拖挂式病房制动过程动态仿真研究

拖挂式病房制动过程动态仿真研究

动力是汽车安全驾驶的重要保障。改善汽车的制动性,始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。在制动性能的研究中经常需要计算速度、加速度、制动距离、制动力、载荷、附着力等参数,而制动过程,是变加速运动,用手工或用其它语言编程去完成上述参数的计算,非常繁杂。MATLAB/SIMULINK软件是一种图形化的仿真建模软件,在模型创建以后,可以通过SIMULINK的菜单命令或MATLAB的命令窗口输入命令对它进行仿真。用MATLAB/SIMULINK软件研究拖挂式房车制动性能,可将复杂的问题,变为简单、直观、便捷的图形化仿真建模。1拖挂式客车制动工况建模在对拖挂式房车的制动力分配关系计算时,可以忽略一些次要因素,作如下的一些假设:拖挂式房车各车轮在地面的附着情况相同,即有相同的附着系数;不考虑附着系数随车速的变化;左右车轮的制动器工况相同;房车和牵引车铰接点纵向为刚性连接,房车和牵引车在每一瞬时都具有相同的减速度。根据图1所示的受力图对拖挂式房车进行受力分析,建立下列方程。m,mt——牵引车质量、房车质量,kgL,Lt——牵引车轴距、房车轴到铰接点的纵向距离,mj——制动减速度,m/s2设拖挂式房车列车制动器制动力的分配系数分别为β1,β2,β3,即β1=Fμ1Fμβ2=Fμ2Fμβ3=Fμ3Fμβ1=Fμ1Fμβ2=Fμ2Fμβ3=Fμ3Fμ式中,Fμ1,Fμ2,Fμ3分别为牵引车前轮、后轮、房车车轮制动器制动力;Fμ为制动器总制动力。2悬挂式车辆减速时的模拟模型根据上述方程,利用SIMULINK软件,建立拖挂式房车制动过程的仿真模型(图2～图6)。3制动制动过程在地面附着系数为0.8的地面上,拖挂式房车列车制动器制动力的分配系数β1,β2,β3分别为:0.40,0.25,0.35,以初速度为100km/h匀速行驶1s后,以图7中的制动器总制动力进行制动,得到图8～图13仿真曲线。图8中,在制动初期,由于地面的制动力小于附着力,此时车轮滚动时的地面制动力Fxb就等于制动器制动力F,且随踏板力增长成正比地增长。当地面制动力等于附着力后Fxb=Fφ,尽管制动器制动力仍在呈线性增加,但地面制动力达到了最大不再增加,此时Fxbmax=Fzφ。由此可见,汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力,但同时又受地面附着条件的限制,所以只有汽车具有足够的制动器制动力,同时地面又能提供高的附着力时,才能获得足够的地面制动力。在制动过程中,各轴车轮的制动力变化见图9。图9中,可以看出各轴的抱死顺序,牵引车前轴先抱死(在a点开始抱死),然后到房车车轴(在b点开始抱死),最后到牵引车后轴(在c点开始抱死)。这样的抱死顺序,对拖挂式房车制动稳定性是有利的,说明制动力分配系数较为合理。图10中,前1s还没有开始制动,以100km/h的速度匀速行驶,在1s后进行制动,随着制动力的增加、制动加速度的增大,速度不断减小,直至停止。图11中,前1s还没有开始制动,加速度为0,在1s后进行制动,随着制动力的增加、加速度的不断增大,直至各轴都抱死,地面制动力达到最大,此时加速度也达到最大,图中的折点反映出各轴先后抱死,与图9中的折点a、b、c相对应。图12中,反映了拖挂式房车的制动时间历程,从1s开始制动,到5.47s停止,制动距离为73.66m。图13中,反映了制动过程各轴载荷随制动减速度的变化,随着制动力、制动减速度的增加,由于惯性力的作用,载荷发生转移,其中牵引车前轴的载荷,随着加速度的增加而不断增大;房车车轴的载荷,随着加速度的增加而不断减少;而牵引车后轴的载荷,变化不大。4制动力分配系数从对拖挂式房车制动过程的仿真,可以看出SIMULINK方法能直观、准确地反映制动过程中的重要参数的变化,并可通过改变其中的一些参数,如通过改变制动器总制动力的变化速率,来模拟缓慢制动与紧急制动工况;通过改变制动力分配系数,观察各轴的抱死顺序的变化,进而研究制动力分配系数的合理与否等,为拖挂式房车制动性能的研究提供有力的工具。对房车Fz3Lt=mtgc2-mtj(hgt-h)-Fxb3h(1)对整车由式(1)～式(4)可得制动过程中各轴车轮的法向反作用力Fz1,Fz2,Fz3———地面对牵引车前轮、后轮、房车车轮的法向反作用力,NF,Fz———两车铰接点对整车的切向作用力及法向作用力,