基于MATLAB/GUI的汽车制动系统计算分析

辛新

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005）

汽车制动性能，是汽车的主要性能之一。在汽车设计领域，制动性能和操纵稳定性能被视为汽车安全的“生命线”，如何缩短开发周期，提高设计品质，一直是各汽车公司争相解决的课题[1]。

本文利用Matlab/GUI进行制动系统界面设计开发[2~3]，分析了整车制动系统性能以及制动系统制动能力，并将该界面封装。通过这个软件，可以清晰明了地看出整个制动系统匹配是否合理，以及整个制动系统的制动性能。

1 软件的主要组成及功能

软件分为两个模块：汽车整车制动性能模块，和制动系统制动能力计算分析模块。这两个模块主要可以实现如下功能：

汽车整车制动性能模块，可以评估制动力矩随制动强度变化、地面制动力随制动强度变化、制动力矩随制动强度变化、前后轮抱死f线组和r线组、理想与实际制动力分配曲线、ECE法规校核。

制动系统制动能力计算分析模块，可以根据真空助力器输入输出曲线及制动系统制动参数，对管路油压随踏板力变化、汽车减速度随踏板力变化、汽车减速度随踏板行程变化、汽车制动距离随制动初速度变化及手刹装置中驻坡角度随附着系数变化，进行仿真。

这两个模块相互联系，共用相同的制动系统参数，当其中一个变量发生变化时，与其相关的输出变量，就会发生变化，并直接反映在所输出的图形上。

2 整车制动系统分析评价

本文以某车型制动系统设计为例，证明该软件的实用性和可靠性。设计流程如图1所示。

图1 制动系统设计流程

2.1 输入参数

在界面中输入该款车型的整车参数见图2。

图2 模拟计算所选车型的整车参数

在界面中输入该款车型的制动器参数见图3。

图3 选用的制动器、主缸及其参数

2.2 汽车整车制动性能分析计算

关于汽车整车制动性能模块计算分析，主要以利用附着系数和制动强度的关系为例，介绍制动力分配的评价，利用附着系数和制动强度之间的关系，在ECE法规中有所规定，将ECE制动法规要求和汽车的实际利用附着系数重叠在一张图上，就可以判定前、后制动力分配是否合理[4]。

计算过程为：利用附着系数为地面制动力与轴荷之比，地面制动力是指汽车制动时地面对前轴或后轴汽车行驶反方向的作用力，一般可以通过制动强度、车重和制动力分配系数这3者相乘得到，其中制动力分配系数是前、后轴制动力与整车制动力之比，则前轮或后轮提前抱死时，前、后轴的利用附着系数的计算过程如下[5]：

（1）前、后制动器的制动力。前、后制动器的制动力为

式中，

Fμ1、Fμ2为前、后制动器的制动力，N；

P1、P2为前、后轮缸液压，MPa；

d1、d2为前、后轮缸缸径，mm；

BEF1、BEF2为前、后制动器的制动效能因数；

n1、n2为前、后制动轮缸的数量；

r1、r2为前、后制动器的制动半径，mm；

Re为轮胎的滚动半径，mm。

由此可得制动力分配系数β。

因此，前轴的地面制动力为

式中，

z为制动强度；

W为车辆的自身总重力，N。

汽车在水平路面上静止或匀速运动时，轴荷在轴间的分配是固定的。当汽车制动时，轴间载荷就会在轴间重新分配。

前轴

W’f为前轴的瞬间轴荷；

L为轴距；

b为汽车重心到后轴的距离；

hg为汽车的重心高度。

故前轴利用附着系数为

后轴的计算原理同前轴一样，这样就得到了制动强度和利用附着系数之间的关系，按照空载和满载情况进行计算，将参数输入界面，得到利用附着系数与制动强度的关系曲线如图4所示。

图4 利用附着系数与制动强度的关系曲线

由图4可以看出，该款车型的利用附着系数在ECE法规范围内，且前轮利用附着系数，大于后轮利用附着系数，满足ECE制动法规的要求。

2.3 制动系统制动能力计算分析

制动系统制动能力计算分析模块，可以从制动力与减速度关系、制动距离、踏板行程与踏板力关系，以及踏板行程与减速度关系这几个方面进行。本文就针对踏板行程与车辆减速度的关系，进行计算分析。制动踏板行程，可以通过计算主缸的行程乘以踏板的杠杆比得到，将真空助力器及主缸参数输入界面中见图5。

图5 真空助力器及主缸参数

参数输入界面完毕后，点击踏板行程和制动减速度按钮，可以得到踏板行程和制动减速度之间的关系，并将其与实际测量结果对比[6]（见图6）。

图6 理论与实测的踏板行程和减速度关系曲线

从图6上可以看出，模拟结果和实测结果偏差很小，该软件可靠。

3 结束语

利用Matlab/GUI模块，编制了汽车制动系统设计与分析软件，利用该软件对某车型进行了仿真，通过对该车的各项制动性能进行模拟计算，并与实际测量结果对比，证明了该软件的可靠性和实用性。

[1]谢 剑，马朝永.基于VC++开发汽车制动参数计算分析系统 [J].现代制造工程，2009（10）:36-40.

[2]施晓红，周 佳.精通GUI图形界面编程[M].北京：北京大学出版社，2003.

[3]顾慧芳.MATLAB使用详解[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4]舒 红，吴建生.汽车制动系设计计算软件开发研究[J].北京：北京汽车，1999，（1）:13-16

[5]余志生.汽车理论（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]郑宏宇，宗长富，高 越，朱天军，田承伟.线控制动系统的踏板力模拟研究[J].系统仿真学报，2008，20（4）:1016-1019.