基于MATLAB的汽车制动系统设计与分析软件开发_孙益民
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【主题词 】 制动系 汽车 设计
1 引言
制动性 能是衡 量汽车ຫໍສະໝຸດ Baidu主动安 全性的 主要 指 标 。如何在较短的开发周期内设计性能良好的制 动系统一直是各汽车公司争相解决的课题 。
本文拟根据公司产品开发工作需要 , 利用 现 有 MATLAB软件平台 , 建立一套面向设计工程师 , 易于调试的制动开发系统 , 实现良好的人机互动 , 以提高设计效率 、缩短产品开发周期 。
根据整车产品的定位 、配置及总布置方案得 出空载和满载两种条件下的整车质量 、前后轴荷 分配 、质心高度 , 轮胎规格及额定最高车速 。以便 获取理想的前后轴制动力分配及应急制动所需面 临的极限工况 。 3. 2 预演及主要参数确定
在获取车辆参数后 , 设计人员需根据整车参数 进行制动系的设计 , 软件利用 MATLAB的 GU I工具 箱建立如图 2所示调试界面 。左侧为各主要参数 , 右 侧为 4组制动效能仿真曲线 , 从曲线可以查看给定 主要参数下的制动力分配 、同步附着系数 、管路压 力分配 、路面附着系数利用率随路况的变化曲线 , 及利用附着系数与国标和法规的符合现制动器选 型 、性能尺寸调节 , 查看液压比例阀 、感载比例阀 、 射 线阀等多种调压工况的制动效能 , 并通过观察了
30
上海汽车 2005. 04
设计研究
图 2 制动系设计预演界面
表 2 空载制动效能评估
空载制动效能 减速度 前管压 后管压 制动力 踏板力
(附着系数 1) 临界抱死
G B12676要求 检验制动
比例阀拐点 制动管路失效
m /s2 9. 75 5. 8 2. 9 1. 81 2. 9
M Pa 8. 48 4. 86 2. 21
设计研究
基于 MATLAB的汽车制动系统 设计与分析软件开发 *
孙益民 (上汽汽车工程研究院 )
【摘要 】 根据整车制动系统开发需要 , 利用 MA TLAB平台开发了汽车制动系统的设计和性能仿真软件 。
该软件用户界面和模块 化设计方法可有效缩短开发时间 , 提高设计效率 。并以上汽赛宝车为例 , 对该软件的 可行 性进行了验证 。
(2)预演程序的开发使设计人员可以及时查 看到每一个参数调整对制动效能的影响 , 使调试过 程更富针对性 。
(3)基于 MATLAB平台及其 GU I工具箱开发 的制动性能仿真系统实现了良好的人机互动 , 设计 和性能报告文档的自动生成 , 极大地方便了设计人 员 , 也使整个开发流程更加规范 。
参考文献
当经过调试 , 确认设计的制动系满足要求后 , 设计人员通常需要获取该车型制动系统的设计及 性能分析报告 , 作为产品开发依据 。为此 , 该软件 利用 MATLAB数据接口 , 将数据和图像读入指定 的数据文件, 并将数据文件链接到事先创建的 w o rd模板文档 。当点击 “性能报告 ” 图标时 , 系统 将逐个运行整车制动性能的所有程序 , 并将所有
4 G B /T 12676 - 1999. 中华人民共 和国国 家标准 , 汽车 制动 系结构 、性能和试验方法.
A bs trac t
MATLAB platfo rm is used to launch the design and perfo rm ance sim ulation so ftw a re of au to brake sy stem in accordance w ith the requirem en t fo r deve lopm en t o f au to brake sy stem. The u se r friendly in te rface and m odu lar design of th is sof tw are can e ffec tive ly reduce the R ＆ D tim e, im prove de sign ef fic iency. F ina lly, tak ing SABRE from SA IC as an exam p le, feasibi lity of the so ftw a re is ve rified.
