基于AMESim的汽车制动集能系统建模与仿真
摘要：汽车制动集能够提高经济性并降低排放。以amesim为平台，对某公共汽车制动集能系统进行设计与建模。以一定的初速度制动，分别对其制动集能过程和起步放能过程进行仿真，仿真算例表明制动集能能有效提高汽车燃油经济性，所建立的汽车制动集能系统模型能够便捷地用于汽车制动集能系统。设计，能够增强研发速度，节省成本。
关键词：制动能量回收 液压蓄能器 amesim
中图分类号：th86 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0092-01
汽车作为一种新的交通运输工具给人类社会带来了深远影响，但也给世界带来能源危机、环境问题，安全问题[1]。制动集能，又叫制动能量再生或制动能量回收，在制动时通过与驱动桥相连的能量转换装置将汽车的部分机械能转换为其他形式的能量，并储存在能量储存装置中，提高了整车燃油经济型，减少了污染物的排放[2～4]。本文以amesim为平台，对某公共汽车制动集能系统进行设计与建模对集能系统的研发具有促进意义。
1 并联式液压制动集能系统amesim模型的建立
模型由机械、液压、信号控制三部分组成：机械部分包括：离合器、变速器、传动轴、平动/转动转换器、车身质量块、踏板力传感器。液压部分包括：单向定量液压泵/马达、二位三通换向阀、液压蓄能器、溢流阀、单向阀、压力传感器、液压管路、过滤器、
油箱。信号控制部分：x/y比较环节、离合器控制信号、换向阀控制函数。
系统工作原理如下：首先以braking force处的k值模拟制动踏板力，经力传感器测定后与x/y比较环节处的k（设为0）进行比较，这里可以将制动踏板的受力情况简化为两种情形，即一种是踏板受力（此时k0）；另一种情形是踏板不受力（此时k=0）。当踏板受力时，离合器1结合，换向阀pa口通、t口止，表征系统开始制动集能，右边的机械部分可以设置汽车的制动初速度、质量等参数，这样系统便具有了初始动能，这部分能量以转矩的形式传递到液压泵的泵轴上，泵开始从油箱经换向阀的p、a口向蓄能器中泵油，储存在蓄能器中的氮气被压缩，车身的机械能转换为液压能在蓄能器中得以储存，其能量传递路线为：车身传动轴变速器离合器1液压泵单向阀换向阀p、a口液压蓄能器。
一、 前言
从汽车诞生以来，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演者至关重要的角色。制动系统是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的安全性。随着高速公路的快速发展和汽车流量的急剧加大及交通事故的不断增加，而且由制动系统的故障引起的交通事故占着很高的比例（近年来约占45%)。可见制动系统能否稳定、及时、有效的工作会直接影响汽车在工作时的安全性，平均车速和作业的效率。载货汽车长期要求高速、重载、长时间的持续作业，对汽车的制动性有很高的要求，现阶段的制动系统的发展虽然在一个高速的状态，但对于全产业都在急速发展的时代，特别是我们国家现阶段的高速发展，运输的压力会越来越重，只有提高制动系统的研究速度，才能给予货车运输以高效率高安全的保证。
二、载货汽车制动系统概述
一般载货汽车的制动系是由汽车行驶中暂时降低车速直至停车的行车制动装置和汽车停驶后仍能保持在原位，特别是在坡道上原地停住的驻车制动装置两套独立系统组成。重型汽车，尤其在超重型矿用自卸汽车，由于吨位大，行驶时车辆的惯性也大，需要制动力也就大，同时由于其特殊的使用条件，对汽车制动性能的要求与一般载货汽车有所不懂，制动系也有许多不同的型式。重型汽车除装设有行车制动、驻车制动装置外，一般还装设有应急制动和辅助制动装置;牵引车应有自动制动装置。为确保汽车行驶安全并且操纵轻便省力，重型汽车一般均采用气压式制动驱动机构;而气液综合式(即气推油式)制动驱动机构，在超重型矿用自卸汽车中得到了广泛地采用。全液压动力制动在超重型矿用自卸汽车中也已采用。制动管路广泛地采用了双管路系统。矿山使用的重型汽车，经常行驶在弯曲而坡度很大地坡道上，长期而又频繁地使用行车制动器，势必造成制动鼓内温度急剧上升，使摩擦片迅速磨损，引起“衰退现象”和“气阻现象”，而影响行车安全。
汽车在制动过程中，作用于车轮上有效制动力的最大值是受轮胎与路面间附着力的限制。如有效制动力等于附着力，车轮将停止转动而产生滑移。此时汽车行驶操纵稳定性将受到破坏。如前轮抱死，则前轮对侧向力失去抵抗能力，汽车转向将失去控制;如后轮抱死，由于后轮丧失承受侧向力的能力后轮则侧滑而发生甩尾现象。为了避免制动时前或后轮抱死，重型汽车上都装有前、后制动力分配的调节装置。由于国家标准的出台，目前出厂的重型汽车上都装用了在任何情况下制动时，都能避免车轮抱死的点子控制防抱死装置。
