基于AMESim的汽车液压制动系统HBS仿真研究

software named AMESim was used to establish the model of a part of the brake system. The dynamic characteristic and the influences of
design value on performance were analyzed. This is helpful for design of vehicle anti-lock brake system HBS.
图 5 比例阀小弹簧预压力影响 图 6 比例阀小弹簧刚度影响
图 11 高压阀弹簧刚度影响 从仿真结果可以看出，比例阀大弹簧预压力、高压
阀预压力对 HBS 动态特性影响较大。 前者主要影响限 压制动时的压力大小，后者主要影响限压时间。
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液压气动与密封/2009 年第 2 期
基于 Simulink 的电液比例溢流阀频响仿真
1 HBS 简介
评价车辆制动性能的优劣只要包括三方面： 一是制动 效能。 即制动距离的长短和制动时减速度的高低；二是 制动效能的恒定性。 即连续制动后，制动器的抗热衰退 或车辆过水后的抗水衰退能力； 三是制动时汽车方向 的稳定性， 即制动时， 特别是紧急制动时汽车不会跑 偏、侧滑以及不失去转向能力。 目前汽车制动安全系统 主要有机电一体化的 ABS 防抱死系统和机械式 MABS 系统。 ABS 防抱死系统是由电子控制器、轮速传感器、
汽车制动停车全过程， 即低压抱合制动-限压制动-高 压抱死制动。
由于前轮的高压阀弹簧预压力调定值比后轮低， 后轮的高压阀打开晚， 故可以保证后轮不会比前轮先 抱死，不会发生车辆侧滑、甩尾甚至失去调头操纵性。
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3 动态特性仿真分析
3.1 AMESim 软件介绍 AMESim 是 IMAGINE 公司于 1995 年 推 出 的 专 门
试验结果（见图 3）与仿真结果（见图 4）的压力动 态特性变化规律吻合， 因为在建模过程中忽略了油液 的摩擦力及泄漏等影响， 仿真结果与试验结果稍有不 同，但是所建立的模型能够反映出 HBS 的动态特性。
图 3 动态特性试验结果
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.2.2009 图 7 比例阀大弹簧预压力影响
中 图 分 类 号 ：TH137
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1008-0813(2009)02-0035-04
Simulation Study of Automobile Anti-lock Brake System HBS Based on AMESim
GAO Wei YAO Jin SHI Yan-feng
收 稿 日 期 ：2008-06-03 作 者 简 介 ：高 伟 （1982-），男 ，湖 北 省 安 陆 市 人 ，在 读 研 究 生 ，主 要 从 事 机 械动力学仿真和液压系统仿真研究。
时，HBS 将制动压力控制在车轮抱合滚动的限压状态， 获得较大的减速度。 当车速降低时， 再让车轮完全抱 死，其过程平稳流畅，可以有效缩短制动距离，避免刹
制 动 系 统 HBS，并 采 用 AMESim 软 件 建 立 仿 真 实 验 模 型 ，验 证 了 HBS 的 正 确 性 和 有 效 性 ，分 析 了 比 例 阀 和 高 压 阀 各 结 构 参 数 对 HBS
动态性能的影响，为 HBS 系统的设计、改进及预测提供依据。
关 键 词 ：防 抱 死制 动 系 统 ；AMESim；仿 真 ；动 态 性 能
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液压气动与密封/2009 年第 2 期 车时特别是应急刹车时因车轮抱死而导致车辆甩尾。
2 HBS 结构和工作原理
图 1 为 HBS 结构图， 主要由高压阀和比例阀两大 部分组成。 高压阀由阀体支撑件 2、调整螺母 10、高压 阀弹簧 11、高压阀阀芯 12 等组成。 比例阀由调整螺母 3、比例阀大弹簧 4、比例阀小弹簧 5、比例阀阀杆 6、比 例阀阀芯 7、比例阀阀座 8、密封螺塞 9 等组成。
(School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)
Abstract: Anti-lock brake system is important for the safe driving of vehicle. In order to improve anti-lock brake system, the
Key Words: anti-lock brake system; AMESim; simulation; dynamic characteristic model
0 前言
近几年来，随着我国经济的持续发展，汽车数量日 益增加，交通安全事故也逐年递增。 据《上海日报》的报 道， 中国参与交通的车辆加起来大约是全世界交通车 辆的 3%，但交通事故占全球的 15%，每年因此而死亡 10 万人左右。 中国公安部 2007 年交通事故的统计显 示，全国共发生道路交通事故 327 209 起，造成 81 649 人死亡、380 442 人受伤，直接财产损失 12 亿元。 但各 方面，其中包括中国有关方面，都认为这个数字过低， 真正的交通事故要远远超出这个数字。 降低交通事故， 保障人民的生命和财产安全已成为全社会密切关注的 问题。
