汽車液壓制動系統優化設計平臺開發*

王 斌過學迅張 巍葉 鵬張 杰

（1.武漢理工大學；2.華中科技大學）

相比 Matlab （GUI），Visual C++是一款更專業的開發軟件。Matlab編程簡單，但程序只能在安裝有Matlab的PC上才能運行；Visual C++不僅運行效率高、移植性好，與其他大型軟件的接口也更穩定。本文結合企業實際項目，用Visual C++開發一款汽車制動系統開發平臺，縮短了制動系統的開發周期。

1 軟件功能

按照軟件工程學方法，需要對軟件設計進行總體規劃。本系統的設計目標是，為實際生產建立實用的設計、分析和仿真平臺，在功能上滿足實際設計需要，如幫助選擇制動器結構型式；確定制動器主要結構參數，并根據參數對其性能從理論角度進行分析評價；優化用戶設計方案等。要求系統運行穩定可靠，結論正確[2]。基于該規劃，具體給出系統的功能定義如圖1所示。

a.制動器類型選擇功能。系統將設計技術（包括理論知識、相關法規、設計經驗等）存于知識庫中，輔助設計者確定制動器類型及主要參數。

b.整車制動性能分析功能。在參數確定后，根據理想與實際制動力分配計算、ECE法規、制動效率曲線等檢驗是否滿足要求及國家相關法規。

c.制動系統的理論計算功能。制動系統的理論計算部分涵蓋了制動力、制動力矩、輪缸液壓、主缸工作容積、真空助力器、踏板行程、駐車制動器等多項計算內容，給用戶提供整車制動信息。

d.制動器性能優化方案。當設計不滿足國家法規或易于讓整車后輪先抱死時，系統會提示用戶更改部分制動器參數來優化整個制動性能。

e.提供與CAD/CAE軟件的接口。為了進一步縮短制動器開發周期，提高設計精度，軟件提供了與CATIA、ADAMS等軟件的接口，以輔助用戶進一步設計。

f.數據圖表存儲功能。軟件提供了強大的數據存儲、圖形存儲功能，可將結果和性能曲線保存，便于生產實際。

2 軟件開發關鍵環節

2.1 設計流程

軟件設計流程如圖2所示。

2.2 界面布置

汽車設計使用的軟件大多采用彈出式對話框，即每計算一個項目彈出一個或一系列對話框，不僅繁瑣而且不利于用戶查看已完成的計算分析。本系統利用現在主流瀏覽器遨游的使用界面，結合Visual C++提供的Tab控件，將制動系統的20余項設計計算按功能劃分為多個頁面，按照一定順序逐層與用戶對話的方法解決了該問題。該方法可以做到按人類認識或描述問題的規律有層次的與用戶交流，界面如圖3所示，左邊的輸入框不僅利于用戶在對設計結果進行修改時方便的找到相關參數，也有助于用戶分析不同參數對汽車制動性能影響的程度。

2.3 信息錄入機制

良好的人機界面應該在適當地方對用戶進行提示[3]。本系統可以根據合理性、合法性要求雙重檢測用戶輸入的數據。如當用戶疏忽，將800輸入為8OO（O 為大寫字母）時，軟件會自動刪除“OO”，并彈出警示對話框。在合理性檢測方面，若用戶輸入的前軸距與后軸距之和不等于總軸距時，軟件也會彈出警示對話框，避免后續設計錯誤。

2.4 與CATIA的連接

在實現參數化建模方面，由于篇幅限制，只敘述其中兩個比較關鍵的步驟。

a.利用Visual C++調用CATIA

主要是利用ShellExecute（ ）函數來調用CATIA的路徑。用戶在第一次使用軟件時，需要查找路徑，然后將路徑通過命令流文件寫到本軟件的安裝目錄下。在后續使用時，即可很流暢的進入CATIA，不需要再查找路徑。

函數代碼為 ：ShellExecute （NULL， NULL，m_File，NULL，cBuffer， SW_SHOWNORMAL）

b.通過CAA對CATIA_V5 R19做二次開發[4]

使用Visual Studio 2005開發制動器零件建模模塊（Workbench），并在該模塊下制定出CATIA風格的工具條，響應命令按鈕及完成建模代碼的書寫。具體界面和菜單如圖4中機械設計的彈出菜單所示，用戶單擊各制動系統部件即可彈出參數化對話框進行建模。

