基于MATLAB/GUI的汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算分析

辛新

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司，廣西 柳州 545005）

汽車(chē)制動(dòng)性能，是汽車(chē)的主要性能之一。在汽車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，制動(dòng)性能和操縱穩(wěn)定性能被視為汽車(chē)安全的“生命線(xiàn)”，如何縮短開(kāi)發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)品質(zhì)，一直是各汽車(chē)公司爭(zhēng)相解決的課題[1]。

本文利用Matlab/GUI進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[2~3]，分析了整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)性能以及制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能力，并將該界面封裝。通過(guò)這個(gè)軟件，可以清晰明了地看出整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)匹配是否合理，以及整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)性能。

1 軟件的主要組成及功能

軟件分為兩個(gè)模塊：汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)性能模塊，和制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能力計(jì)算分析模塊。這兩個(gè)模塊主要可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)性能模塊，可以評(píng)估制動(dòng)力矩隨制動(dòng)強(qiáng)度變化、地面制動(dòng)力隨制動(dòng)強(qiáng)度變化、制動(dòng)力矩隨制動(dòng)強(qiáng)度變化、前后輪抱死f線(xiàn)組和r線(xiàn)組、理想與實(shí)際制動(dòng)力分配曲線(xiàn)、ECE法規(guī)校核。

制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能力計(jì)算分析模塊，可以根據(jù)真空助力器輸入輸出曲線(xiàn)及制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)參數(shù)，對(duì)管路油壓隨踏板力變化、汽車(chē)減速度隨踏板力變化、汽車(chē)減速度隨踏板行程變化、汽車(chē)制動(dòng)距離隨制動(dòng)初速度變化及手剎裝置中駐坡角度隨附著系數(shù)變化，進(jìn)行仿真。

這兩個(gè)模塊相互聯(lián)系，共用相同的制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)其中一個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，與其相關(guān)的輸出變量，就會(huì)發(fā)生變化，并直接反映在所輸出的圖形上。

2 整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)

本文以某車(chē)型制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，證明該軟件的實(shí)用性和可靠性。設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

2.1 輸入?yún)?shù)

在界面中輸入該款車(chē)型的整車(chē)參數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 模擬計(jì)算所選車(chē)型的整車(chē)參數(shù)

在界面中輸入該款車(chē)型的制動(dòng)器參數(shù)見(jiàn)圖3。

圖3 選用的制動(dòng)器、主缸及其參數(shù)

2.2 汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)性能分析計(jì)算

關(guān)于汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)性能模塊計(jì)算分析，主要以利用附著系數(shù)和制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系為例，介紹制動(dòng)力分配的評(píng)價(jià)，利用附著系數(shù)和制動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系，在ECE法規(guī)中有所規(guī)定，將ECE制動(dòng)法規(guī)要求和汽車(chē)的實(shí)際利用附著系數(shù)重疊在一張圖上，就可以判定前、后制動(dòng)力分配是否合理[4]。

計(jì)算過(guò)程為：利用附著系數(shù)為地面制動(dòng)力與軸荷之比，地面制動(dòng)力是指汽車(chē)制動(dòng)時(shí)地面對(duì)前軸或后軸汽車(chē)行駛反方向的作用力，一般可以通過(guò)制動(dòng)強(qiáng)度、車(chē)重和制動(dòng)力分配系數(shù)這3者相乘得到，其中制動(dòng)力分配系數(shù)是前、后軸制動(dòng)力與整車(chē)制動(dòng)力之比，則前輪或后輪提前抱死時(shí)，前、后軸的利用附著系數(shù)的計(jì)算過(guò)程如下[5]：

（1）前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力。前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力為

式中，

Fμ1、Fμ2為前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力，N；

P1、P2為前、后輪缸液壓，MPa；

d1、d2為前、后輪缸缸徑，mm；

BEF1、BEF2為前、后制動(dòng)器的制動(dòng)效能因數(shù)；

n1、n2為前、后制動(dòng)輪缸的數(shù)量；

r1、r2為前、后制動(dòng)器的制動(dòng)半徑，mm；

Re為輪胎的滾動(dòng)半徑，mm。

由此可得制動(dòng)力分配系數(shù)β。

因此，前軸的地面制動(dòng)力為

式中，

z為制動(dòng)強(qiáng)度；

W為車(chē)輛的自身總重力，N。

汽車(chē)在水平路面上靜止或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸荷在軸間的分配是固定的。當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，軸間載荷就會(huì)在軸間重新分配。

前軸

W’f為前軸的瞬間軸荷；

L為軸距；

b為汽車(chē)重心到后軸的距離；

hg為汽車(chē)的重心高度。

故前軸利用附著系數(shù)為

后軸的計(jì)算原理同前軸一樣，這樣就得到了制動(dòng)強(qiáng)度和利用附著系數(shù)之間的關(guān)系，按照空載和滿(mǎn)載情況進(jìn)行計(jì)算，將參數(shù)輸入界面，得到利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)

由圖4可以看出，該款車(chē)型的利用附著系數(shù)在ECE法規(guī)范圍內(nèi)，且前輪利用附著系數(shù)，大于后輪利用附著系數(shù)，滿(mǎn)足ECE制動(dòng)法規(guī)的要求。

2.3 制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能力計(jì)算分析

制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)能力計(jì)算分析模塊，可以從制動(dòng)力與減速度關(guān)系、制動(dòng)距離、踏板行程與踏板力關(guān)系，以及踏板行程與減速度關(guān)系這幾個(gè)方面進(jìn)行。本文就針對(duì)踏板行程與車(chē)輛減速度的關(guān)系，進(jìn)行計(jì)算分析。制動(dòng)踏板行程，可以通過(guò)計(jì)算主缸的行程乘以踏板的杠桿比得到，將真空助力器及主缸參數(shù)輸入界面中見(jiàn)圖5。

圖5 真空助力器及主缸參數(shù)

參數(shù)輸入界面完畢后，點(diǎn)擊踏板行程和制動(dòng)減速度按鈕，可以得到踏板行程和制動(dòng)減速度之間的關(guān)系，并將其與實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)比[6]（見(jiàn)圖6）。

圖6 理論與實(shí)測(cè)的踏板行程和減速度關(guān)系曲線(xiàn)

從圖6上可以看出，模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果偏差很小，該軟件可靠。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用Matlab/GUI模塊，編制了汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析軟件，利用該軟件對(duì)某車(chē)型進(jìn)行了仿真，通過(guò)對(duì)該車(chē)的各項(xiàng)制動(dòng)性能進(jìn)行模擬計(jì)算，并與實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)比，證明了該軟件的可靠性和實(shí)用性。

[1]謝 劍，馬朝永.基于VC++開(kāi)發(fā)汽車(chē)制動(dòng)參數(shù)計(jì)算分析系統(tǒng) [J].現(xiàn)代制造工程，2009（10）:36-40.

[2]施曉紅，周 佳.精通GUI圖形界面編程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2003.

[3]顧慧芳.MATLAB使用詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]舒 紅，吳建生.汽車(chē)制動(dòng)系設(shè)計(jì)計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)研究[J].北京：北京汽車(chē)，1999，（1）:13-16

[5]余志生.汽車(chē)?yán)碚摚ǖ谒陌妫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[6]鄭宏宇，宗長(zhǎng)富，高 越，朱天軍，田承偉.線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)的踏板力模擬研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，20（4）:1016-1019.