汽车制动系统课件
教案内容
一、教学内容
本节课为人教版《汽车制动系统》一章，主要介绍汽车制动系统的组成、工作原理及其维护。具体内容包括：制动系统的定义、分类和主要组成部分；制动系统的工作原理及其在汽车行驶中的作用；制动系统的维护与故障诊断。
二、教学目标
1. 了解汽车制动系统的组成、工作原理及其在汽车行驶中的作用。
2. 学会对汽车制动系统进行维护与故障诊断。
3. 培养学生的动手操作能力和团队协作精神。
三、教学难点与重点
重点：汽车制动系统的组成、工作原理及其在汽车行驶中的作用。
难点：制动系统的维护与故障诊断。
四、教具与学具准备
教具：汽车制动系统模型、多媒体教学设备。
学具：笔记本、彩色笔。
五、教学过程
1. 实践情景引入：讲解汽车制动系统在日常行车中的重要作用，引导学生关注制动系统的安全性。
2. 知识讲解：
(1) 介绍汽车制动系统的定义、分类和主要组成部分。
(2) 讲解制动系统的工作原理及其在汽车行驶中的作用。 (3) 讲解制动系统的维护与故障诊断方法。
3. 例题讲解：分析实际案例，讲解制动系统故障的诊断与排除方法。
4. 随堂练习：学生分组讨论，分析制动系统故障案例，提出解决方案。
5. 知识拓展：介绍新型制动系统及其发展趋势。
六、板书设计
汽车制动系统
组成：制动盘、制动鼓、刹车片、刹车蹄、制动油管、制动泵等。
工作原理：制动液传递压力，使刹车片或刹车蹄与制动盘或制动鼓接触，产生摩擦力，从而达到减速或停车的目的。
维护与故障诊断：定期检查刹车片、刹车蹄磨损情况；检查制动液液位和质量；诊断制动系统故障。
七、作业设计
1. 描述汽车制动系统的组成。
2. 简述制动系统的工作原理。
3. 列举制动系统的维护项目。
案例：一辆汽车在行驶过程中，突然出现制动失效现象，司机紧急刹车后，车辆仍无法停下，最终导致交通事故。
八、课后反思及拓展延伸
本节课通过讲解汽车制动系统的组成、工作原理及其维护，使学生了解了制动系统在汽车行驶中的重要性。在教学过程中，通过案例分析，使学生掌握了制动系统故障的诊断与排除方法。但在知识拓展方面，可以进一步介绍新型制动系统的发展趋势，以激发学生的学习兴趣。
第8章 汽车制动控制系统
汽车的制动性能是表征汽车行驶安全性的主要性能之一，它直接关系到行车安全性。重大的交通事故，往往与制动距离过长和紧急制动时汽车发生侧滑等制动系统问题有关。随着汽车拥有量不断增加和汽车平均行驶速度不断提高，由于制动系统问题导致的交通事故给人们带来的危害日益严重，研究和改善汽车的制动性能成为汽车设计与开发部门的重要课题。
8.1 汽车制动控制的理论基础
8.1.1 汽车制动时的受力分析
如果忽略车轮及与其一起旋转部件的惯性力矩和车轮的滚动阻力，汽车制动时车轮的受力情况如图8-1 所示。其中，W-车轮的径向载荷；FZ-地面对车轮的法向反作用力；Mb-制动器的制动力矩；Fp-车轴对车轮的纵向推力；FX-地面对车轮的切向反作用力；r0-车轮的工作半径；Fy-车轴对车轮的横向推力；FY地面对车轮的横向反作用力；V-汽车行驶速度；ω-车轮角速度。
FyFYFZFXVωMbr0WFpV
图8-1 汽车制动时车轮的受力分析
地面对车轮的切向反作用力FX使车辆产生减速度，称之为地面纵向制动力；地面对车轮的横向反作用力FY可阻止车轮侧向滑移，称之为地面防侧滑力。
地面制动力是在制动器的制动力矩作用下产生的，在车轮没有拖滑时，地面制动力主要取决于制动器制动力矩的大小，即FX=Mb/r0 。但是，最大地面制动力FXmax=φXFZ (φX为地面纵向附着系数)。也就是说，在紧急制动情况下，地面纵向附着系数对制动效果有着直接的影响。最大地面防侧滑力FYmax=φYFZ (φY为地面横向附着系数)。即地面横向附着系数的大小对防止车辆侧滑、甩尾起着决定性的作用。
大量试验已经证明，轮胎与路面之间的附着系数主要受到三方面要素影响，即：①路面的类型、状况；②轮胎的结构类型、花纹、气压和材料；③用于表征车轮运动状态的滑移率S。
8.1.2 滑移率与路面附着系数的关系
滑移率S的定义如下：
1000VrVS 车轮被完全抱死时， = 0，S = 100；车轮作纯滚动时，r0=V，S=0。通过试验研究，某种路面的地面附着系数与滑移率之间的关系如图8-2所示。
