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附着系数的大小受诸多因素的影响与滑移率密切相关。仔细观察汽车

归档日期:07-04       文本归类:地面照射率      文章编辑:爱尚语录

  附着系数的大小受诸多因素的影响与滑移率密切相关。仔细观察汽车制动过程 可以看出轮胎留在地面上的印痕从车轮滚动到抱死拖滑是一个渐变的过程。随着制动强度的增加 车轮滚动的成分越来越小 而滑动成分越来越大。一般用制动滑移率来说明制动过程中滑动成分的多少。除滑移率之外 附着系数的数值主要决定于道路的材料、路

  附着系数的大小受诸多因素的影响与滑移率密切相关。仔细观察汽车制动过程 可以看出轮胎留在地面上的印痕从车轮滚动到抱死拖滑是一个渐变的过程。随着制动强度的增加 车轮滚动的成分越来越小 而滑动成分越来越大。一般用制动滑移率来说明制动过程中滑动成分的多少。除滑移率之外 附着系数的数值主要决定于道路的材料、路面的状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车运动的速度等因素。另外不同轮胎的附着系数与滑移率曲线也不同 一般来说子午线轮胎具有较大的附着系数。附着系数与滑移率之间的关系曲线是 系统进行调节的主要依据 典型的附着系数与滑移率曲线如图 所示。根据仿真研究精度的需要 对于纵向附着系数本文选用如图 简化的双线性模型【 表达式如下 制动滑移率与纵向附着系数关系式中轮胎纵向附着系数 轮胎与地面之间纵向峰值附着系数轮胎抱死时的纵向附着系数 轮胎的纵向最佳滑移率即是峰值附着系数点处的纵向滑移率车轮的纵向滑移率。对于侧向附着系数 其计算公式为 由于侧偏角对侧向附着系数有很大的影响如在计算中考虑【 可以简化为图 所示 制动滑移率与侧向附着系数关系当侧偏角小于风时侧向附着系数与侧偏角是线性关系。之后 侧向力达到附着极限 整个轮胎侧滑。其计算公式为 轮胎的侧偏角轮胎的侧偏角是轮胎接地印迹中心位移方向和车轮平面与地平面交线的夹角。车轮的侧偏角是由汽车在行驶过程中因为受到路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时的离心力等作用所引起的。对于牵引车四个车轮的侧偏角计算公式如下 左前轮 右前轮 分别表示左前轮右前轮 左后轮 右后轮的轮胎侧偏角。 轮胎的垂直载荷轮胎的纵向力、侧向力都是由轮胎所受地面的法向反力与轮胎和地面之间的摩擦力的乘积。轮胎所受的地面法向反力 即轮胎的垂直载荷 的变化对轮胎的纵向力、侧向力以及回转力矩均有较大的影响 从而影响整车的运动过程。由于轮胎的垂直载荷的变化又受到整车运动过程中侧向和纵向的加速度影响而产生变化 首先轮胎的垂直载荷应分为静态载荷和动态载荷两部分。而其动态载荷部分又分为受纵向加速度影响和侧向加速度影响的部分。对于全挂汽车列车牵引杆上的作用力也直接影响牵引车及挂车的轴荷分配。下面分别就各个车轮的载荷进行分析【 轮胎静载荷所谓轮胎的静态载荷就是整车在静止或者匀速行驶的情况下左前、右前、左后、和右后四个车轮各自所受的地面法向反力。通过分析得到牵引车的轮胎静载荷数学表达式如下 左前轮 纵向轮胎动载荷由于车辆在制动过程中的纵向加速度对前后轮胎的垂直载荷的变化产生影响前轮的垂直载荷增大 而后轮的垂直载荷相对就减小。牵引车各个车轮变化的动载荷表达式如下 ‰一躺协 后轮 侧向轮胎动载荷左黼。一等 后轮一热 为牵引杆力为牵引杆架距地面的高度。 轮胎总垂直载荷根据上面对静态垂直载荷 纵向、侧向轮胎动载荷以及牵引杆动载荷的分析 可以得到轮胎在制动过程中总的垂直载荷 如下 左前轮 分别表示左前轮右前轮 左后轮 右后轮的轮胎所受地面的法向反力。