客車制動力調節優化設計

【文章摘要】

 

 

 

依據汽車制動過程的受力理論， 在制動強度z 在0.2-0.8 內, 附著系數φ 越靠近z 時, 地面的附著條件利用越充分, 汽車軸間制動力分配越合理。由此據ECE 制動法規優化建模后最終確定最佳制動器制動力分配系數，進而選定制動閥。本文還通過一臺客車實例進行了優化設計

 

 

 

【關鍵詞】

 

 

 

前、后軸利用附著系數、；制動強度z ；制動力分配系數；曲線；

 

 

 

1 優化建模

 

 

 

1.1 目標函數建立

 

 

 

附著系數φ 在制動強度z=0.2-0.8 區域內, φ 越靠近I 曲線。說明附著條件利用越充分, 前后軸制動器制動力分配越合理。因汽車裝載不同工況下使用頻率不同, 故在實際設計時, 分別在滿載與空載時、用前后軸利用附著系數與制動強度Z 的差值平方和、乘以相應的權值。當制動強度z 在0.2-0.8 區域變動時, 相隔0.01 取一個z 值。根據汽車空載和滿載前后軸利用附著系數曲線與理想線間差值平方和為最小建立目標函數。如下（1-1）式。式中w——滿載工況加權值

 

 

 

圖5 登錄界面VI 前界面

 

電子制作

 

 

 

（ 1-1）

 

 

 

1.2 約束條件制定

 

 

 

據ECE 制動法規要求；汽車在不同載荷及不同路面工況下。對M2 、M3 類客車前后軸制動器制動力分配約束如下:

 

 

 

對于附著系數φ 在0.2-0.8 之間， z ≥ 0.1+0.85(φ-0.2); z 在0.15-0.3 之間時, 各車軸的利用附著系數曲線應位于φ=Z±0.08 兩條平行線之間; 當z ≥ 0.3 時, 后軸利用附著系數應滿足φ ≤ (z- 0.0188)/0.74; 據此建立約束方程如下:

 

 

 

（ 1-2）

 

 

 

（ 1-3）

 

 

 

（ 1-4）

 

 

 

（ 1-5）

 

 

 

（ 1-6）

 

 

 

（ 1-7）

 

 

 

至此, 已完成了制動力分配比優化設計的全部建模

 

 

 

2 優化設計

 

 

 

2.1 設計實例

 

 

 

該客車為雙回路氣壓鼓式制動器系統, 該車的原始數據見表2-1。設計要求；采用固定制動器制動力分配系數, 優化后滿足制動法規對制動時方向穩定性和制動距離的要求。畫出該車的I 曲線、線、ECE 法規制動力分配曲線（略）

 

 

 

根據上述數學模型, 采用Matlab 軟件, 求解:

 

 

 

分別取w=0.5 ；0.75 ；1，目標函數相應解得最小值分別為minf=0.198749 ； 0.194253 ；0.144753 其對應的β 等于0.451 ；0.467 ；0.471

 

 

 

根據上述解；β 應在0.451 至0.471 范圍內選取。實際客車滿載大于空載工況, 故取β 為0.47。并按β=0.47 選取制動總泵或比例法、限壓閥。確定前后輪制動氣壓輸出比。

 

 

 

3 制動力分配后性能分析

 

 

 

3.1 穩定性

 

 

 

空、滿載下、同步附著系數由(3-8) 式確定

 

 

 

（ 3-8）

 

 

 

計算空滿載下、同步附著系數分別為=0.921、=0.773,。據汽車理論制動穩定性要求, 該客車優化后適合大多數路面（0.2-0.8）行駛, 空滿載工況下, 均能滿足制動時前輪比后輪先抱死, 即為穩定工況。

 

 

 

3.2 制動附著效率

 

 

 

附著系數的利用程度用制動附著效率表示。空滿載下，當β 為0.47 時、不同制動強度下的附著效率見表3-2。該車在不同路面下的制動附著效率符合ECE 法規要求的

 

 

 

3.3 制動距離

 

 

 

上述客車在φ 為0.7 的道路上，初速度為30km/h 制動時，最大制動減速度和制動距離S 的計算如下: 在滿載工況, 因同步附著系數為0.773、大于道路附著系數φ, 故制動時前輪先抱死。最大制動減速度滿載由(3-9) 式可得:

 

 

 

(3-9)

 

 

 

制動距離s 滿載由(3-12) 式可得:

 

 

 

（3-10）

 

 

 

在空載工況, 因道路附著系數0.7 小于同步附著系數0.920 故制動時前輪先抱死。是穩定工況，空載時最大制動減速度由(3-9) 式可得:

 

 

 

制動距離s 空載由(3-10) 式可得:

 

 

 

式中

 

 

 

V; 汽車制動初速度, 單位km/h;

 

 

 

φ; 道路附著系數;

 

 

 

、; 分別為制動反應時間和減速度上升時間; 單位s

 

 

 

; 客車空載、滿載制動距離; 單位m

 

 

 

; 取0.4 ；單位s

 

 

 

該客車空滿載工況下的制動距離分別為8.565m 和9.107m, 均滿足制動法規對制動距離的要求。上述說明；制動器制動力分配優化后、制動時的方向穩定性、制動距離、制動附著效率均能滿足法規要求。

 

 

 

通過以上優化設計證明了，優化模型的、目標函數的建立是是可行的，設計實例的計實際制動器制動力分配系數β 選擇合理，在大部分道路條件下、空滿載下總是在理想的制動力分配線（I 曲線）下方。制動減速度，制動距離、制動附著效率均滿足法規要求。

 

 

 

在實際應用中，為了安全考慮，汽車不在同步附著系數的路面上行駛時，且制動效率要求較高時，最好選擇感載比例閥，由傳感器采集車輛的載荷，在反饋感載比例閥，使β 線出現拐點。即制動力達到限值的時候，改變制動氣壓力，進而是實現客車安全制動效能。

 

 

 

【參考文獻】

 

 

 

[1][ 美]L. 魯道夫，陳名智. 汽車制動系的分析計算. 北京：機械工業出版社，1985

 

 

 

[2] 余志生. 汽車理論. 北京. 機械工業出版社，2009

 

 

 

[3] 劉惟信. 汽車設計[M]. 北京: 清華大學出版社,2001.

 

 

 

[4] 王望予 汽車設計( 第四版). 北京: 機械工業出版社，2004