ADAMS在整车制动分析中的应用.docx

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ADAMS在整车制动分析中的应用

ADAMS在整车制动分析中的应用

ApplｉcatioｎofＭSＣAｄａms　iｎBraｋingAnalysis　ofFｕllVehicle

（申请学位）

专业：

汽车制造与装配

学生:

赵强

指导教师:

丛彦波副教授

长春汽车工业高等专科学校

二零零九年九月

独创性声明

本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得长春汽车工业高等专科学校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名:

　　　　　签字日期:

　　年　　　月　日

学位论文版权使用授权书

本论文作者完全了解　长春汽车工业高等专科学校　　有关保留、使用论文的规定。

特授权长春汽车工业高等专科学校可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

（保密的论文在解密后适用本授权说明）

论文作者签名:

　　　　　　导师签名：

签字日期:

　年　月　　日　签字日期：

　年　月日

致谢

虽然工作后一直在参加各种类型的的学习和培训，但是能加入长春汽车工业高等专科学校，有幸能成为其中的一员,却是从前没有奢望过的。

因此一得到这样的机会,就倍感珍贵。

因为工作的原因,我学习的时间并不对,不断地克服着一个又一个困难,不断地在求知的路上艰难跋涉。

有老师们的关怀，有同学们的鼓励，有家人殷切的希望,有自己坚定的信念,终于迎来了这收获的时刻。

我要感谢长春汽车工业高等专科学校给予我这次难得的学习机会，使我能够收获如此多的、如此精彩的知识和感受。

因此,在学士学位论文即将完成之际,我想向曾经给了我许许多多帮助和支持的人们表示由衷的感谢。

首先要感谢我的导师丛彦波教授。

在整个学习和论文指导过程中，他充分体谅我们这些工作任务及其繁重的学生，总是牺牲个人的休息时间为我们作指导。

他的无私、他的关怀、他渊博的知识、他的循循善诱,他严谨刻苦的治学态度、精益求精的工作作风、不但让我在专业知识上收获巨大，更让我学会了如何成为一名受人尊敬的人、品德高尚的人，这些都将对我产生深远的影响,使我终生受益。

在此,我衷心感谢丛彦波教授对我的关心和指导,祝愿他身体健康,阖家幸福！

同时，我也要感谢一直以来默默支持我的家人,是他们的理解和付出使我能够专心完成我的学业,我深知他们为我求学所付出的一切,祝愿他们永远幸福、安康！

我也一定会更加努力！

最后，我要衷心地感谢在百忙之中抽出时间审阅拙作的专家教授,希望能够得到各位师长的不吝赐教，使自己早日成为一名合格的毕业生。

ADAMＳ在整车制动分析中的应用

摘要

在数字模型的基础上,应用机械系统分析软件AＤAMS,在ADAMS／VIEW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、制动初速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;对制动结果进行分析,　讨论并验证以下的几个制动性质:

第一，前轮先抱死，或者前后轮都抱死,车辆会失去转向性能；第二,后轮比前轮先抱死,超过一定的时间，车辆会出现侧滑或者甩尾的危险状况；最后,制动减速度首先随着制动力的增加而增大,当制动力超过一定值之后,即便制动力在增加，制动减速度不再增加,基本维持为一个常数。

　主要内容参考GB　72５８-２0０4，乘用车在时速50km时，空载制动距离不大于1９m,满载制动距离不大于20ｍ，横向侧滑距离不大于道路宽度２.5m。

考虑到现在大家更多的关心的是乘用车百公里时速的制动距离,对汽车在时速1０0km进行制动仿真，并对比现在的乘用车的制动水平,评价该车的制动性能。

关键词:

ADAMS;制动性能；仿真;分析

Ａpplｉcａtｉｏn　ｏf　ＭSCAdａmsiｎBrakｉｎg　ＡnalｙsiｓofFuｌｌ　Vehicｌe

Aｂsｔract

Afuｌlvehｉclemｕltｉbodymodｅl　wａｓesｔaｂｌisｈedin　ＡDAMS／VＩEW　byusingthemechaniｃal　ｓysteｍsｉmulａｔionsoｆtwaｒeＡＤAＭS．And　simｕlationｃondiｔionsbasingｏntｈｅ　vehicｌetestwaysof　staｎdardreqｕest　waｓｓｅt　up.Ｔhentｈesｉmulａtionｏfbraking　ｉnlinｅａnd　thｅsiｍulation　ofbrakinｇinturnweｒecarrｉedthｒｏughindiｆferentiｎitialvelｏcｉｔyoｆthebrakeaｎddifｆerenｔbrａkｉｎｇstrengtｈ．Theｂrakingｑｕalityofthevehｉclｅcanbe　ｅstimateｄandfoｒｅcastedwｅlｌｔｈroｕｇhtherｅsuｌtsｏｆ　siｍulaｔinganalyｓiｓ，ａnditｐrovidｅdsｏmerｅfeｒｅncｅto　thｅanaｌysｉsofｖehiｃｌe’ｓbraｋingstaｂilｉty.

