基于AMESim的除冰车全液压制动系统仿真设计

周虎林等

摘要：由于机场除冰车使用工况的特殊性，对其行驶安全性要求较高，因此制动系统显得尤为重要。分别搭建各组件的AMESim模型，仿真研究不同输入信号工况下进出压力变化情况及协调性，尤其是对双路充液阀、双路液压制动阀工作过程的静动态性能进行研究，最后实车试验验证设计结果，实验结果对比表明仿真结果与试验结果吻合。

关键词：除冰车；双路制动系；液压制动；AMESim模型；实车测试 文献标识码：A

中图分类号：TH137 文章编号：1009-2374（2015）30-0017-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.009

1 概述

机场除冰车是一种在低温、冰雪工况下对机场路面及航空设备进行除冰作业的专用设备。它除冰可靠、效率高、易操作，大量用于各民航和军用机场，会非常有效地降低飞行和保障难度，增强安全的同时保证了交通效率。制动是车辆非常重要的组成部分之一，本质是将车辆的动能经过摩擦转化成热能，最后扩散至大气中。除冰车等专用工程车辆制动系发展过程主要是驱动机构的进步过程，历经单一的机械摩擦制动、真空助力制动、气顶液制动以及全动力液压制动等阶段。国外在全动力液压制动系研究方面进展也很缓慢，基本都是只做定性说明或简单介绍，没有定量设计。国内对于此方面的研发进展不大，成果也极其有限。太原科技大学林慕义教授科研团队侧重于充液阀和制动阀的静动态理论推导以及理想数学建模，为后续理论分析提供了参考，但对实际工程帮助较为有限，准确程度难以运用到实际中。

本文主要通过AMESim仿真平台搭建双路充液阀、液压制动阀、制动器等模块模型，搭建了除冰车实车制动系整车各部件共同作用情况下的仿真模型。仿真分析各不同给定信号下出入压力变化情况和协调性；实车试验仿真模型的准确性，主要是测量制动过程中制动器压力变化情况；对比仿真结果，分析参数对制动性能的影响。

2 除冰车制动系设计计算

2.1 设计目标

2.2 驱动机构主要参数计算

后桥都选择MICO公司最大制动力矩为50000N·m的制动器，本部分后面设计将按照此力矩来计算轮缸和主缸的大小。轮缸直径d的确定。依据衬块对制动盘的作用力与力的作用面积的关系可知：

盘式制动时最高的管路工作压力一般限定在12MPa，且压力越高，机构越紧凑，但对制动软管接头安全和密封性等要求就越严格。计算结果满足GB 2865-1997规定。

前后轮单个制动器一个侧面制动轮缸总工作面积：

结合实车实际情况，建立整车制动系AMESim模型。制动系主要分为动力源机构（液压泵和发动机组件）、控制机构（充液阀和蓄能器组件）、驱动机构（制动阀和管路组件）以及执行机构（制动器组件）四大部分，信号来源由驾驶员施加的踏板位移提供。除冰车制动系液压泵、充液阀、蓄能器可以为制动系提供的压力范围是12.8～15.9±0.5MPa。制动阀工作压力范围为0～11.6MPa。

4 制动系仿真分析

将针对驾驶员操作时的各种输入分别对制动性进行研究，并分析当一条回路失效情况下对整车制动性能的影响。驾驶员输入位移量、制动阀阀芯直径和蓄能器压力影响，参数设置如表2所示：

4.1 比例信号输入

制动时最简单的情况是当驾驶员缓慢踩动踏板时，制动力缓慢增加，制动阀输出也同步增加，此过程可以用比例信号来描述，如图2所示：

4.2 一条回路失效

针对两条回路中任何一条回路失效情况进行仿真分析，输入信号采用最切合实际情况的梯形波信号。

4.2.1 前桥制动回路发生故障。结果如图3所示：

由仿真结果可知，前桥失效，则输出压力为零，后桥制动压力约为12MPa，压力输出正常，前桥和后桥所产生的制动力相同，因此整个制动系仍可以获得正常情况下一半的总制动力大小。而每次制动，蓄能器都会放出制动阀一定体积的油液量，由于前桥失效，因此只有一半油液量供给后桥制动器，实施制动，制动完毕后，油液又回到油箱。因此，随着制动过程的不断进行，后桥蓄能器内油液的体积逐渐减少，压力也随着逐渐降低，直到压力低于制动所需压力时，蓄能器提供压力与制动压力相等。

4.2.2 后桥制动回路发生故障。仿真结果如图4所示：

后桥失效时，前几次制动中，前桥制动压力仍能达到正常值，前桥蓄能器内压力也随着制动次数的增多而减小，直到压力小于制动压力后，蓄能器提供的压力就是实际制动时的压力。通过仿真结果可知，蓄能器压力能够提供五次正常制动压力，在第六次制动时压力会降到正常制动压力以下，此压力约为11.4MPa。在制动过程中，由于油液的阻尼以及制动管路的作用，会使得压力产生微小震荡，但无明显超调，属于正常现象。

4.3 整车制动系仿真分析

4.3.1 不考虑充液阀充液。当输入梯形波信号时得到前后桥蓄能器和制动管路压力随时间的变化规律。

根据仿真结果知，前后桥制动管路压力变化与踏板信号保持一致，后桥制动管路压力比前桥略高，有利于保证整车制动稳定性。前后桥蓄能器在每次制动时都释放一定的油液量，蓄能器内部压力降低，在制动维持阶段和解除制动阶段，蓄能器不给制动系供油，因此压力保持不变。经过五次制动后，各蓄能器压力降低至低于制动最高工作压力值，此时如果充液阀不开启为蓄能器充液，则蓄能器压力就是制动管路压力值，蓄能器压力变化比较平稳，没有较大的波动，制动管路压力由于液体传递，有一个短暂的延时和平滑稳定的过渡。每次踩踏板瞬间和踏板运动至最大行程位置处时，会对输出压力产生微小扰动，在踏板缓慢运动过程中，压力平稳变化。

4.3.2 考虑充液阀充液。考虑充液阀充液过程，制动和充液联合作用下仿真曲线如图8所示：

根据仿真结果，每完成五次制动后，蓄能器内的压力就降低至充液阀的下限压力值，充液阀开启（第15s和第39s），为蓄能器充液，充液时间为9s，在第24s和第48s时完成充液。

5 制动系实车试验分析

5.1 停车试验

先保持开机状态充液，使得蓄能器内达到要求压力后停机。驾驶员匀速踩动踏板，输入梯形波信号，将耐震压力表测得的压力变化试验结果视频用电脑通过分帧软件提取出来后，逐一描点得到试验结果，如图9所示：

压力变化与理论分析几乎吻合。

5.2 开机试验

实车加速至规定最大制动初速度V=30km/h后保持发动机怠速运转，试验蓄能器出口和制动器入口压力，结果如图10所示：

在完成充液后，蓄能器从最高压力开始工作，经过5次制动后蓄能器压力降低至最低压力，充液阀开始充液，直至再次恢复最高压力。

6 结语

（1）蓄能器压力和制动管路压力变化情况符合设计要求；（2）整车制动性能仿真与实车试验吻合度较高，建模精度较高；（3）根据仿真结果，结合实车需要，设计了实车试验的方法，对制动管路压力进行了测试，试验结果有力验证了设计合理，理论分析和模型正确；（4）通过

试验结果，对仿真参数的进一步优化提出了相应措施。

参考文献

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（责任编辑：周 琼）