8 6. 38 3. 82
后管压
M Pa 8. 06 8. 29 6. 38 3. 19 3. 26
8 0 0
制动力 分配比
0. 64 0. 63 0. 64 0. 64 0. 64 0. 64 0. 64 0. 64
踏板力
N 262. 1 275. 8 210. 4 115. 6 319. 5 258. 4 210. 4 374. 6
表 1 满载制动效能评估
满载制动效能 减速度
(附着系数 0. 8) m /s2 临界抱死 7. 33
最大助力点 G B12676 要求
检验制动 助力器失效
7. 42 5. 8 2. 9 2. 9
比例阀拐点 7. 24
制动管路失效 2. 9
剩余制动
1. 7
前管压
M Pa 8. 12 8. 59 8. 38 3. 19 3. 26
上海汽车 2005.04
31
收稿日期 :2004 - 12 - 27 * 本文为上海市汽车工程学会 2004年 (第 11届 )学术年会优秀论文 。
上海汽车 2005.04
29
设计研究
图 1 整车制动系统方案设计
解各参数变化对制动效能的影响趋势 , 结合车型 将来的运行路况 , 选取合适的参数组 。 3. 3 其他参数确定
2 汽车制动系统方案设计流程的优化
从整车开发角度 , 制动系统的开发流程主 要 包括系统方案设计 、产品开发和试验验证三大环 节 。制动系统的方案设计主要包含结构选型 、参数 选择 、性能仿真与评估 , 方案确定 4个环节 。以前 , 制动系统设计软件都是在完成整个流程后 , 根据 仿真结果对初始设计参数修正 。因此 , 设计人员往 往要反复多次方可获得良好的设计效果 , 而且 , 在 调试过程中 , 一些参数在特定情况下的相互影响 不易在调试中发现 , 调试的尺度很难把握 。
2 4. 86
MPa 5. 24 3. 43 2. 11
2 0
分配比 0. 74 0. 71 0. 65 0. 64 0. 71
N 272. 6 165. 2 86. 5 80. 1 165. 2
5 结论
(1)模块化设计将整个设计流程分段完成 , 简 化了设计过程 , 克服了设计和调试的盲目性和不确 定性 。
1 舒 红 , 吴建生. 汽车制动系设计计算软件开发研究. 北京 : 北京汽车 , 1999(1)
2 王良模等. 汽车液压制 动系统设 计和分 析软件 的开发. 南 京 :南京理工大学学报 , 2001(3)
3 张志勇等. 精通 M A TLA B6. 北京 :北京航空 航天大学 出版 社 , 2003. 3
有效初始数据和运行结果导入数据文件 , 同时 , 自 动启动 W o rd格式的性能报告模板 。由此 , 可以获 得完整的制动系统设计和性能分析报告 。
4 系统应用和验证
以上汽赛宝车制动系统为例 , 在输入整车参数 后 , 启动预演程序 , 设置制动系统参数 , 获得制动效能 仿真结果如图 2所示。进一步输入制动系统其他参 数 , 选择满载和空载仿真的路面附着系数分别为 0. 8 和 1. 0。即可获取整车制动设计和性能分析报告 。表 1 和表 2为报告中返回的满载制动效能评估表 。
通过预演和调试 , 制动系主要参数已经确定 。 下一步开始试选执行机构参数及其他辅助装置参 数 , 即踏板及手制动的杠杆比 、真空助力器及主缸 参数 、摩擦面积等 。从而获得各种试验工况 (临界 抱死 、GB12676、检验制动 、管路失效 、比例阀拐点 、 助力器失效 、助力器和管路失效等 )满载和空载的 行车制动效能及减速度 - 踏板力关系曲线 、制动 器热负荷 、驻车制动效能等 , 设计人员可以查看给 定参数下任何一项性能指标 , 并结合实际要求返 回上一步对设计参数修正和优化 。 3. 4 生成方案报告
本文将整车设计流程划分为两个阶段 :主 要 参数的预演和确定 、其他参数的预演和参数确定 。 即根据模块化设计思想 , 将原来一个闭环设计系
统分成两个小闭环系统 , 使设计人员更加容易把 握各参数对整体性能的影响 , 使调试更具针对性 。 其具体实施过程如图 1所示 。
3 软件开发
与图 1所示的制动系统方案设计流程对应 , 软 件开发也按照整车参数 输入 、预演及主 要参数确 定 , 其他参数确定和生成方案报告 4个步骤实现 。 3. 1 车辆参数输入