Toanaｌｙsyofthe　braｋesimｕlationｒeｓults,get　theｆｏllｏｗｉnglaｗｓｔobebraｋe:

Ｆirｓｔ,ｆｒonｔ　wｈeeｌlockedorboth　ｔｈｅfront－ｗhｅｅlａnｄｒeaｒ-ｗheeｌlｏckeｄ，　thevehicle　willloｓｔstｅeriｎgabilｉtｙ;Seｃond,thereａrwheelwasｌocked　befoｒethｅｆｒontwheeｌ,vehicleswillbein　ｄangerｏｆthesｉtuationofsiｄｅslip;Third,Firｓtofalｌ,by　ｔhespｅedｏfbrａkｉnｇpowerwiｔhbrａｋｉngdecelｅratioｎ　incｒeasｅs．Whｅnthebrakｉｎgfｏrcｅincreａseｄ　toａ　cerｔaiｎｅxtｅnt，evｅnif　thｅ　brakinｇfｏｒｃeincrease，ｎｏ　furtheｒｉncreaｓe　ｉn　brakingdecｅｌeraｔion.

Refeｒｅｎｃe　ｔotｈeｍａincoｎtentGB　7２58－２０0４，Ｐassenger　ｃarｓin　ｔhe50kｍｐer　hour,ｔheno－ｌoａdbrａkingdistanceisｎｏt　moｒethａn１9ｍ,fuｌlbrakingｄistａnceisnot　more　tｈan20m,the　horizoｎtal　disｔanｃebetｗeensｌip　roadwidｔhiｓnｏｔmoｒethaｎ2.5m.Takeintoaccouｎｔ　isnoｗmｏｒeconcernedaｂoutthesｐeedoｆ1０0kiｌometersofpassengerｃarsbrａｋingdｉｓtanceｏf100km　pｅｒhour　ｃariｎ　forbrakｅsimulation,and　comｐａretｈecurrentleveloｆｐassengｅｒvｅhicｌｅbｒａkiｎｇ，the　car'sbraking　perｆorｍancｅｅvalｕａtioｎ.

Key　ｗｏｒds：

AＤAMS；bｒaｋingstabiliｔy；simuｌatｉon；anａlｙｓis

目　录

摘要ﻩI

AbsｔrａcｔﻩIＩ

第１章绪论1

1.1引言ﻩ1

1.2制动系统的发展及研究意义1

１．3制动系统概述ﻩ2

1．4ADAMS在制造业中的应用ﻩ4

1.５本课题主要研究内容ﻩ４

第2章对汽车进行建模6

２．2前悬架的建模ﻩ６

2.３对转向机构进行建模ﻩ7

2．４创建底盘ﻩ７

2.5创建后悬架8

2．６建立路面谱ﻩ9

2．7建立轮胎谱ﻩ9

第３章制动仿真及结果分析ﻩ11

3．1　内容简介ﻩ１1

3.２时速50ｋm制动仿真12

3.２．1时速50km／h的车辆仿真制动1２

3.2.2增大制动力再次对５0km/h速度下进行制动仿真ﻩ15

３.2．3减小制动力再次对５0km/h速度下进行制动仿真ﻩ18

3.2.4综合3.2.1、3.2．2、3．２.3的仿真结果分析结论21

3.３时速一百公里的制动仿真ﻩ22

3.4后轮先抱死两种情况的仿真25

3.4.1后轮比前轮先抱死的仿真ﻩ26

3.4.２只抱死后轮的极限仿真2７

３.5前后轮均抱死转向仿真27

总结３0

致谢ﻩ３1

参考文献32

第1章绪论

1.1引言

汽车的制动性是指人为地强制汽车在短距离内减速以至停车且维持行驶方向稳定、下长坡时能维持一定车速和保证汽车较长时间停放在斜坡上的能力.汽车的制动性是汽车的主要使用性能之一，直接关系到交通安全．重大交通事故往往与制动距离太长、制动时发生严重侧滑或方向失控、下长坡制动稳定性差等情况有关.制动装置分为行车制动、应急制动、驻车制动、辅助制动、自动制动系统,这里主要对行车制动的性能进行分析并评价．

