重型汽车电控液力缓速器整车制动性能仿真与分析
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摘要
本文结合吉林省科委的“车用智能液力缓速器关键技术研究”项目(合同编号:20050317-1),进行重型车液力缓速器整车制动性能仿真与分析方面的研究,内容如下:
(1)概述汽车制动系统及液力缓速器的工作原理和特点,对液力缓速器进行了分类,并分析了液力缓速器的研究现状和本文的研究意义。
(2)对车辆制动过程和制动性能的评价指标进行了分析,为建立整车制动仿真模型奠定基础。
(3)以液力传动理论为指导,在对液力缓速器缓速性能进行分析基础上,建立液力缓速器缓速性能数学模型,推导出液力缓速器缓速扭矩与动轮转速的关系式,并分析了不同充液量对缓速性能的影响。
(4)在液力缓速器进行台架性能试验基础上,对台架实验结果进行了分析,并计算出液力缓速器不同充液量时的制动扭矩系数λM和空转时的损失系数λA,为仿真模型中对液力缓速器的建模提供依据。
(5)利用Matlab仿真软件对整车制动过程和基于液力缓速器的联合制动进行了仿真,在整车制动性能试验和分析仿真结果与制动性能试验结果基础上,预测车辆装有液力缓速器的整车制动性能,并分析了液力缓速器对整车制动性能的影响。采用Matlab/Stateflow仿真恒速下坡时的控制逻辑,所建立的仿真模型能够很好的模拟真实的下坡制动特性。从而为有效预测车辆安装液力缓速器的制动性能提供可行方法。
研究表明,安装液力缓速器以后可以明显提高车辆的制动性能,如在紧急制动时的仿真结果表明,能使制动时间减少20%,制动距离缩短20%。车辆需要减速时可以使用液力缓速器代替行车制动器,吸收车辆的动能。通过整车制动试验结果和仿真结果对比,平均误差为3.1%,验证了仿真模型的正确性。
本文对装有液力缓速器的车辆所进行的制动性能预测、仿真与试验研究,为液力缓速器的开发与应用,提供了一定的理论依据、技术参考和可行的研究方法。
With the request of people to the vehicle safety and the comfort, it is much more important to enhance the vehicle brake performance. Especially the city buses, the heavy vehicles and the coaches, which drive in the mountain area, must be equipped with auxiliary braking system, because the auxiliary braking system can obviously reduce the load of the service brake. Hydraulic retarder has many advantages such as: high braking power, high brake stabilization and durable performance . So the applications of the Hydraulic retarder are more and more wide. Sum up, it is necessary to research the relationship between Hydraulic retarder and the vehicle brake system.
According to the project of vehicle intelligent hydraulic retarder key technology research, do the following :
(1)The dissertation summarizes the brake system of vehicle and introduces the working principle and characteristics of hydraulic retarder.
(2)The analysis of vehicle Braking process, are the foundation for simulation model.
(3)Make performance experiments of hydraulic retarder; and analyze experimental data to calculate the parameters of the retarder, such as:λM,λA,ξcj,ξmc.
(4)Using MATLAB, this paper processes the dynamic simulation of the vehicle brake process and hydraulic retarder combine brake. Based on the vehicle brake experiment, the analysis of simulation results and the results of brake performance experiment, this paper forecasts the brake performance of vehicles which equip the hydraulic retarder and analyzes the effects the hydraulic retarder to the brake performance. Using Matlab/Stateflow, control logic of constant speed is established.
The research shows: in emergency braking simulation, hydraulic retarder can reduce 20% of brake time and brake distance. The hydraulic retarder also can replace the service brake system sometimes. Base on the compare of vehicle brake experiment and simulation, proved the simulation model is true.
The researches of this paper afford theory gist, technology reference and viable research method for the exploitation and application of hydraulic retarder.
