熊偉

摘要：本文在CA TIA數(shù)模的基礎(chǔ)上，應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)分析軟件ADAMS ，在A/ CA R模塊里建立了整車動(dòng)力學(xué)仿真模型，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)車試驗(yàn)方法設(shè)置了仿真條件，以不同的制動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行了直線制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)仿真試驗(yàn)，對(duì)該車的制動(dòng)性能進(jìn)行了預(yù)測和評(píng)價(jià)，為該車的制動(dòng)性能分析提供了參考。

關(guān)鍵詞：汽車工程；制動(dòng)性能仿真；路面狀況

汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一，它直接關(guān)系到交通安全，對(duì)車輛的操縱控制有重要影響，而制動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)車試驗(yàn)十分危險(xiǎn)，所以對(duì)制動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算機(jī)仿真研究尤其關(guān)注，已成為車輛制動(dòng)穩(wěn)定性理論研究與樣車性能預(yù)測的重要手段。

1 ADAMS軟件在汽車制動(dòng)性能仿真中的運(yùn)用

在汽車制動(dòng)性能仿真中運(yùn)用ADAMS軟件的主要步驟為：依據(jù)汽車制動(dòng)性能仿真出的問題組織樣本來學(xué)習(xí)，再依據(jù)樣本來構(gòu)造出ADAMS軟件并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，測試構(gòu)造出的ADAMS軟件。本節(jié)將利用上文的的改進(jìn)型的ADAMS算法，對(duì)汽車狀態(tài)檢測后的制動(dòng)性能仿真問題進(jìn)行研究和分析。

選擇學(xué)習(xí)樣本：汽車的制動(dòng)性能征用五個(gè)參數(shù)來表征：列車駛過汽車時(shí)汽車的橫向振幅、縱向振幅、橫向頻率、縱向頻率和動(dòng)撓度；并用它們來作為輸入變量；而由于汽車的制動(dòng)性能原因眾多，本文提出以汽車的綜合質(zhì)量而非單獨(dú)的問題作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量越高則綜合質(zhì)量數(shù)值越大，軟件的輸出變量用為汽車檢測的綜合質(zhì)量和預(yù)期綜合質(zhì)量；把數(shù)據(jù)測量時(shí)間作為軟件的輸入變量，以便能實(shí)現(xiàn)預(yù)測。因此，本文設(shè)計(jì)構(gòu)造的ADAMS軟件的有六個(gè)輸入變量和兩個(gè)輸出變量。通過相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和對(duì)汽車制動(dòng)性能機(jī)理的分析獲得汽車系統(tǒng)的制動(dòng)性能征兆集、制動(dòng)性能原因集以及兩者之間的關(guān)系集。

軟件的構(gòu)成與訓(xùn)練：樣本數(shù)據(jù)具有較大的離散性，從而使得進(jìn)入軟件的數(shù)據(jù)同樣具有較大的離散性。針對(duì)于本的將S型函數(shù)作為傳遞函數(shù)，其輸出范圍為0-1，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。例如：第i個(gè)輸入變量Ai，全部樣本中第i個(gè)輸入變量的最小值為Amin和最大值為Amax，Ai歸一后為：

利用MATLAB軟件進(jìn)行大量的仿真試驗(yàn)，確定ADAMS中隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)和取得優(yōu)良的制動(dòng)性能仿真結(jié)果。學(xué)習(xí)樣本的節(jié)點(diǎn)數(shù)、算法和結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)影響學(xué)習(xí)的速度，本文通過設(shè)定允許誤差限度，用改進(jìn)型的ADAMS算來優(yōu)化參數(shù)：

第一，固定軟件的學(xué)習(xí)效率和所有隱含層中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，引入動(dòng)量因子并研究其對(duì)算法的影響。結(jié)果顯示，學(xué)習(xí)收斂因引入動(dòng)量因子而改進(jìn)，并且在一定范圍內(nèi)：動(dòng)量因子越多，學(xué)習(xí)收斂的速度越快。動(dòng)量因子為α最優(yōu)。

第二，固定學(xué)習(xí)率和動(dòng)量因子，分析軟件學(xué)習(xí)與ADAMS的所有隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)之間的相互作用情況。結(jié)果顯示，ADAMS的所有隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)學(xué)習(xí)的收斂性關(guān)系密切。對(duì)于該制動(dòng)性能仿真問題ADAMS的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)為h是最佳的。

第三，根據(jù)以上參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，設(shè)定ɑ動(dòng)量因子為和h隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，改變學(xué)習(xí)率訓(xùn)練軟件。結(jié)果顯示，學(xué)習(xí)率較小時(shí)收斂較慢，學(xué)習(xí)率過大時(shí)收斂出現(xiàn)振蕩。經(jīng)反復(fù)訓(xùn)練最終確定學(xué)習(xí)率為β。

測試軟件絡(luò)：用上述訓(xùn)練好的軟件對(duì)已學(xué)習(xí)過的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，并看與經(jīng)驗(yàn)值是否吻合；采用一組新的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行測試，歸一化后看死否相符；另選一組樣本數(shù)據(jù)測試軟件，驗(yàn)證其對(duì)陌生數(shù)據(jù)處理的有效性。若相符或是得到誤差較小的輸出變量，滿足規(guī)范，則表明此ADAMS軟件具有實(shí)際可用性，能正確實(shí)現(xiàn)制動(dòng)性能仿真。