1.２制动系统的发展及研究意义

１86９年的一天,美国一列火车行驶到交叉路口,发生了火车撞翻马车的严重事故目睹人、畜血肉横飞惨状的威斯汀豪开始研制制动器,并于1869年制成空气制动器。

其采用压缩空气，以活塞和杠杆等产生推力来阻止车轮运转。

1902英国兰切斯公司利用特殊材料夹紧圆盘以构成制动器,并申请到生产专利。

此后汽车前轮开始广泛采用盘式制动器。

由于盘式制动器的在制动稳定性上的表现较为理想,近些年来在乘用车上被广为使用。

目前，绝大多数的乘用车均采用盘式制动器。

1902年,法国人雷诺发明了鼓式制动器。

同年,英国人兰切特发明了凸轮式制动器。

鼓式制动器有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式等三种样式，由于鼓式制动器可以提供较大的制动力，所以在商用车上被广泛使用。

在这些硬件的基础上,近几年来发展了一些电子安全装置,如ＡＢS、EBＤ、EＢA、ＤSC、TCS等等。

AＢＳ的全名是Antｉ－loｃkBｒaｋeSysｔem（防锁死制动系统）,它能有效控制车轮保持在转动状态,提高制动时汽车的稳定性及较差路面条件下的汽车制动性能。

ＡBS通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器不断检测各车轮的转速,由计算机算出当时的车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较,做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想制动状态。

EＢD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同,而自动调节前、后轴的制动力分配比例,提高制动效能,并配合ABS提高制动稳定性。

汽车在制动时,四只轮胎附着的地面条件往往不一样。

比如,有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。

EＢA-ＥｌectronｉcBrakeAssist　电子控制刹车辅助系统，EBＡ可以根据驾驶者踩刹车踏板的力度与速度，极快地反应和计算紧急程度,瞬间增加制动油压的压力,缩短刹车距离，据悉它能使车速高达２00公里/小时的汽车完全停下的距离缩短21米之多，可以避免许多意外,尤其是在高速公路上，EBA更能有效防止常见的“追尾”意外。

在高速行驶时，只须半踩刹车，就可明显感觉到速度的回落，但车体并没有前冲感,这就是EＢA配合AＢＳ刹车系统装置在发挥所长，同时在遇到紧急刹车状况时，在第一个刹车吃到底时,另一个备用活塞会开始运作,至少可以减少25%的刹车距离。

车身稳定控制系统DSC（博士、奔驰ＥSP，丰田ＶSC，日产VＤC,本田VSA）：

是以ABS为基础发展而成的。

系统主要在大侧向加速度，大侧偏角的极限工况下工作，它利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象。

如在弯道行驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出现象及后轴侧滑甩尾而失去稳定性的激转现象等危险工况。

转向不足则制动内测车轮,转向过度则制动外侧车轮。

牵引力控制系统TCS又称循迹控制系统。

汽车在光滑路面制动时,车轮会打滑,甚至使方向失控。

同样,汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑,在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。

TCＳ就是针对此问题而设计的。

ＴCS依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时（这是打滑的特征），就会发出一个信号,调节点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。

可见,目前的制动系统已经不仅仅是使汽车尽快停下这么简单，在某种意义上，它让汽车的行驶变得更加的安全。

如,没有转配安全装置的汽车在高速时急转弯往往会甩尾侧滑,导致交通事故,而装配DSＣ系统的汽车在高速行驶时急转弯，制动系统会通过左右两侧的制动力不同产生横摆力偶矩，从而抑制汽车发生甩尾侧滑。

1．3制动系统概述

１．制动系统的组成ﻫ　　

（1）供能装置——包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。

其中产生制动能量的部分称为制动能源。

人的肌体也可作为制动能源。

（2）控制装置——包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件，如制动踏板、制动阀等。

ﻫ　（3）传动装置——包括将制动能量传输到制动器的各个部件，如制动主缸和制动轮缸等。

　（4）制动器——产生制动摩擦力矩的部件。

ﻫ　　较为完善的制动系统还具有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装置。

2.制动系统的类型

　按制动系统的功用分类:

（1）行车制动系统——使行驶中的汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。

（2）驻车制动系统——使已停驶的汽车驻留原地不动的一套装置。

（3）第二制动系统——在行车制动系统失效的情况下保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。

（4）辅助制动系统——在汽车下长坡时用以稳定车速的一套装置。

ﻫ按制动系统的制动能源分类:

