要準確仿真防鎖死制動(dòng)系統 (ABS) ，需要在不同物理域中準備各個(gè)子系統詳細模型。使用統一分析工具為制動(dòng)、車(chē)輪和控制組件創(chuàng )建精細模型難度非常大，甚至可以說(shuō)是不可能。但可以采用聯(lián)合仿真的策略來(lái)解決這一難題。同時(shí)使用不同的仿真工具能夠實(shí)現創(chuàng )建跨專(zhuān)業(yè)、跨領(lǐng)域的耦合模型。

  在本技術(shù)簡(jiǎn)介中，使用Abaqus和Dymola的聯(lián)合仿真方法實(shí)現ABS的現實(shí)系統級仿真。輪胎、車(chē)輪、制動(dòng)鉗機制和道路可以使用詳細的Abaqus有限元模型仿真，制動(dòng)系統控制算法和液壓系統則可以使用Dymola進(jìn)行仿真。

  一套防鎖死制動(dòng)系統可以視為機械和邏輯子系統的總成。機械系統由輪胎、車(chē)輪、光盤(pán)和制動(dòng)卡鉗硬件組成，而邏輯系統則由液壓系統和控制電子設備組成。Abaqus具備強大的非線(xiàn)性連續能力和多樣化的建模功能，已被證明是輪胎仿真的理想工具。Dymola則有能力高效率抽象邏輯建模，是液壓系統和控制系統仿真的理想之選。

  對整個(gè)ABS的高逼真系統級仿真來(lái)說(shuō)，單獨使用其中之一都無(wú)法取得理想的效果。為此目的展示了一種聯(lián)合仿真方法，在運行中將Abaqus和Dymola耦合起來(lái)仿真系統的動(dòng)態(tài)情況，這是任意一種單一軟件無(wú)法做到的。車(chē)輪系統的結構響應和控制系統的邏輯響應在A(yíng)baqus 和Dymola之間同步交換。由此施加在車(chē)輪上的制動(dòng)負荷由ABS電子邏輯根據來(lái)自機械系統的輸入加以控制

分析方法

  本研究考查的是無(wú)懸掛組件的單個(gè)車(chē)輪。為實(shí)現聯(lián)合仿真，Abaqus和Dymola模型必須有對應的通信接口。這可以通過(guò)在A(yíng)baqus模型中定義傳感器和執行器，向Dymola邏輯模型收發(fā)信號來(lái)實(shí)現。制動(dòng)分析的對象是使用逐漸增大的制動(dòng)踏板力量讓車(chē)輪總成從初始速度10m/s降速下來(lái)。

  制動(dòng)系統的機械狀態(tài)用作控制信號。Dymola使用它激勵Abaqus模型中的卡鉗，這樣就能夠施加和調制制動(dòng)力，避免車(chē)輪鎖死或在路面上徹底打滑。

Dymola中的制動(dòng)控制系統

  Dymola邏輯模型的原理方框圖見(jiàn)圖1。該制動(dòng)系統由通過(guò)三端口閥門(mén)連接到主制動(dòng)缸的單制動(dòng)卡鉗氣缸組成。三端口閥門(mén)有三種工作模式：主制動(dòng)缸與從制動(dòng)缸相連的增壓模式；所有端口斷開(kāi)的保持模式；從制動(dòng)缸與油槽相連的減壓模式。該系統代表ABS實(shí)現的簡(jiǎn)單形式，即制動(dòng)液在制動(dòng)事件發(fā)生之后才返回主制動(dòng)缸。

圖1：Dymola中的制動(dòng)系統邏輯和液壓控制模型遠離框圖

主要特點(diǎn)和優(yōu)勢

? Abaqus和Dymola聯(lián)合仿真能實(shí)現嵌入在復雜的邏輯控制系統兼容的結構耦合的時(shí)域仿真。

? Abaqus中的準確詳細的靜動(dòng)態(tài)非線(xiàn)性輪胎建模仿真

  通過(guò)讓三端口閥門(mén)的工作狀態(tài)取決于車(chē)輪加速與滑動(dòng)，對控制機制進(jìn)行了仿真。在控制算法中，要求的輸入有車(chē)輪的角速度ω、角加速度ω、滾動(dòng)半徑r、輪轂縱向速度Vx。對控制器的輸入信號按Ts=1ms的周期采樣?？v向滑動(dòng)的計算為：

