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以商用车制动阀为例，讨论零部件及整车企业如何灵活应用Amesim进行建模
2021-12-23 10:43:12· 来源：Simcenter 1D 系统仿真 作者：陈登
参会过Amesim相关介绍的用户，应该对下面这张图都有印象，左图是某斜盘柱塞泵的元件级模型，右图是某农用车动力总成及液压执行机构的系统级模型。该图典型的说明
参会过Amesim相关介绍的用户，应该对下面这张图都有印象，左图是某斜盘柱塞泵的元件级模型，右图是某农用车动力总成及液压执行机构的系统级模型。该图典型的说明了Amesim的多级不同复杂度特点的应用场景，即元件级模型是基于实际物理结构，指导元件的关键结构参数优化；而系统级模型是基于元件既定的性能MAP，分析整体性能指标，指导元件的选型和系统的集成。
图1 Amesim元件级模型及系统级模型
应用场景不一样，面对的问题也不同。以商用车制动系统为例，完整制动系统如图2，其中制动阀是该系统的关键部件之一，结构精密、设计复杂（见图3）。
图2 商用车气制动系统
图3 制动阀内部结构
对于制动阀供应商来说，有制动阀详细结构，方便进行元件设计级建模（见图4），然后进行敏感度分析，进而优化结构参数，但无法确认该阀件对整个制动系统的影响。图5中红线为踏板处制动力，蓝线和黄线分别为单独制动阀模型和完整制动系统模型分析的21出口压力变化情况，可以看出当制动阀置于整个系统中，制动阀出口处的响应时间，无论是在制动执行还是收回过程中，都会有150ms以上的延迟，那么到制动卡钳处的延迟将会更加严重。可见，制动响应的延迟不是单个部件延迟时间的简单叠加（单个部件验证已经考虑系统总容积，如不考虑，上述的差距将会更大）。没有其他部件的数据，零部件企业无法预测完整系统的响应特性。
图4 制动阀的Amesim元件模型
图5 制动阀响应特性的不同结果
对于零部件企业来说，完整制动系统的响应特性分析不是其任务，同时这些阀件的详细建模及单体性能分析不是问题，但对于整车企业（或者制动系统集成厂商）来说，这个问题就立刻凸现出来。拜访过几家整车企业的底盘部门，有个别车企能够获得制动阀等阀件的详细结构，但对于大部分企业，制动阀等关键零部件仍相当于“黑匣子”。虽然有供应商或自己测试的阀件流通特性试验数据，但不知道如何对这种特殊阀件进行建模。这里提出一个方法：应用气动基础库中的多通阀模型进行等效建模。图6给出了这种等效后的功能模型，通过PID方法或者直接手动调整P-A-B-T四口相互间的最大通流面积和开启面积比方程，示例可参考图7，则可达到和元件设计级模型一致度很高的对比结果（见图8），当然图7参数标定的依据是试验数据,图8中的试验假定用元件级模型的仿真结果，即图5中蓝线。
图6 用多通阀模型等效制动阀
图7多通阀标定参数示例
图8 等效制动阀模型在单阀元件中与试验对比
为了验证该功能模型的预测性，把该模型置于完整制动系统中，图9给出了这一对比结果，图中蓝线试验结果假定用元件级模型的仿真结果，即图5中黄线。一致性很好，可见这种等效的功能模型具有可信赖的预测性。那么，整车企业应用这种基于试验的等效功能模型，就能对其他阀件、管道对制动性能的影响进行选型及优化。其他阀件，比如继动阀、快放阀等关键件也可以应用此方法进行等效，解决了整车企业没有这些阀件结构无法进行性能仿真的难题。
图9 等效制动阀模型在制动系统中与试验对比
实际上，多通阀模型还能等效很多带有各种滑阀多口的液压缸或气动缸模型，同理可以解决没有这些缸体详细结构而无法建模的问题。当然这种等效的功能模型颗粒度粗，无法进行瞬态特性的分析。以另一个关键部件继动阀为例，图10给出了某制动系统中元件级继动阀模型仿真结果，继动阀在制动执行及收回过程中，主腔内压力的波动剧烈，由此带来滑阀频繁抖动开闭，滑阀与活塞的剧烈碰撞。显然，NVH性能分析就不是这种功能模型能仿真的，还是要借助强大的HCD和PCD库了！
图10 元件级继动阀模型在制动系统中的动态特性
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