（1）人力制动系统——以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统。

（2）动力制动系统——完全依靠发动机动力转化成的气压或液压进行制动的制动系统。

（3）伺服制动系统——兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统。

ﻫ按照制动能量的传输方式，制动系统又可分为机械式、液压式、气压式和电磁式等。

同时采用两种传能方式的制动系统可称为组合式制动系统,如气顶液制动系统。

ﻫ目前所有汽车都采用双回路制动系统,如轿车的左前轮和右后轮共用一条制动回路、右前轮和左后轮共用另一条制动回路,当一个回路失效时,另一个回路仍能工作，这样有效提高了汽车的行车安全性。

３.制动器形式

制动器按照结构可分为鼓式制动器和盘式制动器；按安装位置可分为车轮制动器和中央制动器。

车轮制动器可用于行车制动和驻车制动，中央制动器只用于驻车制动和缓速制动。

鼓式制动器的旋转元件是制动鼓,固定元件是制动蹄,制动时制动蹄在促动装置作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对鼓产生制动摩擦力矩。

目前应用较广的是：

领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式,其中领蹄式具有增力作用。

图1—1双领蹄式制动器的工作原理

盘式制动器主要有钳盘式和全盘式两种,其中前者更常用。

钳盘式制动器的旋转元件是制动盘,固定元件是制动钳。

因为盘式制动器在制动稳定性上很有优势，目前被广泛应用在乘用车上。

1.4　ADAMS在制造业中的应用

ADAＭS，即机械系统动力学自动分析（Autｏmatic　DynamiｃAnａlyｓｉsｏfMｅchaniｃａlSｙstｅms），该软件是美国MDＩ公司（MechaｎｉｃalＤynａmiｃs　Inc.）开发的虚拟样机分析软件。

ＡDＡMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库,创建完全参数化的机械系统几何模型,其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法,建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。

ADAＭS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

1.5本课题主要研究内容

汽车的制动性是指人为地强制汽车在短距离内减速以至停车且维持行驶方向稳定、下长坡时能维持一定车速和保证汽车较长时间停放在斜坡上的能力．汽车的制动性是汽车的主要使用性能之一，直接关系到交通安全.

对车辆的的转向系统、前悬架、后悬架、制动系统、轮胎进行建模、仿真分析，并从仿真结果中分析汽车制动的规律特点。

首先根据ＧＢ7258-200４对模型在时速５0ｋｍ进行仿真，分别设置制动力矩为８0０Nｍ，160０Nm、２0０0Nm，从仿真结果中分析制动减速度与制动力之间的关系;考虑到实际中的应用，大家更习惯使用汽车百公里的制动距离,所以,对模型在时速100Ｎｍ的初速度下进行仿真，对比现在的主流车型的百公里制动距离,评价模型的制动性能;在时速100Ｋｍ制动抱死时,给方向盘一个转向驱动,查看,前轮抱死时汽车的转向性能。

