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以商用車制動閥為例，討論零部件及整車企業(yè)如何靈活應(yīng)用Amesim進(jìn)行建模

2021-12-23 10:43:12·  來源：Simcenter 1D 系統(tǒng)仿真  作者：陳登  
　
參會過Amesim相關(guān)介紹的用戶，應(yīng)該對下面這張圖都有印象，左圖是某斜盤柱塞泵的元件級模型，右圖是某農(nóng)用車動力總成及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)級模型。該圖典型的說明
參會過Amesim相關(guān)介紹的用戶，應(yīng)該對下面這張圖都有印象，左圖是某斜盤柱塞泵的元件級模型，右圖是某農(nóng)用車動力總成及液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)級模型。該圖典型的說明了Amesim的多級不同復(fù)雜度特點(diǎn)的應(yīng)用場景，即元件級模型是基于實(shí)際物理結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)元件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化；而系統(tǒng)級模型是基于元件既定的性能MAP，分析整體性能指標(biāo)，指導(dǎo)元件的選型和系統(tǒng)的集成。


圖1 Amesim元件級模型及系統(tǒng)級模型
應(yīng)用場景不一樣，面對的問題也不同。以商用車制動系統(tǒng)為例，完整制動系統(tǒng)如圖2，其中制動閥是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，結(jié)構(gòu)精密、設(shè)計(jì)復(fù)雜（見圖3）。


圖2 商用車氣制動系統(tǒng)


圖3 制動閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)
對于制動閥供應(yīng)商來說，有制動閥詳細(xì)結(jié)構(gòu)，方便進(jìn)行元件設(shè)計(jì)級建模（見圖4），然后進(jìn)行敏感度分析，進(jìn)而優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，但無法確認(rèn)該閥件對整個制動系統(tǒng)的影響。圖5中紅線為踏板處制動力，藍(lán)線和黃線分別為單獨(dú)制動閥模型和完整制動系統(tǒng)模型分析的21出口壓力變化情況，可以看出當(dāng)制動閥置于整個系統(tǒng)中，制動閥出口處的響應(yīng)時間，無論是在制動執(zhí)行還是收回過程中，都會有150ms以上的延遲，那么到制動卡鉗處的延遲將會更加嚴(yán)重。可見，制動響應(yīng)的延遲不是單個部件延遲時間的簡單疊加（單個部件驗(yàn)證已經(jīng)考慮系統(tǒng)總?cè)莘e，如不考慮，上述的差距將會更大）。沒有其他部件的數(shù)據(jù)，零部件企業(yè)無法預(yù)測完整系統(tǒng)的響應(yīng)特性。


圖4 制動閥的Amesim元件模型


圖5 制動閥響應(yīng)特性的不同結(jié)果
對于零部件企業(yè)來說，完整制動系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析不是其任務(wù)，同時這些閥件的詳細(xì)建模及單體性能分析不是問題，但對于整車企業(yè)（或者制動系統(tǒng)集成廠商）來說，這個問題就立刻凸現(xiàn)出來。拜訪過幾家整車企業(yè)的底盤部門，有個別車企能夠獲得制動閥等閥件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，但對于大部分企業(yè)，制動閥等關(guān)鍵零部件仍相當(dāng)于“黑匣子”。雖然有供應(yīng)商或自己測試的閥件流通特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但不知道如何對這種特殊閥件進(jìn)行建模。這里提出一個方法：應(yīng)用氣動基礎(chǔ)庫中的多通閥模型進(jìn)行等效建模。圖6給出了這種等效后的功能模型，通過PID方法或者直接手動調(diào)整P-A-B-T四口相互間的最大通流面積和開啟面積比方程，示例可參考圖7，則可達(dá)到和元件設(shè)計(jì)級模型一致度很高的對比結(jié)果（見圖8），當(dāng)然圖7參數(shù)標(biāo)定的依據(jù)是試驗(yàn)數(shù)據(jù),圖8中的試驗(yàn)假定用元件級模型的仿真結(jié)果，即圖5中藍(lán)線。


圖6 用多通閥模型等效制動閥


圖7多通閥標(biāo)定參數(shù)示例




圖8 等效制動閥模型在單閥元件中與試驗(yàn)對比
為了驗(yàn)證該功能模型的預(yù)測性，把該模型置于完整制動系統(tǒng)中，圖9給出了這一對比結(jié)果，圖中藍(lán)線試驗(yàn)結(jié)果假定用元件級模型的仿真結(jié)果，即圖5中黃線。一致性很好，可見這種等效的功能模型具有可信賴的預(yù)測性。那么，整車企業(yè)應(yīng)用這種基于試驗(yàn)的等效功能模型，就能對其他閥件、管道對制動性能的影響進(jìn)行選型及優(yōu)化。其他閥件，比如繼動閥、快放閥等關(guān)鍵件也可以應(yīng)用此方法進(jìn)行等效，解決了整車企業(yè)沒有這些閥件結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行性能仿真的難題。


圖9 等效制動閥模型在制動系統(tǒng)中與試驗(yàn)對比
實(shí)際上，多通閥模型還能等效很多帶有各種滑閥多口的液壓缸或氣動缸模型，同理可以解決沒有這些缸體詳細(xì)結(jié)構(gòu)而無法建模的問題。當(dāng)然這種等效的功能模型顆粒度粗，無法進(jìn)行瞬態(tài)特性的分析。以另一個關(guān)鍵部件繼動閥為例，圖10給出了某制動系統(tǒng)中元件級繼動閥模型仿真結(jié)果，繼動閥在制動執(zhí)行及收回過程中，主腔內(nèi)壓力的波動劇烈，由此帶來滑閥頻繁抖動開閉，滑閥與活塞的劇烈碰撞。顯然，NVH性能分析就不是這種功能模型能仿真的，還是要借助強(qiáng)大的HCD和PCD庫了！


圖10 元件級繼動閥模型在制動系統(tǒng)中的動態(tài)特性 
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