  在車(chē)輪減速下降到低于當前規定的閾值-a時(shí)就會(huì )觸發(fā)ABS。此時(shí)壓力會(huì )保持恒定，直至滑動(dòng)超過(guò)閾值λT，此時(shí)壓力下降到一定的值。

  隨即保持壓力直至達到正加速度A。然后壓力一路增大直到加速度下降到a。到這個(gè)階段，使用交替性的保持和增大命令緩慢提升壓力。這個(gè)過(guò)程便于緩慢地穿越摩擦特性曲線(xiàn)的峰值部分，直至抵達該曲線(xiàn)的不穩定點(diǎn)一側。這個(gè)周期在-a當加速度閾值跨過(guò)之后會(huì )再度開(kāi)始。

  除了這種常規的控制周期，當縱向速度小于特定水平時(shí)也會(huì )解除該控制器。此外，如果ABS控制算法處于某種狀態(tài)過(guò)長(cháng)時(shí)間，也會(huì )使用超時(shí)參數重置ABS控制算法。

  這樣可以在不需要制動(dòng)行為時(shí)避免控制器被鎖死。這是一種基于規則的算法，常見(jiàn)于生產(chǎn)系統。另一種選擇是使用基于模型的算法。

Abaqus中的輪胎、道路和制動(dòng)模型

  如圖2所示的Abaqus模型，包含輪胎、車(chē)輪、制動(dòng)卡鉗和制動(dòng)轉子、道路組成。首先為輪胎充壓，放置到與路面接觸，直至車(chē)身重量作用到車(chē)輪上。然后在A(yíng)baqus/Standard中執行穩態(tài)傳輸分析，計算在無(wú)制動(dòng)條件下給定的前向速度對應的輪胎應力狀態(tài)和變形。還可以選擇給定圓角半徑。

圖2：Abaqus輪胎、道路和制動(dòng)模型

  隨后將自由滾動(dòng)狀態(tài)的輪胎導入Abaqus/Explicit，用于與Dymola的制動(dòng)聯(lián)合仿真。在A(yíng)baqus/Explicit計算滾動(dòng)輪胎中的應力狀態(tài)和形變時(shí)，車(chē)輪的角速度和角加速度會(huì )通過(guò)Abaqus的傳感器定期提供給Dymola。所需的制動(dòng)壓力先由Dymola計算，然后返回Abaqus/Explicit，以施加在制動(dòng)卡鉗缸上。隨后制動(dòng)盤(pán)壓緊制動(dòng)盤(pán)，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，為車(chē)輪總成減速。

聯(lián)合仿真方案

  使用下列非迭代聯(lián)合仿真方案：每次Abaqus仿真的增量——傳感器信息經(jīng)計算后通過(guò)基于套接的接口傳遞給Dymola。

  Dymola讀取用作控制邏輯輸入的Abaqus傳感器信息，并按Abaqus/Explicit使用的增量大小及時(shí)完成傳遞。Dymola中計算的激勵信號傳遞回Abaqus，由Abaqus將該新計算的負荷施加于下一增量上。

  這一過(guò)程反復進(jìn)行，直至仿真時(shí)間用盡。

聯(lián)合仿真結果

  圖3所示的是輪轂在聯(lián)合仿真中的縱向速度和圓周速度。兩個(gè) 量 之間的差異代 表滑動(dòng)狀 態(tài)?；瑒?dòng)開(kāi)始時(shí) 較大，但控制器能夠防止車(chē)輪鎖死。

圖3：聯(lián)合仿真過(guò)程中的輪轂縱向和車(chē)輪圓周速度

圖4：制動(dòng)卡鉗聯(lián)合仿真過(guò)程中的夾持力

  圖4所示的是聯(lián)合仿真過(guò)程中的制動(dòng)卡鉗的夾持力?？焖倭Ψe聚和釋放階段都清晰可見(jiàn)。

結論

  在本技術(shù)簡(jiǎn)介中，開(kāi)發(fā)了一種分析防鎖死制動(dòng)控制系統的聯(lián)合仿真方案。將Abaqus中的高逼真輪胎模型與Dymola中的液壓制動(dòng)控制系統模型相結合，增強了如何將不同的仿真軟件包整合在一起使用，執行現實(shí)系統級仿真。因此能夠將Abaqus中現有的高級輪胎建模功能應用到更加廣泛的現實(shí)工作條件下。這種聯(lián)合仿真方法可以擴展到各種道路條件下、水漂分析和優(yōu)化完整的車(chē)輛模型。