基于MATLAB/GUI的汽車制動系統計算分析

辛新

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

汽車制動性能，是汽車的主要性能之一。在汽車設計領域，制動性能和操縱穩定性能被視為汽車安全的“生命線”，如何縮短開發周期，提高設計品質，一直是各汽車公司爭相解決的課題[1]。

本文利用Matlab/GUI進行制動系統界面設計開發[2~3]，分析了整車制動系統性能以及制動系統制動能力，并將該界面封裝。通過這個軟件，可以清晰明了地看出整個制動系統匹配是否合理，以及整個制動系統的制動性能。

1 軟件的主要組成及功能

軟件分為兩個模塊：汽車整車制動性能模塊，和制動系統制動能力計算分析模塊。這兩個模塊主要可以實現如下功能：

汽車整車制動性能模塊，可以評估制動力矩隨制動強度變化、地面制動力隨制動強度變化、制動力矩隨制動強度變化、前后輪抱死f線組和r線組、理想與實際制動力分配曲線、ECE法規校核。

制動系統制動能力計算分析模塊，可以根據真空助力器輸入輸出曲線及制動系統制動參數，對管路油壓隨踏板力變化、汽車減速度隨踏板力變化、汽車減速度隨踏板行程變化、汽車制動距離隨制動初速度變化及手剎裝置中駐坡角度隨附著系數變化，進行仿真。

這兩個模塊相互聯系，共用相同的制動系統參數，當其中一個變量發生變化時，與其相關的輸出變量，就會發生變化，并直接反映在所輸出的圖形上。

2 整車制動系統分析評價

本文以某車型制動系統設計為例，證明該軟件的實用性和可靠性。設計流程如圖1所示。

圖1 制動系統設計流程

2.1 輸入參數

在界面中輸入該款車型的整車參數見圖2。

圖2 模擬計算所選車型的整車參數

在界面中輸入該款車型的制動器參數見圖3。

圖3 選用的制動器、主缸及其參數

2.2 汽車整車制動性能分析計算

關于汽車整車制動性能模塊計算分析，主要以利用附著系數和制動強度的關系為例，介紹制動力分配的評價，利用附著系數和制動強度之間的關系，在ECE法規中有所規定，將ECE制動法規要求和汽車的實際利用附著系數重疊在一張圖上，就可以判定前、后制動力分配是否合理[4]。

計算過程為：利用附著系數為地面制動力與軸荷之比，地面制動力是指汽車制動時地面對前軸或后軸汽車行駛反方向的作用力，一般可以通過制動強度、車重和制動力分配系數這3者相乘得到，其中制動力分配系數是前、后軸制動力與整車制動力之比，則前輪或后輪提前抱死時，前、后軸的利用附著系數的計算過程如下[5]：

（1）前、后制動器的制動力。前、后制動器的制動力為

式中，

Fμ1、Fμ2為前、后制動器的制動力，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、后制動器的制動效能因數；

n1、n2為前、后制動輪缸的數量；

r1、r2為前、后制動器的制動半徑，mm；

Re為輪胎的滾動半徑，mm。

由此可得制動力分配系數β。

因此，前軸的地面制動力為

式中，

z為制動強度；

W為車輛的自身總重力，N。

汽車在水平路面上靜止或勻速運動時，軸荷在軸間的分配是固定的。當汽車制動時，軸間載荷就會在軸間重新分配。

前軸

W’f為前軸的瞬間軸荷；

L為軸距；

b為汽車重心到后軸的距離；

hg為汽車的重心高度。

故前軸利用附著系數為

后軸的計算原理同前軸一樣，這樣就得到了制動強度和利用附著系數之間的關系，按照空載和滿載情況進行計算，將參數輸入界面，得到利用附著系數與制動強度的關系曲線如圖4所示。

圖4 利用附著系數與制動強度的關系曲線

由圖4可以看出，該款車型的利用附著系數在ECE法規范圍內，且前輪利用附著系數，大于后輪利用附著系數，滿足ECE制動法規的要求。

2.3 制動系統制動能力計算分析

制動系統制動能力計算分析模塊，可以從制動力與減速度關系、制動距離、踏板行程與踏板力關系，以及踏板行程與減速度關系這幾個方面進行。本文就針對踏板行程與車輛減速度的關系，進行計算分析。制動踏板行程，可以通過計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輸入界面中見圖5。

圖5 真空助力器及主缸參數

參數輸入界面完畢后，點擊踏板行程和制動減速度按鈕，可以得到踏板行程和制動減速度之間的關系，并將其與實際測量結果對比[6]（見圖6）。

圖6 理論與實測的踏板行程和減速度關系曲線

從圖6上可以看出，模擬結果和實測結果偏差很小，該軟件可靠。

3 結束語

利用Matlab/GUI模塊，編制了汽車制動系統設計與分析軟件，利用該軟件對某車型進行了仿真，通過對該車的各項制動性能進行模擬計算，并與實際測量結果對比，證明了該軟件的可靠性和實用性。

[1]謝 劍，馬朝永.基于VC++開發汽車制動參數計算分析系統 [J].現代制造工程，2009（10）:36-40.

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

[3]顧慧芳.MATLAB使用詳解[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4]舒 紅，吳建生.汽車制動系設計計算軟件開發研究[J].北京：北京汽車，1999，（1）:13-16

[5]余志生.汽車理論（第四版）[M].北京：機械工業出版社，2006.

[6]鄭宏宇，宗長富，高 越，朱天軍，田承偉.線控制動系統的踏板力模擬研究[J].系統仿真學報，2008，20（4）:1016-1019.