郭冬妮，閻闊，李孟華，喬艷輝，馬明武，劉明明，王天璐

1.一汽解放集團股份有限公司，吉林長春 130011；2.陸軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局駐長春地區(qū)第二軍事代表室，吉林長春 130011

0 引言

由于商用車氣制動系統(tǒng)響應(yīng)時間對整車制動性能有直接影響,再加上國內(nèi)商用車行駛工況復(fù)雜、超載現(xiàn)象嚴重、制動頻繁，對車輛制動系統(tǒng)性能提出了更高要求。因此，提高制動系統(tǒng)響應(yīng)時間成為解決市場問題、滿足用戶需求的重要途徑。

目前各主機廠主要通過臺架或整車試驗進行響應(yīng)時間優(yōu)化，該種方法的試驗周期長、成本高，且制動系統(tǒng)響應(yīng)時間影響因素眾多，無法一一進行試驗。為此，文中通過搭建AMESim的氣制動系統(tǒng)模型，仿真分析了制動系統(tǒng)響應(yīng)時間的關(guān)鍵影響因素，最終得到了最優(yōu)方案，有效縮短開發(fā)周期，并節(jié)約了成本，從而迅速解決市場問題。

1 基于AMESim的氣制動系統(tǒng)建模

文中以6X4重卡為研究對象，其氣制動系統(tǒng)原理如圖1所示。中重型車氣制動系統(tǒng)主要包括供氣裝置、前橋左右氣室、制動閥、前橋左右ABS電磁閥、后左右ABS電磁閥、后繼動閥、中后橋左右氣室及相應(yīng)的管路。

圖1 中重型車氣制動系統(tǒng)原理

根據(jù)中重型車各部件的工作原理及結(jié)構(gòu)關(guān)系，建立各部件的數(shù)學(xué)模型，進而搭建系統(tǒng)模型。氣制動系統(tǒng)AMESim模型如圖2所示。

圖2 氣制動系統(tǒng)AMESim模型

為驗證氣制動系統(tǒng)AMESim模型的準確性，文中將系統(tǒng)的仿真值和試驗值進行了對比分析，其動態(tài)特性曲線對比如圖3所示。

由圖3的對比分析結(jié)果可以看出，前橋制動響應(yīng)時間仿真值為0.41 s，試驗值為0.48 s，誤差為14.5%；后橋制動響應(yīng)時間仿真值為0.55 s，試驗值為0.6 s，誤差為8.3%。該誤差在可接受范圍內(nèi)，文中所搭建的系統(tǒng)AMESim模型可滿足工程需求。

圖3 制動氣室仿真及試驗動態(tài)特性曲線對比

2 氣制動系統(tǒng)影響因素分析

2.1 制動閥接口參數(shù)仿真分析

制動閥接口參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線如圖4所示。

圖4 制動閥接口參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線

由圖4a～d可以看出，上腔進氣管路直徑越大、下腔進氣管路直徑越大、上腔出氣管路直徑越小、下腔出氣管路直徑越大，制動系統(tǒng)響應(yīng)時間越快;由圖4e、f可以看出，制動閥進、出氣口面積越大，制動響應(yīng)時間越快，但面積在80 mm以上對制動系統(tǒng)響應(yīng)時間幾乎沒有影響，而目前多數(shù)制動閥進、出氣口面積都在80 mm左右，所以制動閥進、出氣口面積不作為關(guān)鍵影響因素。

2.2 制動閥上腔參數(shù)仿真對比

制動閥上腔參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線如圖5所示。由圖5a可以看出，上腔活塞直徑越小，制動系統(tǒng)響應(yīng)時間越快，但直徑小于50 mm以后，制動響應(yīng)時間變化很小。由于結(jié)構(gòu)限制，制動閥上腔活塞直徑一般在50 mm左右，很難繼續(xù)減小，所以不作為關(guān)鍵影響因素;由圖5c可以看出，上腔排氣間隙越小，制動系統(tǒng)響應(yīng)時間越快;由圖5d可以看出，上腔進氣閥活塞直徑越小，制動系統(tǒng)響應(yīng)時間越快。但是由于制動閥結(jié)構(gòu)尺寸限制，很難繼續(xù)做小，所以不作為關(guān)鍵影響因素;由圖5b、 e可以看出，上腔活塞回位彈簧剛度及上腔進氣閥回位彈簧剛度對制動系統(tǒng)響應(yīng)時間影響非常小，不作為關(guān)鍵影響因素。

圖5 制動閥上腔參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線(后橋)

2.3 制動閥下腔參數(shù)仿真對比

制動閥上下腔參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線如圖6所示，制動閥下腔參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線如圖7所示。

圖6 制動閥上下腔參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線(前橋)

圖7 制動閥下腔參數(shù)對比動態(tài)特性仿真曲線(前橋)

由圖6可以看出，上下腔流通孔面積和上下腔接觸間隙對制動系統(tǒng)響應(yīng)時間影響非常小，不作為關(guān)鍵影響因素。

由圖7a可以看出，下腔活塞直徑越大，制動系統(tǒng)響應(yīng)時間越快;由圖7b、c、d可以看出，下腔活塞回位彈簧剛度、下腔排氣間隙及下腔進氣閥回位彈簧剛度對制動系統(tǒng)響應(yīng)時間影響非常小，不作為關(guān)鍵影響因素。

綜上所述，制動閥對系統(tǒng)響應(yīng)時間起關(guān)鍵作用的影響因素為制動閥上腔進氣管路直徑、下腔進氣管路直徑、上腔出氣管路直徑、下腔出氣管路直徑、上腔排氣間隙、下腔活塞直徑。按照上述方法對繼動閥、ABS閥、氣室及相關(guān)管路分析后，確認繼動閥供氣口管路直徑、繼動閥供氣口管路直徑；前橋ABS電磁閥進氣管路直徑、后橋ABS電磁閥進氣管路直徑；前橋制動氣室進氣管路直徑、中后橋制動氣室進氣管路直徑為系統(tǒng)響應(yīng)時間的關(guān)鍵影響因素。

3 結(jié)束語

文中利用AMESim搭建了氣制動系統(tǒng)的模型，并對其影響因素進行了仿真分析，從制動系統(tǒng)35個主要參數(shù)中確認了影響響應(yīng)時間的12個關(guān)鍵參數(shù)。后續(xù)可通過仿真手段進行多方案對比，迅速鎖定最優(yōu)方案，大大縮短開發(fā)周期，節(jié)約了成本，同時還可以對現(xiàn)有問題進行分析驗證。