基于LabVIEW的车辆制动性能仿真软件设计应用

范　例, 王开松

(1.安徽理工大学机械工程学院， 安徽淮南 232001；

2.东北大学机械工程学院， 辽宁沈阳 110004)



基于LabVIEW的车辆制动性能仿真软件设计应用

范例1，2, 王开松1

(1.安徽理工大学机械工程学院， 安徽淮南 232001；

2.东北大学机械工程学院， 辽宁沈阳 110004)

摘要：利用LabVIEW软件编写车辆制动性能仿真程序并对车辆制动性能进行仿真计算，通过图表直观地描述各参数对汽车制动性能的影响.该软件能够实现车辆参数的采集计算,且具有程序界面友好、仿真结果准确、系统可靠性高的特点.汽车制动性仿真结果有助于车辆结构参数的优化，从而达到提高车辆制动性能的目的.

关键词：车辆制动性能； 仿真计算； LabVIEW

汽车制动性能作为汽车最重要的性能之一，决定着车辆行驶安全.制动性能的评价指标包括：制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性.制动效率定义为车轮不锁死的最大减速度与车轮和地面附着系数的比值制动效率表明了汽车在一定路面上能够利用制动力的最大能力[1-3].本文利用LabVIEW程序的数据采集模块对汽车制动性能相关参数进行采集并输入到程序框图中.文中主要研究制动器制动力分配系数为定值时，车辆在不同路面时的制动力利用情况，并对不同类型的双回路制动系统发生部分失效时的制动力利用情况以及滑水现象临界车速进行仿真计算.

1制动性能仿真软件设计

本文以前、后制动器制动力分配比例为定值的车辆为研究模型，根据制动管路布置形式的不同分成如图1所示的三种形式.

图 1　双回路制动系统示意图

对以上三种不同类型车辆的制动力利用情况进行仿真.当双回路制动系统正常工作时，前、后轴制动效率的计算公式为

(1)

(2)

式中：z为制动强度；φf、φr分别为前、后轴利用附着系数;β为制动器制动力分配系数;L为汽车轴距，L=a+b，a、b分别为质心到前、后轴距离;hg为质心高度.

当A型制动系统中的管路1失效时，后轴的制动效率计算公式为

(3)

当A型制动系统中的管路2失效时，前轴的制动效率计算公式为

(4)

高速行驶的汽车经过有积水层的路面，出现滑水现象.车辆发生滑水现象的临界车速与轮胎气压有直接关系，公式表述如下[1，3]：

(5)

式中，Pi为轮胎充气气压(kPa).

车辆制动性能仿真系统运行流程图如图2所示，系统登录界面如图3所示.

图2　系统流程图

图3　系统登录窗口

车辆在不同装载条件下的制动效率计算程序框图如图4所示.此程序框图使用了while循环和公式节点，其中while循环采样对象是路面附着系数，采样范围从0.0到1.0，采样频率为0.1[4].

图4　不同装载条件下的制动效率计算程序

制动管路布置形式不同的车辆在制动管路部分失效下的制动效率计算程序框图如图5所示.因为(B)、(C)两种形式的制动系统在管路部分失效时的制动效率计算公式相同，故只计算了(A)和(B)两种双回路制动系统在管路部分失效时的制动效率.

图5　不同制动管路失效下的制动效率程序框图

2 仿真实例

现有某型货车的结构参数见表1[5-6]，利用LabVIEW程序对其相关参数进行采集并输入到程序框图中.

表1　某型货车不同装载条件下的参数表

不同布置形式的双制动管路系统如图6所示.货车在空载和满载下的前、后轴制动效率计算结果如图7、图8所示.

图6　三种双回路制动系统

图7　空载下的前、后轴制动效率变化曲线

图8　满载下的前、后轴制动效率变化曲线

由图7、图8可看出，空载条件下的制动过程中，任何路面条件下前轴都会首先抱死.而在满载情况下，只有在路面附着系数为0.42时，前、后轴才会同时抱死，制动力效率达到最大值.

货车按图6所示分别装有三种不同形式的双回路制动系统.当采用(A)管路形式，管路1、2分别发生失效时，只有后、前轴具有制动力[7].此时制动效率随路面附着系数的变化曲线如图9、图10所示.

图9　(A)形式管路1发生失效时的制动效率曲线

图10　(A)形式管路2发生失效时的制动效率曲线

图11　(B)、(C)形式中不同制动管路失效下的制动效率变化曲线

由图9、图10可知，(A)形式管路1发生失效，此时后轴制动效率最大值只有54%，随路面附着系数的增大而单调递减.(A)形式管路2发生失效，此时前轴制动效率最大值只有62%，随路面附着系数的增加单调递增.

(B)、(C)形式管路1、2分别发生失效时的制动效率变化曲线如图11所示.

图11中，前、后轴制动效率变化曲线与制动管路不发生部分失效时的变化曲线相同，只是车辆总制动力减少为没有发生部分失效时的50%.在制动效率和制动强度上(B)、(C)形式是相同的，区别在于(B)形式实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比较困难，(C)形式一方面实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比较困难，另一方面当其中一个管路失效时，极容易发生跑偏[8].

滑水现象临界车速与轮胎充气气压的变化曲线如图12所示.由图12可以看出，滑水现象临界车速与轮胎充气气压成正比关系，轮胎充气气压越大，对应的滑水现象临界车速也就越高.当轮胎充气压力为275kPa时，对应的滑水现象临界车速为110km/h;当车速大于110km/h时，系统报警，车辆在行驶中会出现滑水现象.

3结束语

利用LabVIEW软件设计了车辆制动系统仿真程序，对制动器制动力分配比例为定值的货车制动效率进行了仿真计算，并且考虑到了双制动管路的布置形式不同对车辆制动效率和制动力的影响.对车辆在积水层出现滑水现象时对应的临界车速进行了计算， 直观地表现出临界车速与轮胎充气压力之

间的关系.通过将LabVIEW软件与车辆制动系统性能仿真结合，能够利用LabVIEW软件数据采集的优势进行车辆相关参数的动态采集和录入，提高了测试效率.同时，数据流的编程概念使程序模块化，方便进行参数的修改和程序的完善.本系统仿真结果准确，图表清晰，能够为车辆制动系统参数设计提供参考.

参考文献：

[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社,2009.

[2] 喻凡，林逸．汽车系统动力学[M]．3版．北京：机械工业出版社，2011.

[3] 吴光强．汽车理论[M]．北京：人民交通出版社，2007.

[4] Travis J，Kring J．LabVIEW大学实用教程[M]．3版.乔瑞萍，译．北京：电子工业出版社，2010.

[5] 范例.汽车综合性能评价仿真系统设计[D].西安：长安大学，2012.

[6] 王杰，徐满年．EQ106轻型汽车前后制动器制动力分配比例的确定[J]．汽车科技，1998(2)：13-16.

[7] 何宇平，姜正根．汽车制动性能分析和计算机模拟与试验验证[J]．汽车工程，1995(5)：28-32.

[8] 刘晓玫，胡宗梅，李骏．汽车制动性能评价与建议系统的开发[J]．制造业自动化，2010(4)：122-124.

(编辑：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

中图分类号：U461.3

文献标志码：A

文章编号：1672-6197(2015)03-0011-04

作者简介：范例，男，fanli_family@163.com

基金项目：安徽省教学研究项目； 2013安徽省高等教育振兴计划项目(2013zytz023)

收稿日期：2014-12-15