會消除高加給水旁路漏流。過熱減溫水（或高加給水旁路漏流）每增加1 t/h，機組熱耗增加0·65 kJ/kW·h。

2.2 噴嘴及轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)

為改善機組的熱力特性，重新設計了噴嘴組，并將轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)的節(jié)圓直徑由Φ1 050 mm改為Φ1 040 mm。

2.3 隔板

為使改造后的汽輪機各級焓降分配更合理，新設計了一、二級隔板，既提高了每一級的效率，又保證了對排汽壓力及汽車制動系統(tǒng)輸出功率的要求。提高凝汽器真空。所有影響機組熱耗的因素中，凝汽器真空（機組背壓）對熱耗的影響最大，根據(jù)制造廠提供的真空變化曲線，機組真空每提高1 kPa，熱耗率可降低0.5% （40 kJ/kW·h），出力增加約0.5% （1 500 kW），效益非常明顯

2.4 主軸裝配與復速級、壓力級葉輪葉片

更換了復速級葉輪葉片及第一、二壓力級葉輪葉片；更換了前汽封高壓段汽封套筒，其直徑由Φ234 mm改為Φ240 mm，以減小汽輪機軸向推力，保證汽輪發(fā)電機組的運行安全。

2.5 前軸承座

轉(zhuǎn)速表由機械式改為電子模擬式，由轉(zhuǎn)速傳感器遠距離傳送轉(zhuǎn)速信號，實現(xiàn)遠距離顯示及控制。轉(zhuǎn)速傳感器固定于前軸承座內(nèi)的支架上，原轉(zhuǎn)速表及傳動機構(gòu)拆除后，由法蘭蓋悶堵，以防前軸承座內(nèi)油外漏。

2.6 調(diào)節(jié)器

由于該機的額定功率、排汽壓力均有較大變化，故對調(diào)節(jié)器進行了相應改造，更換了壓力變換器套筒、錯油門套筒、調(diào)節(jié)器套筒、錯油門彈簧、調(diào)壓器彈簧節(jié)流圈及調(diào)整墊片等部件，并進行靜態(tài)試驗。

3 仿真結(jié)果及評價

3.1 直線制動仿真結(jié)果

當踏板力從30 N開始，以級差30 N的間距逐次做制動仿真分析，可擬合出制動距離2踏板力關系曲線，當踏板力為148 N時，該車的制動距離即滿足了國標“最大制動距離為50.7 m"的要求；當踏板力等于209 N時，制動距離達到最小值38.7 m。綜上所述，可知該車的直線制動性能是符合國標要求的。

3.2 轉(zhuǎn)彎制動仿真結(jié)果

通過對該車轉(zhuǎn)變制動性能的仿真分析，可知：當踏板力小于205 N，前輪未發(fā)生抱死時，該車在轉(zhuǎn)彎制動時具有少量的過度轉(zhuǎn)向量。后懸的變形在制動時與正常圓周行駛時不同，制動時由于車身前傾使后懸架大幅度伸張，致使前輪輪荷增大、后輪輪荷減小，當側(cè)向加速度不變的情況下，使得前輪側(cè)偏角減小，后輪側(cè)偏角增大，因而有減小不足轉(zhuǎn)向的傾向。所以，該車具有較好的轉(zhuǎn)彎制動性能。

3.3 仿真改造后運行情況

改造后，汽車制動系統(tǒng)于運行正常。調(diào)節(jié)性能良好，未發(fā)現(xiàn)擺動區(qū)，解決了改造前1 000～1 500 kW負荷時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擺動問題，滿足了低負荷運行的需要。汽車制動系統(tǒng)排汽溫度降為310℃，較改造前降低了50℃左右，熱能得到充分利用，有效防止了后汽缸的過熱變形。設計背壓為0.9～1.4 MPa，額定背壓為1.1 MPa （較改前提高了0.1 MPa），還有較大的調(diào)節(jié)量，解決了尿素系統(tǒng)高負荷時背壓低的問題，為尿素裝置的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了強有力的保障。

4 結(jié)束語

研究表明，利用虛擬樣機技術可以快速準確地對車輛的制動性能進行仿真，從而對其性能做出預測和評估，為汽車的設計和改進提供了重要的借鑒和指導作用。它可以減少開發(fā)費用，縮短設計周期，提高產(chǎn)品競爭力，具有重要的現(xiàn)實和工程意義。

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