车轮上的载荷不可能小于零 所以当车轮载荷小于、等于零时用零代替。当车辆一侧两个轮胎载荷都为零后 车辆继续行驶下去必然导致翻车 造成破坏性后果 因此当一侧两轮胎载荷之和等于零即停止仿真程序的运行。对于挂车 牵引杆引起的动载荷如下式 前轮 挂车的静载荷纵向、侧向加速度引起的动载荷只需将公式中的下标 改为下标 即可 本文不一一例述。可得挂车的各轮总载荷 等一热左后轮 牵引杆受力针对汽车列车直线制动进行研究因此只考虑牵引杆的纵向作用力 忽略其他次要因素【 其中为挂车的制动力分配系数 分别为牵引车和挂车的制动强度。非稳态行驶时列车连接装置中的纵向力当列车紧急制动或司机猛抬离合器踏板时 或牵引车与挂车制动不协调 由于连接装置中具有弹性元件以及目前连接装置中不可避免地存在着一定的间隙 引起挂车与牵引车之间的窜动和冲击。这样的窜动和冲击将引起牵引力的 短时间巨大变化。图 牵引车和挂车制动时的碰撞 当列车突然制动或猛抬离合器踏板时 或牵引车和挂车制动不协调 便会在牵引链接装置中产生较大的冲击碰撞。当碰撞相对位移 在缓冲元件的弹性范围内时 其中为缓冲元件刚度 当相对位移超过缓冲弹簧的最大行程么 其中为缓冲元件刚度 为车体的刚度。缈 制动器模型制动器模型用于在计算过程中给出各个车轮制动器在一定输入条件下所输出的制动力矩。以往的模拟计算经常用梯形模型 与实际的 曲线误差较大。本文采用的方法是先建立气动系统的压力一时间模型 模型然后再建立制动器的力矩 压力模型 压力时间模型对气动系统来说制动气室是最重要的部分 研究制动气室的建模获得 模型通常有两种方法 理论建模和辨识建模。 理论建模制动气室充、放气过程可以建立相应的物理方程来求解 这一过程可以用气体状态方程和气体连续方程来描述。其思路是 先通过气体流量方程求出进入制动气室的气体质量 再利用气压状态方程解除相应的压力 这是充气过程。放气过程也是如此。充、放气过程由于时间短、速度高 可以将整个过程看成绝热过程。对于充气过程 根据气体连续性方程 气体通过制动气室入 小孔的瞬时流量可表达为 最小截面积‰一气体常数 空气 一绝热指数 互一气室中绝对温度 一分别为气室入 上、下游的压力。这里瞬态流量有两个表达式 在充气的初始阶段压差较大 气体流速以音速流动 时气体以亚音速流动根据上、下流的压力比 。的大小 确定采用不同的计算公式 因为式 的瞬态流量只涉及上、下游的压力差所以对压力释放过程也适用 只是 是变化的。理想气体状态方程符合下述关系 为压力级为气体质量 为气室容积。假设气室容积 为常数 因为在气室充气过程中 气室在很短的时间内 约占整个动态过程的 时间 影响气室容积的气室膜片就变形与气室内腔一致 所以气室容积可视为不变 充、放气视为绝热过程 系统与外界无热量交换 其状态方程可表达为 常数 一气体质量密度可表达为 式微分并结合式得到下式鲁 解此微分方程对亚音速区由于 卅的表达式比较复杂而变得困难 需要对 删得表达式作近似 寻求比较简单的表达式才能解出微分方程 可以采用数值方法很方便地用计算机解出 只要时间步长足够小 就可以得到足够高的精度。解微分方程所用初始条件有所不同 对充气过程气室的气压开始为 而外部气压为 放气过程则恰好相反。如果计算误差较大 可以对公式 进行修正引入修正系数 比值不一定是常数但为了简化及便于应用 取一个平均值得到一个常数修正系数 用修正后的计算公式得到的曲线与试验曲线有很小的误差所以修正后的计算公式有很高的精度 十分适合于计算机模拟制动性能。 辨识建模动态系统辨识是研究如何从动态系统的输入和输出数据来建立系统数学模型的理论和方法 系统辨识是根据试验数据用拟合法估计出系统的数学模型。合理地确定模型结构是系统辨识的关键性问题 通常包括系统每一细节的精确模型是复杂的高阶系统。