基于LabVIEW的車輛制動性能仿真軟件設計應用

范　例, 王開松

(1.安徽理工大學機械工程學院， 安徽淮南 232001；

2.東北大學機械工程學院， 遼寧沈陽 110004)

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基于LabVIEW的車輛制動性能仿真軟件設計應用

范例1，2, 王開松1

(1.安徽理工大學機械工程學院， 安徽淮南 232001；

2.東北大學機械工程學院， 遼寧沈陽 110004)

摘要：利用LabVIEW軟件編寫車輛制動性能仿真程序并對車輛制動性能進行仿真計算，通過圖表直觀地描述各參數對汽車制動性能的影響.該軟件能夠實現車輛參數的采集計算,且具有程序界面友好、仿真結果準確、系統可靠性高的特點.汽車制動性仿真結果有助于車輛結構參數的優化，從而達到提高車輛制動性能的目的.

關鍵詞：車輛制動性能； 仿真計算； LabVIEW

汽車制動性能作為汽車最重要的性能之一，決定著車輛行駛安全.制動性能的評價指標包括：制動效能、制動效能的恒定性和制動時汽車的方向穩定性.制動效率定義為車輪不鎖死的最大減速度與車輪和地面附著系數的比值制動效率表明了汽車在一定路面上能夠利用制動力的最大能力[1-3].本文利用LabVIEW程序的數據采集模塊對汽車制動性能相關參數進行采集并輸入到程序框圖中.文中主要研究制動器制動力分配系數為定值時，車輛在不同路面時的制動力利用情況，并對不同類型的雙回路制動系統發生部分失效時的制動力利用情況以及滑水現象臨界車速進行仿真計算.

1制動性能仿真軟件設計

本文以前、后制動器制動力分配比例為定值的車輛為研究模型，根據制動管路布置形式的不同分成如圖1所示的三種形式.

圖 1　雙回路制動系統示意圖

對以上三種不同類型車輛的制動力利用情況進行仿真.當雙回路制動系統正常工作時，前、后軸制動效率的計算公式為

(1)

(2)

式中：z為制動強度；φf、φr分別為前、后軸利用附著系數;β為制動器制動力分配系數;L為汽車軸距，L=a+b，a、b分別為質心到前、后軸距離;hg為質心高度.

當A型制動系統中的管路1失效時，后軸的制動效率計算公式為

(3)

當A型制動系統中的管路2失效時，前軸的制動效率計算公式為

(4)

高速行駛的汽車經過有積水層的路面，出現滑水現象.車輛發生滑水現象的臨界車速與輪胎氣壓有直接關系，公式表述如下[1，3]：

(5)

式中，Pi為輪胎充氣氣壓(kPa).

車輛制動性能仿真系統運行流程圖如圖2所示，系統登錄界面如圖3所示.

圖2　系統流程圖

圖3　系統登錄窗口

車輛在不同裝載條件下的制動效率計算程序框圖如圖4所示.此程序框圖使用了while循環和公式節點，其中while循環采樣對象是路面附著系數，采樣范圍從0.0到1.0，采樣頻率為0.1[4].

圖4　不同裝載條件下的制動效率計算程序

制動管路布置形式不同的車輛在制動管路部分失效下的制動效率計算程序框圖如圖5所示.因為(B)、(C)兩種形式的制動系統在管路部分失效時的制動效率計算公式相同，故只計算了(A)和(B)兩種雙回路制動系統在管路部分失效時的制動效率.

圖5　不同制動管路失效下的制動效率程序框圖

2 仿真實例

現有某型貨車的結構參數見表1[5-6]，利用LabVIEW程序對其相關參數進行采集并輸入到程序框圖中.

表1　某型貨車不同裝載條件下的參數表

不同布置形式的雙制動管路系統如圖6所示.貨車在空載和滿載下的前、后軸制動效率計算結果如圖7、圖8所示.

圖6　三種雙回路制動系統

圖7　空載下的前、后軸制動效率變化曲線

圖8　滿載下的前、后軸制動效率變化曲線

由圖7、圖8可看出，空載條件下的制動過程中，任何路面條件下前軸都會首先抱死.而在滿載情況下，只有在路面附著系數為0.42時，前、后軸才會同時抱死，制動力效率達到最大值.

