基于ADAMS的某车型制动仿真研究

许津，宋年秀，张敬辉，刘鹏，胡韶文

（青岛理工大学汽车与交通学院，山东　青岛　266520）

基于ADAMS的某车型制动仿真研究

许津，宋年秀，张敬辉，刘鹏，胡韶文

（青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛266520）

根据SWB6115型公交车的参数，通过ADAMS建立整车模型进行制动仿真，得出制动纵向速度、制动纵向减速度、制动力矩的图样，对鼓式制动器、盘式制动器的制动性能进行分析比较，为制动器的选择提供理论支持。

汽车；鼓式制动器；盘式制动器；制动性能；公交车

公交车的制动性能是行车安全的重要保障，而制动器与制动性能息息相关，不同的制动器其制动性能也不同。该文以SWB6115型公交车为例，研究鼓式制动器和盘式制动器的制动性能。

1　SWB6115型公交车简介

图1为SWB6115型公交车的实体图，其相关参数见表1，结构配置见表2。

图1　SWB6115型公交车实体

表1　SWB6115型公交车的基本参数

表2　SWB6115型公交车的结构配置

2　仿真模型的建立

公交车是一个非常复杂的系统，鉴于将要进行的是公交车制动系统仿真，所以与制动系统无关的零部件尽量简化，根据采集的参数和实际约束情况建立模型，这样才能对制动系统进行有效分析。

2.1底盘模型的建立

将公交车底盘简化为球体（去除轮胎、悬架、转向系），此时公交车的转动惯量和质量就是用软件对球体进行仿真分析时的转动惯量和质量，这样更加方便之后的仿真分析。SWB6115型公交车底盘模型见图2。

2.2悬架模型的建立

悬架是一切传力装置的总称，它连接车架与车桥或车架与车轮。悬架机构主要包括减振器、导向机构和弹性元件等零件，还设有缓冲块、横向稳定杆。SWB6115型公交车前悬架简化模型见图3，后悬架模型见图4。

图2　SWB6115型公交车底盘模型

图3　SWB6115型公交车前悬架模型

图4　SWB6115型公交车后悬架模型

2.3转向系统模型的建立

对转向系统也进行一定简化，除转向节和主销外，其他零部件均忽略，而且用工具面板中的圆柱模拟转向节，把主销和转向节看成一个整体，转向拉杆直接与车架通过万向副相连。SWB6115型公交车转向机构模型见图5。

图5　SWB6115型公交车转向机构模型

2.4轮胎和地面模型的建立

根据SWB6115型公交车的轮胎特性，选择与其特性相似的UA轮胎模型，选用SAE坐标系，并把UA轮胎与地面接触的区域定为原点。

路面模型的建立参数包括路面模型的构成元素、节点、方向、原点等。

通过ADAMS，依据轮胎的侧偏角和外倾角计算得出轮胎与地面间的回正力矩、侧向力和纵向力。

2.5整车模型的建立

把已建立好的各子模型装配在一起即形成整车模型，子模型主要包括底盘系统模型、悬架系统模型、转向系统模型、轮胎和地面模型。SWB6115型公交车直线行驶的整车模型见图6。

图6　SWB6115型公交车直线行驶整车模型

3　模型仿真

SWB6115型公交车在制动时，后轮运转所需扭矩比前轮所需扭矩大得多，而盘式制动器提供的扭矩不足以达到后轮制动所需扭矩。因此，仿真时对后轮固定装配一个鼓式制动器并对前轮装配两种不同的制动器。在上述两种情况下分别进行仿真，并根据仿真结果进行对比分析。

车辆直线行驶时，初始速度设为60 km/h，制动时间为10 s，制动时公交车挡位设定为5，曲线取点设定为100，路面模型采用ADAMS自带模型，采取开环控制。

图7　公交车直线行驶制动仿真时的制动纵向速度曲线

3.1制动纵向速度

公交车直线行驶制动时的纵向速度仿真曲线见图7。由图7可知：鼓式制动器的制动纵向速度曲线在开始时几乎没有变化，而盘式制动器的制动纵向速度曲线开始时变化很大。可见，相比鼓式制动器，盘式制动器的制动效果更显著。尽管随后二者的变化趋势相同，但盘式制动器的制动纵向速度曲线变化较缓慢，说明在直线行驶制动时盘式制动器的稳定性更好。

3.2制动纵向减速度

公交车直线行驶制动时的纵向减速度仿真曲线见图8。由图8可知：SWB6115型公交车装配盘式制动器时，在开始的1 s内制动纵向减速度的变化相当明显；而装配鼓式制动器时，在开始的2.5 s内基本没有变化。说明在直线行驶制动时盘式制动器的反应时间短，更适用于公交车的紧急制动。

图8　公交车直线行驶制动仿真时的制动纵向减速度曲线

3.3制动力矩

公交车直线行驶制动时的制动力矩仿真曲线见图9。由图9可知：两种制动器的制动力矩曲线的变化趋势相同，但盘式制动器的制动力矩曲线变化更加平缓，再一次证明在直线行驶制动时盘式制动器的制动性能比鼓式制动器的稳定。盘式制动器制动力矩增加较缓慢，这一特性使公交车在制动时车轮速度变化更加一致，能持续稳定地降低车速。

4　结论

通过对SWB6115型公交车进行制动仿真，得如下结论：

（1）相比鼓式制动器，盘式制动器的制动稳定性更好。

（2）在公交车制动过程中，盘式制动器制动力矩增长较缓慢，使公交车制动时车轮速度变化更加一致，保障了制动系统的安全可靠。

（3）盘式制动器的制动效能比鼓式制动器更明显，制动效能更好。

图9　公交车直线行驶制动仿真时的制动力矩曲线

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