从工程实用观点来看 需要的常是一个足以反映系统本质的尽可能简单的模型 因此要在模型的简单性和精确性之间寻求工程上的折中方案 这要求作出合理的假设 以简化模型的结构 因此对气室系统建模一般采用一、二阶系统来近似。之所以用标准的一、二阶系统来建模是因为在控制问题中 标准的一、二阶系统控制方法早已成熟 将气室化为标准的模型则为今后的控制及气室组成的控制系统的计算机模拟带来方便 并有利于分析这类系统。在实际应用中 经典的方法常用阶跃响应法和频率响应法。阶跃响应法试验简单 且与动态的响应曲线相一致 故我们选择阶跃响应法。一阶系统的阶跃响应传递函数为 静态放大系数系统时间常数。一阶系统的阶跃响应时域解为 本文采用的数学模型为升压罡 前一时刻对应的压力只后一时刻对应的压力 制动系统最大压力丁 系统时间常数 力矩 压力模型关于制动系统压力 与制动力矩 的转换特性 可以通过两种途径获得 一种是通过试验来测定 一种是通过计算制动器因数的方法来计算。本文采用前一种方法。可以得到 其中为制动器制动因数。 本章小结本章主要根据全挂汽车列车的动力学理论建立制动过程的数学模型 利用“统一轮胎模型’’建立了列车制动轮胎受力模型 以及车轮动态载荷和制动器模型等子模块的数学模型。通过这些数学模型的建立 为下面仿真模型的建立和在各种工况下的制动过程的仿真与分析提供一个必要的前提条件。 第四章全挂汽车列车制动仿真模型的建立 仿真软件的应用车辆动力学仿真是随着计算机软、硬件技术的发展而发展起来的【 。作为一种图形化界面的仿真建模软件 拥有两大显著特点 即其强大的矩阵运算能力和完美的图形可视化界面功能 使得它成为国际控制领域应用最广的计算机工具。功能基于 语言环境的 软件用户界面友好 操作方便 是目前工程界常用的仿真工具。 是美国 公司自 年开始推出的一种使用简便的工程计算语言 它对控制系统的理论及计算机辅助设计技术起到了巨大的推动作用。 软件是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。是用 语言建立的一种新型的图形建模工具 它免去了程序代码编程带来的低效与繁琐 既可用于动力学模拟也适用于控制系统的设计 各种功能模块化 可以直接用鼠标拖放模块 建立信号连接 进行建模。它可以处理的系统包括 线性、非线性系统 离散、连续及混合系统 单任务、多任务离散事件系统。它是一个开放的系统 各种成熟的工具箱不断扩展并加入到系统中。它是以模块进行建模 控制系统和控制对象可以分别进行建模 每个子模块的参数可以单独修改 不影响其他模块的运行 从而给系统的扩展带来了方便。由于被控对象的模块化、标准化 采用不同控制模块可以对比不同控制方式的优劣 从中选择最佳的控制算法。应用 进行车辆动力学控制系统建模的优点在于 控制系统与车辆动力学系统有机的溶于一体。目前 软件由于其自身的众多优点 己经被汽车行业作为系统建模和控制仿真的首选之一。应用 进行车辆动力学系统建模 根据应用目标的不同可以完成下而几种工作 非实时车辆动力学模拟 用于验证控制逻辑 用纯软件模拟研究控制逻辑 不需要控制器硬件 这样可以反复调整算法 寻求一种鲁棒控制器。 既有大量的线性、非线性模块 也有多种控制功能模块。 实时动力学模拟 用于实时硬件闭环模拟系统 为实时计算可以采用较少自由度的模型以突出主要问题 如进行制动研究 可以不考虑驱动系统和悬架系统。 具有加速功能的工具箱 模型转换为语言代码 它可以在许多环境下运行 并大大加快运行速度。 系统的验证 目前越来越多的车辆动力学控制采用基于模型的控制 采用 可以内置的实时模型 用状态估计器和状态观测器进行状态估计和

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