3 實例運行

以某車型制動系統設計計算為例，按照開發流程（圖2）說明本開發平臺的功能。本次設計前、后軸均選用盤式制動器。

3.1 參數輸入

在數據庫中儲存了大量的經驗參數及設計要求，用戶只需按照軟件向導即可在數據庫中選取參數或根據軟件提示的設計要求輸入參數。本次設計主要參數見表1～表3。

表1 整車參數

表2 制動器參數（盤式）

表3 制動驅動機構部分參數

3.2 性能計算及分析

根據上述數據，用戶即可進入整車制動系統分析模塊，分析整車制動系統性能、計算制動系統關鍵總成、校核系統關鍵部件，并通過各特性曲線圖及制動法規對制動性能做定性或定量評價，判定整車制動性能，輔助優化制動系統的設計工作。

圖5是該車的理想與實際制動力分配曲線，其中，F曲線表示后輪未抱死時在各種φ值路面上前輪抱死時的前、后地面制動力關系曲線，與之對應的R曲線表示前輪未抱死時在各種φ值路面上后輪抱死時的前、后地面制動力關系曲線。由軟件計算及圖5可知，該車的同步附著系數為0.44，較小，若用戶選擇的路面附著系數φ大于0.44，系統會提示用戶前軸先報死，同時系統提供裝載比例閥的接口。圖6顯示用戶安裝并選擇了比例閥參數后的理想與實際制動力分配曲線。由圖6可知，路面附著系數在0.97之前，實際的制動力分配系數在I曲線之下，可知該車在一般路面附著系數下后軸不會提前抱死，滿足制動穩定性要求。

根據ECE法規要求來分析整車的制動性能，軟件將ECE法規要求 （φ=0.2～0.8時制動強度Z≥0.1+0.85（φ-0.2））寫入圖7。由圖7可知，在絕大多數路面上，該車滿足φf＞φr，即前軸利用附著系數曲線均在后軸利用附著曲線之上，同時在φ=0.2～0.8時前、后軸利用附著系數也都滿足ECE法規要求的Z≥0.1+0.85（φ-0.2）。綜上可知，該車滿足制動穩定性要求。

在完成整車性能分析后，軟件同樣提供真空助力器特性、踏板力與輸入力曲線、踏板力與輸出液壓曲線幫助用戶分析踏板力—制動減速度—制動距離特性。圖8顯示的是根據表3真空助力器參數繪制的真空助力器與主缸液壓輸出的效能曲線圖[5，6]。圖9是根據踏板力、助力比及圖8等關系綜合繪制的踏板力與制動距離曲線圖。圖9中包含了前軸失效、后軸失效、正常制動等狀況的制動距離曲線[6]，圖中垂直的虛線表示在某一制動力下制動距離將由于抱死而維持在一個數值。由圖9可知，當踏板力為200 N時，前、后軸依次抱死，達到最短制動距離。

3.3 參數化建模

用戶確定了設計參數并對設計結果滿意后，即可進入參數化建模模塊。本軟件在菜單上提供了與CATIA的接口，用戶單擊即可進入CATIA。單擊子菜單即可彈出零部件界面，單擊某一部件即可彈出制動器零件庫界面（圖10），用戶可以根據圖11中的二維圖尺寸標識選擇之前的設計參數或填寫新數據。圖12為用戶填寫新數據產生的制動盤模型。

4 結束語

為了提高制動系統開發效率，縮短研發周期，開發了該款制動系統設計開發平臺。該平臺能夠精確計算制動系統的20余項內容，全面分析整車制動性能，并通過ACCESS數據庫儲存大量的經驗數據和制動法規輔助用戶設計開發。該平臺還有很多方面需要完善，在整車制動性能部分，還可以增加輔助制動模塊；在參數化建模部分目前只能實現主要部件如制動盤、制動鼓、摩擦片等的參數化建模，復雜的卡鉗等還未實現參數化。

1 魯道夫.汽車制動系統的分析與設計.北京：機械工業出版社，1985.

2 Bin Wang，Xuexun Guo.Development Platform for Vehicle’s Brake System Based on VC++.WCSE， 2010.

3 Eckerson Wayne.Inference object-oriented development tool debuts.Network World， Framingham， Feb 8，1993，Vol.10，Iss.6.

4 熊欣，馬洪閣.CATIA V5將知識工程應用于汽車零部件開發.CAD/CAM與制造業信息化，2004（2）.

5 楊維和.汽車真空助力器的工作原理和性能計算.汽車技術，1991（10）.

6 方泳龍.汽車制動理論與設計.北京：國防工業出版社，2005.