图 1 HBS 结构图 1-阀体 2-阀体支撑件 3-调整螺母 4-比例阀大弹簧 5-比例阀小弹簧 6-比例阀阀杆 7-比例阀阀芯 8-比例阀阀座 9-密封螺塞 10-调整螺母
11-高压阀弹簧 12-高压阀阀芯 该液压制动系统安装在汽车总泵与前、 后轮分泵 之间的制动油路中。 进口接汽车的总泵，出口接汽车的 分泵。 汽车总泵出来的压力油分别进入高压阀、比例阀 进入前后轮分泵。 其工作原理为：压力油流动过程中， 分泵的压力逐渐升高至比例阀调定的压力， 压力油不 能通过比例阀至前轮分泵， 分泵保持比例阀调定的压 力，即临界抱死压力，汽车获得较大的减速度。 当总泵 来油的压力继续升高至比例阀小弹簧的调定压力时， 阀口打开，分泵压力缓慢升高。 当油压力升高至比例阀 大弹簧调定压力时， 由于比例阀阀杆右端面面积大于 左端，比例阀阀座与阀杆为螺纹连接，阀杆带动阀座将 向左移动，使阀口关小，压力继续升高。 当油压升高至 高压阀调定压力时，高压阀打开，高压油进入前、后轮 分泵，分泵的制动力随之升高，直至前、后轮抱死，完成
图 8 比例阀大弹簧刚度影响
图 4 动态特性仿真结果
通过对 HBS 结构进行分析， 得知影响动态特性的 因素主要有以下几个：比例阀小弹簧预压力及刚度、比 例阀大弹簧预压力及刚度、比例阀阀芯质量、高压阀弹 簧预压力及刚度等。图 5～图 11 分别为以上因素对 HBS 动态特性影响的仿真结果。
图 9 比例阀阀芯质量影响 图 10 高压阀预压力影响
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.2.2009
基于 AMESim 的汽车液压
制动系统 HBS 仿真研究
高 伟 姚 进 史延枫
（四川大学制造科学与工程学院，四川成都 610065）
摘 要：汽车防抱死制动系统是保证汽车制动安全性能的重要执行机构。 为弥补现有汽车制动系统的不足，设计出一种新型汽车液压
例溢流阀设计参数。
关键词：电液比例溢流阀；频响特性；Simulink 仿真
中 图 分 类 号 ：TH137.5
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1008-0813(2009)02-0038-03
Simulation Frequency Response Characteristic of
造成交通事故的原因很多， 其中行驶车辆的制动 （刹车） 性能的好坏是直接导致事故发生的重要原因。
电磁开关阀和感载比例阀等组成。 它主要是从制动系 统外部来模拟“点刹车”制动，即抱死—放松循环，使车 辆在应急制动时，具有操纵性、平衡性和安全性。 这种 系统的不足是：结构复杂、制造和安装维修困难；价格 高；工作时车身抖动大；不能明显缩短制动距离；不能 适应车辆载荷变化。 感载比例阀是 ABS 系统的主要部 分之一，目前单独安装在部分中低档乘用车上，作为防 止刹车时甩尾的部件。 但由于结构的缺陷，它不能适应 车辆载荷变化，也不能缩短制动距离，没有任何防抱死 功能； 使用寿命短， 基本不能重复维修使用。 机械式 MABS 系统虽然制造成本低，安装维护方便，但损失了 制动力，不具备防抱死功能；不能缩短制动距离，在低 附着路面上制动基本不起作用，也不能适应载荷变化。
根 据 HBS 的 结 构 和 工 作 原 理 ， 以 前 轮 为 例 ， 在 AMESim 环境下建立仿真模型如图 2 所示。
图 2 AMESim 模型
系统参数设定： 各元件的尺寸参数按照实际大小 设定，高压阀弹簧刚度系数 K=12N/mm。 调定安装载荷 为 35N。 比例阀小弹簧刚度系数 K=1.5N/mm，安装载荷 为 8N，比例阀大弹簧刚度系数 K=10N/mm，安装载荷为 130N。 油压设定为 10MPa，压力油密度为 850kg/m3，动 力黏度为 51Cp。 3.3 动态特性仿真结果
用于液压/机械系统的建模、 仿真及动力学分析的优秀 软件，该软件包含了 IMAGINE 的专门技术并为工程设 计提供交互能力。 AMESim 为流体动力（流体及气体）、 机械、热流体和控制系统提供一个完善、优越的模拟环 境及最灵活的解决方案。 使用者能够借助其友善的、面 向实际应用的方案， 研究任何元件或回路的动力学特 性，这可通过模型库的概念来实现，而模型库可通过客 户化不断升级和改进。AMESim 为使用者提供了一个完 善的时域模拟（包括线性分析及各种专业特性）模型建 制环境，工程师可使用已有模型和（或）建立新的子模 型元件，来构建最佳化设计所需的实际原型。 易于识别 的标准 ISO 图标和简单直观的多端口框图， 为使用者 提供了一个友善的界面， 方便使用者建立复杂系统及 使用者所需的特定应用实例。 基于最先进的数字积分 器，AMESim 求解器根据系统的动态特性，在 17 种可选 算法中自动选择最佳积分算法， 并具有精确的不连续 性处理能力，正是 AMESim 这些独创的技术，保证了模 拟的速度和精度。 12 个开放的模型库基于物理原理和 实际应用， 包含大量一维流体/机械系统设计及模拟所 必需的模型，使用者无需是模拟专家，轻易便可获得最 新专业技巧。 超元件功能使使用者可以将一组元件整 合为一个超元件，后者可以像普通元件一样使用，由于 多端口方案等原因，AMESim 的超元件功能与其他软体 的相应特性具有本质的差别。 内置与 C（或 Fortran）和 其他系统模拟软体的接口，借助此特性，使用者可以在 AMESim 环境中连结任何 C 或 Fortran 程式、 控制器设 计、最佳化工具及能谱分析等工具，同时使用者还可以 将 一 个 完 全 非 线 性 AMESim 子 模 型 输 出 到 一 个 CAE 或多体软体中去。 3.2 液压系统模型的建立