基于VRP技术的轿车制动效能测试仿真平台研究

许文娟　赵海宾　王智

摘 要：随着计算机技术的快速发展，汽车工业领域逐渐引入了计算机仿真技术。虚拟实验技术越来越广泛的应用到汽车设计与制造和汽车的性能检测中，并在高校车辆工程专业实践教学实践教学中的应用也成为一种趋势。文章采用了3Dsmax软件平台建立了整车和转鼓试验台模型，将模型导入到VR-platform平台，设计了虚拟轿车制动效能测试仿真系统。目的在于当进行轿车的制动效能测试时，可以在没有实验仪器和场地的情况下也完成转鼓试验台轿车制动效能检测。对于传统的汽车性能测试实验周期长、风险大等缺陷得到了大大的改善。同时也可以为汽车科研单位和高校降低实验成本。

关键词：VR-platform；转鼓试验台；制动效能；仿真

1 概述

在汽车研发过程中，制动效能是比较重要的环节。轿车的制动效能也是汽车安全行驶不可忽视的因素。传统的制动效能测试方法以实车道路试验为主，开发周期长、成本高，有时还具有危险性。[1]随着虚拟实验技术的快速发展和广泛应用，传统的轿车制动效能测试实验设备陈旧、测试成本高，越来越不能满足汽车研发环节、汽车性能检测环节和高校实践教学环节的需求。[2]为了满足现状需求，课题采用了计算机仿真技术对轿车制动效能进行测试和评价，不仅使开发周期缩短，同时降低了研发成本。轿车制动效能测试仿真平台可以完成对轿车制动效能的评价，通过虚拟试验，利用计算机技术将轿车和转鼓试验台结合起来，试验仿真过程中，用户可以随时控制仿真过程，并可以通过模拟汽车在不同条件下的运行状态，测试过程如图1所示。该仿真实验平台可以使用户对轿车制动效能进行详细的分析，并且有助于汽车制造厂的设计者对汽车参数进行合理的调整。[3-4]

2 模型的建立

转鼓试验台和轿车三维模型的建立采用3Dsmax软件平台，首先建立一个立方体作为滚筒试验台的平台。基本平台制作出来后，再在平台上建立两个可以安装滚筒的凹槽，其中用到了“创建”“几何体”中“复合对象”里的布尔运算。[5]转鼓试验台主要参数见表1。

采用3Dsmax软件平台建立汽车模型。由于研究目的只是对汽车的制动效能进行测试，所以车辆的部分结构在不影响功能的前提下可以略有简化。整车模型由车身部分、底盘部分的传动系统、转向系统、制动系统，行驶部分的悬架系统、车轮系统组成。整车模型的主要参数见表2。

建立完整的整车模型后将文件导入到转鼓试验台模型文件，将两者合并。[6]导入的轿车模型，选定四个车轮，运用工具栏中选择并旋转命令就可以使车轮转过一定角度，每一帧是车轮转过一定角度，然后选择播放区间帧数，就可以按照用户需求得到相应的转速。动画效果如图2所示：

3 转鼓试验台测试汽车制动效能实验原理

转鼓试验台的滚筒用来承载被测车辆，它相当于路面，并对汽车车轮施加阻力。每套车轮制动效能测试单元由两个直径相同的主、从动滚筒组成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。[7-8]

检测时，汽车行驶的动能由飞轮旋转的转动惯量提供。起动电动机，滚筒的转动带动车轮转动，使车轮达到国家标准中规定制动效能检测的初速度。然后以一定的踏板力踩下制动踏板，汽车处于制动过程，滚筒和飞轮由于存在惯性，将继续转动。此时滚筒转动的圈数和滚筒周长之积即为汽车的制动距离。[9]滚筒转动的圈数通过传感器采集并输出电信号。制动初速度和制动减速度可由测速传感器转变成脉冲信号后输出显示。

4 转鼓试验台制动效能测试仿真设计

仿真实验平台的设计采用VR-platform。首先建立该仿真实验平台的主界面，在文件下新建“项目”，选择文件类型为C#，新建“windows新建窗体程序”，然后为所设计仿真试验平台创建标题“label”。在该界面添加按钮“button”用来控制测试进度。

窗体编辑完成后，进行“调试”，无误后即得到可独立执行的exe文件，即所设计仿真实验平台。打开软件即进入汽车制动效能仿真实验平台界面。主界面如图3所示。

用户通过点击任一按钮即可进入相应窗口，深入掌握转鼓试验台的测试原理和方法。然后点击“进入实验”按钮，就会进入制动效能测试实验操作界面，如图4所示。[10]界面设计了五个按钮，分别用于制动过程中参数的设定、汽车行驶状态显示和数据结果分析处理。

5 测试结果分析研究

首先需要输入待测车辆的相关数据，然后按照实验方法与过程的说明依次点击“起动”、“加速”、“制动”按钮，程序执行相应命令，汽车和转鼓试验台就会执行相应的动作。测试结束后点击“数据结果处理”按钮，得到被测轿车的制动效能测试结果。测试结果以曲线图的形式显示给用户。测试结果如图5～7所示。

按照国家标准GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》规定，汽车进行制动效能测试时，要求初速度为30km/h的制动距离≤9m，充分发出的平均制动减速度≥5.4m/s2。由图可知，轿车的制动距离是7.11m，平均制动减速度为6.98m/s2，均满足国家标准中规定的要求。

6 结束语

轿车制动效能测试仿真平台，可以完成轿车制动效能的测试，为用户提供数据依据，从而评价轿车的制动效能。对于轿车性能测试领域是一种全新的研究方法。虚拟测试仿真平台能达到接近真实的实验效果，采用VR-platform开发的虚拟测试仿真平台可以在WindowsXP和Windows2000环境下运行。用户可以实现随时改变轿车参数、仿真数据和行驶工况等，随时控制检测时的全过程。虚拟测试仿真平台不仅可以提高高校实践教学的教学效果，还可以缩短汽车研发周期。在实验器材落后、实验场地受限的情况下也可以完成对轿车制动效能的测试，具有理论研究和实际应用的双重意义。

参考文献

[1]白云川，王龍，安相壁，等.基于LabVIEW的反力式滚筒制动试验台仿真研究[J].中国测试，2014，40（30）：113-116.

[2]李方正，刘春英.基于VR-Platform的虚拟现实技术在教学中应用[J].科技信息，2012（9）：186-187.

[3]袁伟光，阮观强，潘庆庆.基于滚筒式制动试验台的汽车制动试验仿真[J].上海电机学院学报，2011，14（2）：91-94.

[4]徐晓美，万亦强.汽车试验学[M].北京：机械工业出版社，2013，7：59-64.

[5]熊晓红.基于虚拟现实技术的机械类网络教学平台研究[J].南方农机，2016：135-138.

[6]张庆洪，张桂香.汽车性能虚拟测试系统的设计与实现[J].电子测量与仪器学报，2013（27）11：1047-1052.

[7]周志国，曾祥军.虚拟现实技术在汽车拆装实训中的应用研究[J].农业装备与车辆工程，2011（10）：47-50.

[8]李未，滕菲，李庆华.虚拟现实技术在汽车构造实验教学中的应用[J].长春大学学报，2016 （26）6：89-93.

[9]E Velasco，S Valero.Comparative Analysis of Brake Data of Vehicles on Two Different Ministry of Transport Brake Roller Testers[J].Journal of Testing & Evaluation，201240（4）：597-602.

[10]曹静静.基于虚拟现实技术的汽车碰撞仿真研究[D].青岛：青岛理工大学，2013.