(1)概述汽车制动系统及液力缓速器的工作原理和特点,对液力缓速器进行了分类,并分析了液力缓速器的研究现状和本文的研究意义。
(2)对车辆制动过程和制动性能的评价指标进行了分析,为建立整车制动仿真模型奠定基础。
(3)以液力传动理论为指导,在对液力缓速器缓速性能进行分析基础上,建立液力缓速器缓速性能数学模型,推导出液力缓速器缓速扭矩与动轮转速的关系式,并分析了不同充液量对缓速性能的影响。
(4)在液力缓速器进行台架性能试验基础上,对台架实验结果进行了分析,并计算出液力缓速器不同充液量时的制动扭矩系数λM和空转时的损失系数λA,为仿真模型中对液力缓速器的建模提供依据。
(5)利用Matlab仿真软件对整车制动过程和基于液力缓速器的联合制动进行了仿真,在整车制动性能试验和分析仿真结果与制动性能试验结果基础上,预测车辆装有液力缓速器的整车制动性能,并分析了液力缓速器对整车制动性能的影响。采用Matlab/Stateflow仿真恒速下坡时的控制逻辑,所建立的仿真模型能够很好的模拟真实的下坡制动特性。从而为有效预测车辆安装液力缓速器的制动性能提供可行方法。
研究表明,安装液力缓速器以后可以明显提高车辆的制动性能,如在紧急制动时的仿真结果表明,能使制动时间减少20%,制动距离缩短20%。车辆需要减速时可以使用液力缓速器代替行车制动器,吸收车辆的动能。通过整车制动试验结果和仿真结果对比,平均误差为3.1%,验证了仿真模型的正确性。
本文对装有液力缓速器的车辆所进行的制动性能预测、仿真与试验研究,为液力缓速器的开发与应用,提供了一定的理论依据、技术参考和可行的研究方法。
With the request of people to the vehicle safety and the comfort, it is much more important to enhance the vehicle brake performance. Especially the city buses, the heavy vehicles and the coaches, which drive in the mountain area, must be equipped with auxiliary braking system, because the auxiliary braking system can obviously reduce the load of the service brake. Hydraulic retarder has many advantages such as: high braking power, high brake stabilization and durable performance . So the applications of the Hydraulic retarder are more and more wide. Sum up, it is necessary to research the relationship between Hydraulic retarder and the vehicle brake system.
According to the project of vehicle intelligent hydraulic retarder key technology research, do the following :
(1)The dissertation summarizes the brake system of vehicle and introduces the working principle and characteristics of hydraulic retarder.
(2)The analysis of vehicle Braking process, are the foundation for simulation model.
(3)Make performance experiments of hydraulic retarder; and analyze experimental data to calculate the parameters of the retarder, such as:λM,λA,ξcj,ξmc.
(4)Using MATLAB, this paper processes the dynamic simulation of the vehicle brake process and hydraulic retarder combine brake. Based on the vehicle brake experiment, the analysis of simulation results and the results of brake performance experiment, this paper forecasts the brake performance of vehicles which equip the hydraulic retarder and analyzes the effects the hydraulic retarder to the brake performance. Using Matlab/Stateflow, control logic of constant speed is established.
The research shows: in emergency braking simulation, hydraulic retarder can reduce 20% of brake time and brake distance. The hydraulic retarder also can replace the service brake system sometimes. Base on the compare of vehicle brake experiment and simulation, proved the simulation model is true.
The researches of this paper afford theory gist, technology reference and viable research method for the exploitation and application of hydraulic retarder.
引文
[1] 余志生. 汽车理论. 北京:清华大学出版社,2002
[2] 陈家瑞. 汽车构造(下册). 北京:机械工业出版社,2000
[3] 时军、过学迅.车用液力缓速器制动器的现状与发展趋势.车辆与动力技术,2001(4)
[4] 陈荫山,余强,马健等. 辅助制动试验研究. 西安公路交通大学学报,2000(2)
[5] 过学迅.车用液力缓速器制动研究.华中科技大学硕士学位论文
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[9] 吴修义. 商用汽车液力缓速器. 世界汽车,No.6.2001
[10] 范守林. 福伊特液力缓速器(上). 商用汽车,2004(8)
[11] 吴修义. 德国福伊特(VOITH)液力缓速器. 汽车与配件,2005. No.12
[12] 范守林. 福伊特液力缓速器(下). 商用汽车,2004(9)
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[16] Helmut Schreck , Heinz Kucher , Bernhard Reisch. ZF Retarder in Commercial Vehicle [C]. SAE 922452,1992
[17] Uwe Bergmann, Gerhard E .Kahlau, Klaus Vogelsang, et al. State of Development and Future Prospects of Hydrodynamic Brakes for Trucks and Buses. SAE 922454, 1992
[18] Timothy J.Cooney,Joel E Mowatt. Development of a Hydraulic Rrtarder forthe Allison AT545R Transmission[R]. SAE 952606,1995
[19] Timothy J.Cooney , Paulo Roberto Cassoli Mazzali. The MT643R-An Automatic Transmission with Retarder for the Latin American Market[R]. SAE 973127,1997
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[22] 闫国军、李有义. 液力变矩器输出特性的变充液量调节. 工程机械,2000(3)
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