摘 要

随着科学技术的发展和生活水平的改善，车辆数目不断增加，车速也随之提高，用户和生产厂家越来越关注汽车的安全性和可靠性。而汽车的制动系统是保证安全行驶的关键系统，气压制动系统更是已经广泛应用于中重型车辆，因此对气压制动回路的建模仿真分析具有非常重要的现实意义。

本文以典型的气压制动回路为对象，对其进行了数学建模与仿真，得到仿真曲线并对回路中的压力响应进行分析讨论。首先，对气压制动回路的组成和工作原理以及回路中的主要元件（包括制动阀、储气罐、制动气室和管道等）进行简单的介绍；然后分析了储气罐的充气过程和制动气室的充气过程，并分别建立其数学模型；接着在此基础上，利用MATLAB/Simulink建立仿真模型并进行仿真；最后，对得到的仿真曲线并对压力响应特性进行分析与讨论。

通过上述研究，利用计算机仿真分析技术来研究气压制动回路压力响应特性，避免了“经验 反复经验”的传统开发方法，能够大大缩短开发周期，并降低开发成本。

关键词：气压制动回路；压力响应；MATLAB/Simulink

Abstract

With the development of science technology and the improvement of living conditions, the quantity and speed of vehicle both get increased, which makes users and manufacturers pay more attention to the security and reliability of vehicle. Brake system is the key to ensure the security of vehicle driving, and air brake system is widely used in medium and heavy vehicle. Therefore, modeling of air brake loop and analysis of simulation have great realistic significance.

A typical case of air brake loop is modeled to get simulation curves, which are studied to analyze the pressure response of the loop. Firstly, composition and operating principle of air brake loop along with the major component are introduced, including brake valve, air reservoir, brake chamber and pipeline. Secondly, inflating process of air reservoir and brake chamber are analyzed and modeled mathematically. Based on these above, brake loop is modeled by MATLAB/Simulink and simulation is carried out. At last, pressure response is analyzed by studying the simulation curves.

Through the above research, the pressure response of air brake loop is analyzed by computer simulation technology, which can avoid traditional exploiting methods called “experience repeated experience”, so the development cycle can be shortened and the cost of development can be reduced.

Keywords: Air brake loop; Pressure response; MATLAB/Simulink

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 国内外相关研究现状 1

1.2 论文背景及意义 2

1.3 论文研究目标及内容 2

第2章 气压制动回路简介 3

2.1 气压制动回路的工作原理 3

2.2 气压制动回路主要元件介绍 4

2.3 气压制动回路的简化 4

第3章 储气罐充气过程的建模仿真分析 6

3.1 储气罐充气过程的数学模型 6

3.1.1 能量方程 6

3.1.2 速度方程 6

3.1.3 流量方程 7

3.1.4 压力方程 7

3.2 仿真分析 8

3.2.1 参数设置 8

3.2.2 仿真结果与分析 9

第4章 气室充气过程的建模仿真分析 10

4.1 储气罐的数学模型 10

4.2 管道的数学模型 10

4.3 节流孔的数学模型 12

4.3.1 制动阀的简化 12

4.3.2 固定节流孔的流量特性 12

4.4 制动气室的数学模型 13

4.4.1 制动气室的结构及原理 13

4.4.2 变质量热力学理论 14

4.4.3 气室的压力方程 15

4.5 制动回路的离散 16

4.6 仿真分析 17

4.6.1 参数设置 17

4.6.2 仿真结果与分析 17

第5章 结 论 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪 论

随着改革开放的不断深入落实，我国各个行业都在飞速发展，汽车行业当然也不例外。汽车行业的发展带来的便是道路车辆数量的不断增加和汽车行驶速度的提升，同时也因此带来了日益突出的交通安全问题。为了减少交通安全问题，提高汽车行驶安全性，一种有效的方法便是提高汽车制动系统的性能。制动系统是汽车主动安全中至关重要的部分，气压制动系统更是广泛应用于中重型汽车^[1]，因此，研究分析气压制动回路中的压力响应特性具有重要的价值和意义。

本文所研究的是汽车的气压制动回路，利用气动技术和流体力学理论，针对其工作时回路中气体的压力传输响应情况，分析气压制动回路的工作原理和过程，对回路的各元件进行建模，从而建立气压制动回路的数学模型，并通过数学仿真软件MATLAB/Simulink仿真，分析得到的压力响应仿真曲线，实现回路的压力分析。

1.1 国内外相关研究现状

由于需要较大的制动力，所以中重型车辆一般都采用气压制动系统。近年来，国内外针对汽车气压制动回路的建模与仿真均展开了越来越多的研究。

国外，Patil等^[2]在Simulink中对串联双腔制动阀进行了数学建模，并捕获了动态压力响应特性。Subramanian等^[3]提出了一种控制气室压力的方案，以制动阀活塞位移为输入来改变气室压力，并以此预测制动气室压力的瞬时动态变化，分析了制动阀活塞位移和气室压力的关系，最终通过试验表明，仿真结果和试验结果的压力曲线相似。Selvaraj M等^[4]利用计算机仿真软件AMESim，对汽车气压制动回路中的制动阀、继动阀以及制动气室进行了建模，并组建制动回路，对动态性能和制动距离进行了仿真。Day A J等^[5]基于AMESim，对包括制动阀、真空助力器、制动管道以及钳盘式制动器在内的制动回路进行了仿真模型的建立，分析了制动阀对制动压力的影响，并对其进行了改善。