1 引言
制动性 能是衡 量汽车ຫໍສະໝຸດ Baidu主动安 全性的 主要 指 标 。如何在较短的开发周期内设计性能良好的制 动系统一直是各汽车公司争相解决的课题 。
本文拟根据公司产品开发工作需要 , 利用 现 有 MATLAB软件平台 , 建立一套面向设计工程师 , 易于调试的制动开发系统 , 实现良好的人机互动 , 以提高设计效率 、缩短产品开发周期 。
根据整车产品的定位 、配置及总布置方案得 出空载和满载两种条件下的整车质量 、前后轴荷 分配 、质心高度 , 轮胎规格及额定最高车速 。以便 获取理想的前后轴制动力分配及应急制动所需面 临的极限工况 。 3. 2 预演及主要参数确定
在获取车辆参数后 , 设计人员需根据整车参数 进行制动系的设计 , 软件利用 MATLAB的 GU I工具 箱建立如图 2所示调试界面 。左侧为各主要参数 , 右 侧为 4组制动效能仿真曲线 , 从曲线可以查看给定 主要参数下的制动力分配 、同步附着系数 、管路压 力分配 、路面附着系数利用率随路况的变化曲线 , 及利用附着系数与国标和法规的符合现制动器选 型 、性能尺寸调节 , 查看液压比例阀 、感载比例阀 、 射 线阀等多种调压工况的制动效能 , 并通过观察了
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上海汽车 2005. 04
设计研究
图 2 制动系设计预演界面
表 2 空载制动效能评估
空载制动效能 减速度 前管压 后管压 制动力 踏板力
(附着系数 1) 临界抱死
G B12676要求 检验制动
比例阀拐点 制动管路失效
m /s2 9. 75 5. 8 2. 9 1. 81 2. 9
M Pa 8. 48 4. 86 2. 21
设计研究
基于 MATLAB的汽车制动系统 设计与分析软件开发 *
孙益民 (上汽汽车工程研究院 )
【摘要 】 根据整车制动系统开发需要 , 利用 MA TLAB平台开发了汽车制动系统的设计和性能仿真软件 。
该软件用户界面和模块 化设计方法可有效缩短开发时间 , 提高设计效率 。并以上汽赛宝车为例 , 对该软件的 可行 性进行了验证 。
(2)预演程序的开发使设计人员可以及时查 看到每一个参数调整对制动效能的影响 , 使调试过 程更富针对性 。
(3)基于 MATLAB平台及其 GU I工具箱开发 的制动性能仿真系统实现了良好的人机互动 , 设计 和性能报告文档的自动生成 , 极大地方便了设计人 员 , 也使整个开发流程更加规范 。
参考文献
当经过调试 , 确认设计的制动系满足要求后 , 设计人员通常需要获取该车型制动系统的设计及 性能分析报告 , 作为产品开发依据 。为此 , 该软件 利用 MATLAB数据接口 , 将数据和图像读入指定 的数据文件, 并将数据文件链接到事先创建的 w o rd模板文档 。当点击 “性能报告 ” 图标时 , 系统 将逐个运行整车制动性能的所有程序 , 并将所有
4 G B /T 12676 - 1999. 中华人民共 和国国 家标准 , 汽车 制动 系结构 、性能和试验方法.
A bs trac t
MATLAB platfo rm is used to launch the design and perfo rm ance sim ulation so ftw a re of au to brake sy stem in accordance w ith the requirem en t fo r deve lopm en t o f au to brake sy stem. The u se r friendly in te rface and m odu lar design of th is sof tw are can e ffec tive ly reduce the R ＆ D tim e, im prove de sign ef fic iency. F ina lly, tak ing SABRE from SA IC as an exam p le, feasibi lity of the so ftw a re is ve rified.
