基于路面状况的汽车制动性能仿真研究

摘要：本文在CA TIA数模的基础上，应用机械系统分析软件ADAMS ，在A/ CA R模块里建立了整车动力学仿真模型，并根据标准要求的实车试验方法设置了仿真条件，以不同的制动强度进行了直线制动和转弯制动仿真试验，对该车的制动性能进行了预测和评价，为该车的制动性能分析提供了参考。

关键词：汽车工程；制动性能仿真；路面状况

汽车的制动性是汽车的主要性能之一，它直接关系到交通安全，对车辆的操纵控制有重要影响，而制动稳定性实车试验十分危险，所以对制动稳定性的计算机仿真研究尤其关注，已成为车辆制动稳定性理论研究与样车性能预测的重要手段。

1 ADAMS软件在汽车制动性能仿真中的运用

在汽车制动性能仿真中运用ADAMS软件的主要步骤为：依据汽车制动性能仿真出的问题组织样本来学习，再依据样本来构造出ADAMS软件并对其进行训练，测试构造出的ADAMS软件。本节将利用上文的的改进型的ADAMS算法，对汽车状态检测后的制动性能仿真问题进行研究和分析。

选择学习样本：汽车的制动性能征用五个参数来表征：列车驶过汽车时汽车的横向振幅、纵向振幅、横向频率、纵向频率和动挠度；并用它们来作为输入变量；而由于汽车的制动性能原因众多，本文提出以汽车的综合质量而非单独的问题作为判断标准，质量越高则综合质量数值越大，软件的输出变量用为汽车检测的综合质量和预期综合质量；把数据测量时间作为软件的输入变量，以便能实现预测。因此，本文设计构造的ADAMS软件的有六个输入变量和两个输出变量。通过相关专业领域专家的知识和对汽车制动性能机理的分析获得汽车系统的制动性能征兆集、制动性能原因集以及两者之间的关系集。

软件的构成与训练：样本数据具有较大的离散性，从而使得进入软件的数据同样具有较大的离散性。针对于本的将S型函数作为传递函数，其输出范围为0-1，对数据进行归一化。例如：第i个输入变量Ai，全部样本中第i个输入变量的最小值为Amin和最大值为Amax，Ai归一后为：

利用MATLAB软件进行大量的仿真试验，确定ADAMS中隐含层节点数和取得优良的制动性能仿真结果。学习样本的节点数、算法和结构参数会影响学习的速度，本文通过设定允许误差限度，用改进型的ADAMS算来优化参数：

第一，固定软件的学习效率和所有隐含层中的节点个数，引入动量因子并研究其对算法的影响。结果显示，学习收敛因引入动量因子而改进，并且在一定范围内：动量因子越多，学习收敛的速度越快。动量因子为α最优。

第二，固定学习率和动量因子，分析软件学习与ADAMS的所有隐含层节点数之间的相互作用情况。结果显示，ADAMS的所有隐含层节点数对学习的收敛性关系密切。对于该制动性能仿真问题ADAMS的隐含层节点数为h是最佳的。

第三，根据以上参数优化结果，设定ɑ动量因子为和h隐含层节点数，改变学习率训练软件。结果显示，学习率较小时收敛较慢，学习率过大时收敛出现振荡。经反复训练最终确定学习率为β。

测试软件络：用上述训练好的软件对已学习过的数据进行预测，并看与经验值是否吻合；采用一组新的数据对其进行测试，归一化后看死否相符；另选一组样本数据测试软件，验证其对陌生数据处理的有效性。若相符或是得到误差较小的输出变量，满足规范，则表明此ADAMS软件具有实际可用性，能正确实现制动性能仿真。

2 仿真改造内容

2.1 配汽车制动系统构

经核算确定，改造后的配汽车制动系统构为6个调节汽阀，并改变其阀径，以保证与喷嘴匹配。将第二阀由球形阀改为犁型阀，以提高机组变工况运行时的稳定性能。应尽可能降低过热器减温水流量，利用检修机会消除高加给水旁路漏流。过热减温水（或高加给水旁路漏流）每增加1 t/h，机组热耗增加0·65 kJ/kW·h。

2.2 喷嘴及转向导叶环

为改善机组的热力特性，重新设计了喷嘴组，并将转向导叶环的节圆直径由Φ1 050 mm改为Φ1 040 mm。

2.3 隔板

为使改造后的汽轮机各级焓降分配更合理，新设计了一、二级隔板，既提高了每一级的效率，又保证了对排汽压力及汽车制动系统输出功率的要求。提高凝汽器真空。所有影响机组热耗的因素中，凝汽器真空（机组背压）对热耗的影响最大，根据制造厂提供的真空变化曲线，机组真空每提高1 kPa，热耗率可降低0.5% （40 kJ/kW·h），出力增加约0.5% （1 500 kW），效益非常明显

2.4 主轴装配与复速级、压力级叶轮叶片

更换了复速级叶轮叶片及第一、二压力级叶轮叶片；更换了前汽封高压段汽封套筒，其直径由Φ234 mm改为Φ240 mm，以减小汽轮机轴向推力，保证汽轮发电机组的运行安全。

2.5 前轴承座

转速表由机械式改为电子模拟式，由转速传感器远距离传送转速信号，实现远距离显示及控制。转速传感器固定于前轴承座内的支架上，原转速表及传动机构拆除后，由法兰盖闷堵，以防前轴承座内油外漏。

2.6 调节器

由于该机的额定功率、排汽压力均有较大变化，故对调节器进行了相应改造，更换了压力变换器套筒、错油门套筒、调节器套筒、错油门弹簧、调压器弹簧节流圈及调整垫片等部件，并进行静态试验。

3 仿真结果及评价

3.1 直线制动仿真结果

当踏板力从30 N开始，以级差30 N的间距逐次做制动仿真分析，可拟合出制动距离2踏板力关系曲线，当踏板力为148 N时，该车的制动距离即满足了国标“最大制动距离为50.7 m"的要求；当踏板力等于209 N时，制动距离达到最小值38.7 m。综上所述，可知该车的直线制动性能是符合国标要求的。

3.2 转弯制动仿真结果

通过对该车转变制动性能的仿真分析，可知：当踏板力小于205 N，前轮未发生抱死时，该车在转弯制动时具有少量的过度转向量。后悬的变形在制动时与正常圆周行驶时不同，制动时由于车身前倾使后悬架大幅度伸张，致使前轮轮荷增大、后轮轮荷减小，当侧向加速度不变的情况下，使得前轮侧偏角减小，后轮侧偏角增大，因而有减小不足转向的倾向。所以，该车具有较好的转弯制动性能。

3.3 仿真改造后运行情况

改造后，汽车制动系统于运行正常。调节性能良好，未发现摆动区，解决了改造前1 000～1 500 kW负荷时调节系统的摆动问题，满足了低负荷运行的需要。汽车制动系统排汽温度降为310℃，较改造前降低了50℃左右，热能得到充分利用，有效防止了后汽缸的过热变形。设计背压为0.9～1.4 MPa，额定背压为1.1 MPa （较改前提高了0.1 MPa），还有较大的调节量，解决了尿素系统高负荷时背压低的问题，为尿素装置的稳产、高产提供了强有力的保障。

4 结束语

研究表明，利用虚拟样机技术可以快速准确地对车辆的制动性能进行仿真，从而对其性能做出预测和评估，为汽车的设计和改进提供了重要的借鉴和指导作用。它可以减少开发费用，缩短设计周期，提高产品竞争力，具有重要的现实和工程意义。

参考文献

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