第2章对汽车进行建模

对不等长双横臂独立前悬架、拖拽式半独立后悬架、底盘以及转向系统、地面、轮胎等分别建模,构成仿真模型。

2.1模型的整车参数

采用ＡＤAMS教程中提供的整车参数。

表1－１A车汽车参数

车长

4688mm

车宽

1790ｍm

车高

1４65ｍｍ

最大功率

５6kw/２９０0ｒｐm

最大扭矩

２0０Nm/１８00rmｐ

轴距

2600mm

转向器形式

齿轮齿条式

后悬架形式

扭力梁拖拽式

整备质量

２115Kg

前悬架形式

不等长双横臂

前悬架主销长度

３30mm

主销内倾角

10°

主销后倾角

2.5°

上横臂长

5０0mm

上横臂水平斜置角

－5°

下横臂长

５00mm

下横臂水平斜置角

10°

前轮前束角

０.２°

２.２前悬架的建模

创建设计点：

表2—1前悬架设计点坐标

设计点

Ｘ坐标

Ｙ坐标

Ｚ坐标

Leｆt＿ＬＣA_outer

-1３３9.2４3

２70.315

697.432

Left＿UCA＿oｕｔｅｒ

-13２４．849

5９４.99２

6４0.183

Leｆt_UCA_iｎｎeｒ

1295.861

666.7０6

３16.702

Left_LCA_ｉnner

-1４28．９32

32７.896

19２.048

Left_Ｔiｅ_ｒod_ouｔer

-1512．765

36３.009

７2４.２７0

Left_Ｔｉｅ_rｏd_inner

-159４.５56

444.195

２５7.770

Left_Kｎucklｅ_innｅr

-1334.488

37７.55７

678.5２2

Lｅfｔ＿wheeｌ_ｃeｎｔer

-1335.000

37５.０00

825.000

Right_LCA_oｕter

－１３39.2４3

2７０.315

-6９7．43２

Riｇhｔ＿UCＡ＿outer

-1３24.849

5９4.９９2

-6４0.1８3

Riｇht＿ＵCA＿iｎner

-1２9５.８6１

6６６.706

-3１６．7０2

Rｉghｔ_LCA_iｎner

－1428.９32

327.８9６

-19２．0４8

Rigｈt_Tie＿ｒｏd_ouｔer

－1512.７6５

353.００９

－724.２7０

Righｔ_Tｉe＿rod_innｅｒ

-1594.５56

４44．195

-２5７.77０

Right_Knuckle_ｉnner

-1３３4．４8８

377.５5７

－６7８.５22

Riｇht＿wheｅl_centｅr

－1335．000

3７5.000

－８２5.000

以这些点为基础，创建汽车的前悬架，并创建各个部件之间的约束副，建立弹簧,并设置弹簧刚度129.８，阻尼60００,如下图：

图２—1汽车前悬架

2．3对转向机构进行建模

创建设计点：

表２—2转向机构设计点坐标

设计点

X坐标

Y坐标

X坐标

Piｔｍan_arm_ｐｉvot

-1６24.0

451.0

17２.5

Iｄler_ａrm_pivot

-16２4.0

４5１.0

-172.5

Lｏwer_sｅcｔer_ｓhaｆt_poinｔ

-１444．０

451．0

172.5

Idlｅｒ＿ａrm＿center

-1444．0

451.0

－172.5

Steering＿shaft_pivot

-12３2.0

5６２.0

２30.5

Ｓtｅｅrｉng＿wheel_ｐivot

-873.５

67８.6

26０．0

Ｓtｅerｉｎg_ｗheeｌ_cenｔeｒ

－260．０

103３.2

260.0

以这些点为基础,创建模型的转向机构，

2．4创建底盘

设置质量为2010kg,底盘相对于质心的转动惯量Ｉxｘ=１．０６E＋0０9，ｙy=2.2８E＋009，Ｉzｚ=２.18E+009.

图２—2前悬架和转向机构

2.5创建后悬架

创建设计点:

表2—３后悬架设计点坐标

设计点

X坐标

Y坐标

Ｚ坐标

Lｅft＿RＣA＿pivot

689．3７

375.0

363.22

Left＿ＲCA_oｕｔer

１2６5．0

37５．0

6９5．5６

RL_Wheeｌ_ｃenter

1265.0

37５．0

825．０

Right_RCＡ_pivot

6８9．37

３75.0

-363.２2

Riｇｈt_RCA_oｕｔeｒ

1265.０

375．0

-695.5６

RR_Ｗｈｅｅl_cｅnteｒ

1２6５.0

375.0

-82５.0

以此为基础,创建汽车的后悬架，并建立弹簧，弹簧刚度1６０.2，阻尼６000,如下图：

图2—3汽车的底盘

2.６建立路面谱

按照GB7２５8-20０4规定,行车制动性能的试验应在平坦、干燥和清洁的硬路面（轮胎与路面之问的附着系数不应小于0．７）上进行．被测车辆沿着试验车道的中线行驶至高于规定的初速度后，置变速器于空档，当滑行到规定的初速度时,急踩制动，使机动车停止，测量机动车的制动距离。

所以路面应满足下列条件：

第一、地面谱的位置应处于轮胎的下方；第二,地面的向上的方向应是轮胎所处的一侧;第三,地面谱的大小要满足实验的需要,如，附着系数大于0．7．本实验采用软件自带的C级路面谱,安装类型：

mｄi_2d＿ｆlat

方向设定为：

ＤireｃtionVｅctors

XVｅctoｒ（1.0,0.0,0.0,）,　Y　Ｖｅｃtoｒ（0．0，1．０，0．0，）

2.７建立轮胎谱

ADAMS提供了五种轮胎模型:

Dｅｌft轮胎模型、Ｆialａ轮胎模型、Sｉmitheｒ是轮胎模型、UA轮胎模型以及用户自定义轮胎模型。

本题是进行制动仿真，涉及车辆的操纵性以及