2 仿真改造內(nèi)容

2.1 配汽車制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)

經(jīng)核算確定，改造后的配汽車制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)為6個(gè)調(diào)節(jié)汽閥，并改變其閥徑，以保證與噴嘴匹配。將第二閥由球形閥改為犁型閥，以提高機(jī)組變工況運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性能。應(yīng)盡可能降低過熱器減溫水流量，利用檢修機(jī)會(huì)消除高加給水旁路漏流。過熱減溫水（或高加給水旁路漏流）每增加1 t/h，機(jī)組熱耗增加0·65 kJ/kW·h。

2.2 噴嘴及轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)

為改善機(jī)組的熱力特性，重新設(shè)計(jì)了噴嘴組，并將轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)的節(jié)圓直徑由Φ1 050 mm改為Φ1 040 mm。

2.3 隔板

為使改造后的汽輪機(jī)各級(jí)焓降分配更合理，新設(shè)計(jì)了一、二級(jí)隔板，既提高了每一級(jí)的效率，又保證了對(duì)排汽壓力及汽車制動(dòng)系統(tǒng)輸出功率的要求。提高凝汽器真空。所有影響機(jī)組熱耗的因素中，凝汽器真空（機(jī)組背壓）對(duì)熱耗的影響最大，根據(jù)制造廠提供的真空變化曲線，機(jī)組真空每提高1 kPa，熱耗率可降低0.5% （40 kJ/kW·h），出力增加約0.5% （1 500 kW），效益非常明顯

2.4 主軸裝配與復(fù)速級(jí)、壓力級(jí)葉輪葉片

更換了復(fù)速級(jí)葉輪葉片及第一、二壓力級(jí)葉輪葉片；更換了前汽封高壓段汽封套筒，其直徑由Φ234 mm改為Φ240 mm，以減小汽輪機(jī)軸向推力，保證汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全。

2.5 前軸承座

轉(zhuǎn)速表由機(jī)械式改為電子模擬式，由轉(zhuǎn)速傳感器遠(yuǎn)距離傳送轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示及控制。轉(zhuǎn)速傳感器固定于前軸承座內(nèi)的支架上，原轉(zhuǎn)速表及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拆除后，由法蘭蓋悶堵，以防前軸承座內(nèi)油外漏。

2.6 調(diào)節(jié)器

由于該機(jī)的額定功率、排汽壓力均有較大變化，故對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行了相應(yīng)改造，更換了壓力變換器套筒、錯(cuò)油門套筒、調(diào)節(jié)器套筒、錯(cuò)油門彈簧、調(diào)壓器彈簧節(jié)流圈及調(diào)整墊片等部件，并進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)。

3 仿真結(jié)果及評(píng)價(jià)

3.1 直線制動(dòng)仿真結(jié)果

當(dāng)踏板力從30 N開始，以級(jí)差30 N的間距逐次做制動(dòng)仿真分析，可擬合出制動(dòng)距離2踏板力關(guān)系曲線，當(dāng)踏板力為148 N時(shí)，該車的制動(dòng)距離即滿足了國標(biāo)“最大制動(dòng)距離為50.7 m"的要求；當(dāng)踏板力等于209 N時(shí)，制動(dòng)距離達(dá)到最小值38.7 m。綜上所述，可知該車的直線制動(dòng)性能是符合國標(biāo)要求的。

3.2 轉(zhuǎn)彎制動(dòng)仿真結(jié)果

通過對(duì)該車轉(zhuǎn)變制動(dòng)性能的仿真分析，可知：當(dāng)踏板力小于205 N，前輪未發(fā)生抱死時(shí)，該車在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)具有少量的過度轉(zhuǎn)向量。后懸的變形在制動(dòng)時(shí)與正常圓周行駛時(shí)不同，制動(dòng)時(shí)由于車身前傾使后懸架大幅度伸張，致使前輪輪荷增大、后輪輪荷減小，當(dāng)側(cè)向加速度不變的情況下，使得前輪側(cè)偏角減小，后輪側(cè)偏角增大，因而有減小不足轉(zhuǎn)向的傾向。所以，該車具有較好的轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能。

3.3 仿真改造后運(yùn)行情況

改造后，汽車制動(dòng)系統(tǒng)于運(yùn)行正常。調(diào)節(jié)性能良好，未發(fā)現(xiàn)擺動(dòng)區(qū)，解決了改造前1 000～1 500 kW負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擺動(dòng)問題，滿足了低負(fù)荷運(yùn)行的需要。汽車制動(dòng)系統(tǒng)排汽溫度降為310℃，較改造前降低了50℃左右，熱能得到充分利用，有效防止了后汽缸的過熱變形。設(shè)計(jì)背壓為0.9～1.4 MPa，額定背壓為1.1 MPa （較改前提高了0.1 MPa），還有較大的調(diào)節(jié)量，解決了尿素系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)背壓低的問題，為尿素裝置的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。

4 結(jié)束語

研究表明，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地對(duì)車輛的制動(dòng)性能進(jìn)行仿真，從而對(duì)其性能做出預(yù)測和評(píng)估，為汽車的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了重要的借鑒和指導(dǎo)作用。它可以減少開發(fā)費(fèi)用，縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品競爭力，具有重要的現(xiàn)實(shí)和工程意義。

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