基于VRP技術的轎車制動效能測試仿真平臺研究

許文娟　趙海賓　王智

摘 要：隨著計算機技術的快速發展，汽車工業領域逐漸引入了計算機仿真技術。虛擬實驗技術越來越廣泛的應用到汽車設計與制造和汽車的性能檢測中，并在高校車輛工程專業實踐教學實踐教學中的應用也成為一種趨勢。文章采用了3Dsmax軟件平臺建立了整車和轉鼓試驗臺模型，將模型導入到VR-platform平臺，設計了虛擬轎車制動效能測試仿真系統。目的在于當進行轎車的制動效能測試時，可以在沒有實驗儀器和場地的情況下也完成轉鼓試驗臺轎車制動效能檢測。對于傳統的汽車性能測試實驗周期長、風險大等缺陷得到了大大的改善。同時也可以為汽車科研單位和高校降低實驗成本。

關鍵詞：VR-platform；轉鼓試驗臺；制動效能；仿真

1 概述

在汽車研發過程中，制動效能是比較重要的環節。轎車的制動效能也是汽車安全行駛不可忽視的因素。傳統的制動效能測試方法以實車道路試驗為主，開發周期長、成本高，有時還具有危險性。[1]隨著虛擬實驗技術的快速發展和廣泛應用，傳統的轎車制動效能測試實驗設備陳舊、測試成本高，越來越不能滿足汽車研發環節、汽車性能檢測環節和高校實踐教學環節的需求。[2]為了滿足現狀需求，課題采用了計算機仿真技術對轎車制動效能進行測試和評價，不僅使開發周期縮短，同時降低了研發成本。轎車制動效能測試仿真平臺可以完成對轎車制動效能的評價，通過虛擬試驗，利用計算機技術將轎車和轉鼓試驗臺結合起來，試驗仿真過程中，用戶可以隨時控制仿真過程，并可以通過模擬汽車在不同條件下的運行狀態，測試過程如圖1所示。該仿真實驗平臺可以使用戶對轎車制動效能進行詳細的分析，并且有助于汽車制造廠的設計者對汽車參數進行合理的調整。[3-4]

2 模型的建立

轉鼓試驗臺和轎車三維模型的建立采用3Dsmax軟件平臺，首先建立一個立方體作為滾筒試驗臺的平臺。基本平臺制作出來后，再在平臺上建立兩個可以安裝滾筒的凹槽，其中用到了“創建”“幾何體”中“復合對象”里的布爾運算。[5]轉鼓試驗臺主要參數見表1。

采用3Dsmax軟件平臺建立汽車模型。由于研究目的只是對汽車的制動效能進行測試，所以車輛的部分結構在不影響功能的前提下可以略有簡化。整車模型由車身部分、底盤部分的傳動系統、轉向系統、制動系統，行駛部分的懸架系統、車輪系統組成。整車模型的主要參數見表2。

建立完整的整車模型后將文件導入到轉鼓試驗臺模型文件，將兩者合并。[6]導入的轎車模型，選定四個車輪，運用工具欄中選擇并旋轉命令就可以使車輪轉過一定角度，每一幀是車輪轉過一定角度，然后選擇播放區間幀數，就可以按照用戶需求得到相應的轉速。動畫效果如圖2所示：

3 轉鼓試驗臺測試汽車制動效能實驗原理

轉鼓試驗臺的滾筒用來承載被測車輛，它相當于路面，并對汽車車輪施加阻力。每套車輪制動效能測試單元由兩個直徑相同的主、從動滾筒組成。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。[7-8]

檢測時，汽車行駛的動能由飛輪旋轉的轉動慣量提供。起動電動機，滾筒的轉動帶動車輪轉動，使車輪達到國家標準中規定制動效能檢測的初速度。然后以一定的踏板力踩下制動踏板，汽車處于制動過程，滾筒和飛輪由于存在慣性，將繼續轉動。此時滾筒轉動的圈數和滾筒周長之積即為汽車的制動距離。[9]滾筒轉動的圈數通過傳感器采集并輸出電信號。制動初速度和制動減速度可由測速傳感器轉變成脈沖信號后輸出顯示。

4 轉鼓試驗臺制動效能測試仿真設計

仿真實驗平臺的設計采用VR-platform。首先建立該仿真實驗平臺的主界面，在文件下新建“項目”，選擇文件類型為C#，新建“windows新建窗體程序”，然后為所設計仿真試驗平臺創建標題“label”。在該界面添加按鈕“button”用來控制測試進度。

窗體編輯完成后，進行“調試”，無誤后即得到可獨立執行的exe文件，即所設計仿真實驗平臺。打開軟件即進入汽車制動效能仿真實驗平臺界面。主界面如圖3所示。

用戶通過點擊任一按鈕即可進入相應窗口，深入掌握轉鼓試驗臺的測試原理和方法。然后點擊“進入實驗”按鈕，就會進入制動效能測試實驗操作界面，如圖4所示。[10]界面設計了五個按鈕，分別用于制動過程中參數的設定、汽車行駛狀態顯示和數據結果分析處理。

5 測試結果分析研究

首先需要輸入待測車輛的相關數據，然后按照實驗方法與過程的說明依次點擊“起動”、“加速”、“制動”按鈕，程序執行相應命令，汽車和轉鼓試驗臺就會執行相應的動作。測試結束后點擊“數據結果處理”按鈕，得到被測轎車的制動效能測試結果。測試結果以曲線圖的形式顯示給用戶。測試結果如圖5～7所示。

按照國家標準GB7258-2012《機動車運行安全技術條件》規定，汽車進行制動效能測試時，要求初速度為30km/h的制動距離≤9m，充分發出的平均制動減速度≥5.4m/s2。由圖可知，轎車的制動距離是7.11m，平均制動減速度為6.98m/s2，均滿足國家標準中規定的要求。

6 結束語

轎車制動效能測試仿真平臺，可以完成轎車制動效能的測試，為用戶提供數據依據，從而評價轎車的制動效能。對于轎車性能測試領域是一種全新的研究方法。虛擬測試仿真平臺能達到接近真實的實驗效果，采用VR-platform開發的虛擬測試仿真平臺可以在WindowsXP和Windows2000環境下運行。用戶可以實現隨時改變轎車參數、仿真數據和行駛工況等，隨時控制檢測時的全過程。虛擬測試仿真平臺不僅可以提高高校實踐教學的教學效果，還可以縮短汽車研發周期。在實驗器材落后、實驗場地受限的情況下也可以完成對轎車制動效能的測試，具有理論研究和實際應用的雙重意義。

參考文獻

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