貨車按圖6所示分別裝有三種不同形式的雙回路制動系統.當采用(A)管路形式，管路1、2分別發生失效時，只有后、前軸具有制動力[7].此時制動效率隨路面附著系數的變化曲線如圖9、圖10所示.

圖9　(A)形式管路1發生失效時的制動效率曲線

圖10　(A)形式管路2發生失效時的制動效率曲線

圖11　(B)、(C)形式中不同制動管路失效下的制動效率變化曲線

由圖9、圖10可知，(A)形式管路1發生失效，此時后軸制動效率最大值只有54%，隨路面附著系數的增大而單調遞減.(A)形式管路2發生失效，此時前軸制動效率最大值只有62%，隨路面附著系數的增加單調遞增.

(B)、(C)形式管路1、2分別發生失效時的制動效率變化曲線如圖11所示.

圖11中，前、后軸制動效率變化曲線與制動管路不發生部分失效時的變化曲線相同，只是車輛總制動力減少為沒有發生部分失效時的50%.在制動效率和制動強度上(B)、(C)形式是相同的，區別在于(B)形式實現左右側輪制動器制動力的完全相等比較困難，(C)形式一方面實現左右側輪制動器制動力的完全相等比較困難，另一方面當其中一個管路失效時，極容易發生跑偏[8].

滑水現象臨界車速與輪胎充氣氣壓的變化曲線如圖12所示.由圖12可以看出，滑水現象臨界車速與輪胎充氣氣壓成正比關系，輪胎充氣氣壓越大，對應的滑水現象臨界車速也就越高.當輪胎充氣壓力為275kPa時，對應的滑水現象臨界車速為110km/h;當車速大于110km/h時，系統報警，車輛在行駛中會出現滑水現象.

3結束語

利用LabVIEW軟件設計了車輛制動系統仿真程序，對制動器制動力分配比例為定值的貨車制動效率進行了仿真計算，并且考慮到了雙制動管路的布置形式不同對車輛制動效率和制動力的影響.對車輛在積水層出現滑水現象時對應的臨界車速進行了計算， 直觀地表現出臨界車速與輪胎充氣壓力之

間的關系.通過將LabVIEW軟件與車輛制動系統性能仿真結合，能夠利用LabVIEW軟件數據采集的優勢進行車輛相關參數的動態采集和錄入，提高了測試效率.同時，數據流的編程概念使程序模塊化，方便進行參數的修改和程序的完善.本系統仿真結果準確，圖表清晰，能夠為車輛制動系統參數設計提供參考.

參考文獻：

[1] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社,2009.

[2] 喻凡，林逸．汽車系統動力學[M]．3版．北京：機械工業出版社，2011.

[3] 吳光強．汽車理論[M]．北京：人民交通出版社，2007.

[4] Travis J，Kring J．LabVIEW大學實用教程[M]．3版.喬瑞萍，譯．北京：電子工業出版社，2010.

[5] 范例.汽車綜合性能評價仿真系統設計[D].西安：長安大學，2012.

[6] 王杰，徐滿年．EQ106輕型汽車前后制動器制動力分配比例的確定[J]．汽車科技，1998(2)：13-16.

[7] 何宇平，姜正根．汽車制動性能分析和計算機模擬與試驗驗證[J]．汽車工程，1995(5)：28-32.

[8] 劉曉玫，胡宗梅，李駿．汽車制動性能評價與建議系統的開發[J]．制造業自動化，2010(4)：122-124.

(編輯：郝秀清)

Software design and application of vehicle

braking performance based on LabVIEW

FAN Li1,2, WANG Kai-song1

(1. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China;

2.School of Mechanical Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Abstract:Vehicle braking performanceis calculated by the simulationsoftware of vehicle braking performancewhich programmed by LabVIEW. Influence caused by parametersis described through the curves. The LabVIEW software can realize the parameters calculation of the vehicle, and it has the characteristics of friendly program interface and high system realiability.The simulation results of the vehicle braking performancecan be used to optimizethe parametersof the vehicle, so as to enhancethe vehiclebraking performance.

Key words:vehicle braking performance; emulating calculation; LabVIEW

中圖分類號：U461.3

文獻標志碼：A

文章編號：1672-6197(2015)03-0011-04

作者簡介：范例，男，fanli_family@163.com

基金項目：安徽省教學研究項目； 2013安徽省高等教育振興計劃項目(2013zytz023)

收稿日期：2014-12-15