8 6. 38 3. 82
后管压
M Pa 8. 06 8. 29 6. 38 3. 19 3. 26
8 0 0
制动力 分配比
0. 64 0. 63 0. 64 0. 64 0. 64 0. 64 0. 64 0. 64
踏板力
N 262. 1 275. 8 210. 4 115. 6 319. 5 258. 4 210. 4 374. 6
表 1 满载制动效能评估
满载制动效能 减速度
(附着系数 0. 8) m /s2 临界抱死 7. 33
最大助力点 G B12676 要求
检验制动 助力器失效
7. 42 5. 8 2. 9 2. 9
比例阀拐点 7. 24
制动管路失效 2. 9
剩余制动
1. 7
前管压
M Pa 8. 12 8. 59 8. 38 3. 19 3. 26
上海汽车 2005.04
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收稿日期 :2004 - 12 - 27 * 本文为上海市汽车工程学会 2004年 (第 11届 )学术年会优秀论文 。
上海汽车 2005.04
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设计研究
图 1 整车制动系统方案设计
解各参数变化对制动效能的影响趋势 , 结合车型 将来的运行路况 , 选取合适的参数组 。 3. 3 其他参数确定
2 汽车制动系统方案设计流程的优化
从整车开发角度 , 制动系统的开发流程主 要 包括系统方案设计 、产品开发和试验验证三大环 节 。制动系统的方案设计主要包含结构选型 、参数 选择 、性能仿真与评估 , 方案确定 4个环节 。以前 , 制动系统设计软件都是在完成整个流程后 , 根据 仿真结果对初始设计参数修正 。因此 , 设计人员往 往要反复多次方可获得良好的设计效果 , 而且 , 在 调试过程中 , 一些参数在特定情况下的相互影响 不易在调试中发现 , 调试的尺度很难把握 。
2 4. 86
MPa 5. 24 3. 43 2. 11
2 0
分配比 0. 74 0. 71 0. 65 0. 64 0. 71
N 272. 6 165. 2 86. 5 80. 1 165. 2
5 结论
(1)模块化设计将整个设计流程分段完成 , 简 化了设计过程 , 克服了设计和调试的盲目性和不确 定性 。
1 舒 红 , 吴建生. 汽车制动系设计计算软件开发研究. 北京 : 北京汽车 , 1999(1)
2 王良模等. 汽车液压制 动系统设 计和分 析软件 的开发. 南 京 :南京理工大学学报 , 2001(3)
3 张志勇等. 精通 M A TLA B6. 北京 :北京航空 航天大学 出版 社 , 2003. 3
有效初始数据和运行结果导入数据文件 , 同时 , 自 动启动 W o rd格式的性能报告模板 。由此 , 可以获 得完整的制动系统设计和性能分析报告 。
4 系统应用和验证
以上汽赛宝车制动系统为例 , 在输入整车参数 后 , 启动预演程序 , 设置制动系统参数 , 获得制动效能 仿真结果如图 2所示。进一步输入制动系统其他参 数 , 选择满载和空载仿真的路面附着系数分别为 0. 8 和 1. 0。即可获取整车制动设计和性能分析报告 。表 1 和表 2为报告中返回的满载制动效能评估表 。
通过预演和调试 , 制动系主要参数已经确定 。 下一步开始试选执行机构参数及其他辅助装置参 数 , 即踏板及手制动的杠杆比 、真空助力器及主缸 参数 、摩擦面积等 。从而获得各种试验工况 (临界 抱死 、GB12676、检验制动 、管路失效 、比例阀拐点 、 助力器失效 、助力器和管路失效等 )满载和空载的 行车制动效能及减速度 - 踏板力关系曲线 、制动 器热负荷 、驻车制动效能等 , 设计人员可以查看给 定参数下任何一项性能指标 , 并结合实际要求返 回上一步对设计参数修正和优化 。 3. 4 生成方案报告
本文将整车设计流程划分为两个阶段 :主 要 参数的预演和确定 、其他参数的预演和参数确定 。 即根据模块化设计思想 , 将原来一个闭环设计系
统分成两个小闭环系统 , 使设计人员更加容易把 握各参数对整体性能的影响 , 使调试更具针对性 。 其具体实施过程如图 1所示 。
3 软件开发
与图 1所示的制动系统方案设计流程对应 , 软 件开发也按照整车参数 输入 、预演及主 要参数确 定 , 其他参数确定和生成方案报告 4个步骤实现 。 3. 1 车辆参数输入