基于MATLAB∕GUI的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)

1、基于 MATLAB/GUI 的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)摘要根據(jù)整車制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)需要，本文利用 MATLAB 平臺(tái)開發(fā)了汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件。該軟件基于 MATLAB/GUI 界面設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能仿真。該軟件用戶界面和模塊化設(shè)計(jì)方法可有效縮短開發(fā)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。首先介紹了制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的一些理論知識(shí)，然后分別介紹了固定比值和變比值制動(dòng)力分配汽車的利用附著系數(shù)的計(jì)算分析方法。變比值制動(dòng)力分配比固定比值制動(dòng)力分配汽車的計(jì)算分析方法復(fù)雜。作者對(duì)其計(jì)算方法進(jìn)行了簡化，使公式看起來更加簡單明了，容易理解。并且對(duì)滿載時(shí)四輪同時(shí)抱死時(shí)踏板力計(jì)算方法進(jìn)行了總結(jié)?；谝陨侠碚?，利用 MA

2、TLAB 軟件為開發(fā)工具，編制出了汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，并以 MATLAB/GUI 為界面開發(fā)工具進(jìn)行了界面開發(fā)，建立了人機(jī)交互界面。該軟件以 MATLAB 為平臺(tái)，界面友好，具有很強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話能力，操作簡單。軟件除具有分析利用附著系數(shù)曲線是否與 ECE 制動(dòng)法規(guī)要求相吻合外，還能對(duì)汽車的制動(dòng)力、軸荷等制動(dòng)性能評(píng)價(jià)量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算， 以及踏板力計(jì)算值。而且分為帶比例閥汽車、無比例閥汽車兩種不同的界面， 以及 M1、N1、其它車輛三種不同的 ECE 法規(guī)線，使軟件具有通用性，可以對(duì)各種車輛進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)與評(píng)測(cè)。最后以 PK4X2(柴油車)為實(shí)例，對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了模擬計(jì)算，就軟件的實(shí)用性

3、和可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果令人滿意。關(guān)鍵詞MATLAB；制動(dòng)系統(tǒng)；軟件開發(fā)- I -ANAUTOMOBILEBRAKING SYSTEMDESIGNSOFTWARE BASED ON MATLAB / GUI INTERFACEAbstractMATLAB platform is used to launch the design and performance simulation software of auto brake system in accordance with the requirement for development of auto brake system. The

4、user friendly interface and modular design of this software can effectively reduce the R & D time,improve design efficiency.Firstly,the author introduces some of theoretical knowledge on the braking system designed.Then introduces the method of analysis for the utilization adhension coefficient

5、for vehicles with proportioned braking and fixed ratio braking force distribution.The method of proportioned braking is much better yet more complicated than ones having fixed ratio braking-force distribution.The author simplifies the method of its calculation so that the formula seems more simplean

6、d clear,easier to understand.Moreover,the author sums up the calculation methods of pedal at the time of Anti-Lock.Bases on above theory, uses Matlab as a tool to programme the software of- II -braking system, and also take Matlab/GUI as the interface-exploiting tool to set up an interface of mutual

7、 communication between men and computers. Using Matlab as the platform, it has a very friendly interface, strong function of mutual communication between men and computers, and easy operational methods. In addition to the use of attachment coefficient curve with the ECE regulations in line braking,

8、the system can calculate the power of braking of the car and axle-load, evaluate the braking performance of vehicles, and the calculated value of the pedal. The software includes two different interfaces ,it can not only evaluate vehicles with proportional valve, but also no proportional valve car.

9、It includes M1, N1 and other vehicles three different lines of ECE regulations, so that the software is universal. It can design and evaluate all kinds of vehicles braking system performance .Finally, takes the PK4X2 (diesel vehicles) as example, simulates the braking performance of it and gets a sa

10、tisfying result after the test on practicabilityand reliability of this software.Keywords MATLAB,braking system,software design- V -目錄摘要IAbstractII第 1 章 緒論11.1 課題來源11.2 研究目的和意義21.3 主要研究內(nèi)容3第 2 章 汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及計(jì)算方法42.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)42.1.1 制動(dòng)強(qiáng)度、利用附著系數(shù)與同步附著系數(shù)42.1.2 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)52.2 制動(dòng)性能分析與計(jì)算62.2.1 理想的前、后制動(dòng)力分配線

11、62.2.2 理想與實(shí)際液壓分配線72.2.3 實(shí)際制動(dòng)力曲線72.2.4 ECE 制動(dòng)法規(guī)制動(dòng)力分配線的要求82.2.5 實(shí)際利用附著系數(shù)112.2.6 制動(dòng)助力器的輸入、輸出特性計(jì)算122.3 本章小結(jié)14第 3 章 制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)153.1 無比例閥汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算153.1.1 整車參數(shù)153.1.2 制動(dòng)器參數(shù)153.1.3 利用附著系數(shù)計(jì)算153.2 帶有比例閥汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算173.2.1 參數(shù)173.2.2 利用附著系數(shù)計(jì)算173.2.3 踏板力計(jì)算213.3 計(jì)算結(jié)果分析233.4 本章小結(jié)23第 4 章 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)與驗(yàn)證244.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件24

12、4.1.1 程序的基本功能244.1.2 程序的輸入254.1.3 程序的輸出254.1.4 程序主界面254.1.5 程序繪圖界面264.1.6 信息對(duì)話框274.2 對(duì)所選車型進(jìn)行制動(dòng)性能分析評(píng)價(jià)274.2.1 輸入已知參數(shù)274.2.2 計(jì)算軸荷、制動(dòng)力、利用附著系數(shù)294.2.3 作圖評(píng)價(jià)制動(dòng)性能314.2.4 踏板力計(jì)算判斷該車是否穩(wěn)定364.2.5 評(píng)測(cè)結(jié)果分析384.3 本章小結(jié)39結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)42附錄 144附錄 249第1章緒論1.1 課題來源制動(dòng)系統(tǒng)是汽車的一個(gè)重要組成部分1，它直接影響汽車的安全性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，交通事故也不斷增加

13、。據(jù)有關(guān)資料介紹，在由于車輛本身的問題而造成的交通事故中，制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的 45%?？梢姡苿?dòng)系統(tǒng)是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外，制動(dòng)系統(tǒng)的好壞還直接影響車輛的平均車速和車輛的運(yùn)輸效率， 也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。長期以來,制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算都是手工進(jìn)行的26，且影響制動(dòng)性能的參數(shù)眾多，故繁瑣而效率低下。為改善設(shè)計(jì)人員的工作狀況、減少設(shè)計(jì)時(shí)間并提高工作結(jié)果的直觀性，有必要對(duì)汽車制動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算專家系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)。目前,國外不僅研究開發(fā)了各部件總成的專家系統(tǒng)，還涉及到整車設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)。專家系統(tǒng)可視為一類具有大量專門知識(shí)的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)，它能運(yùn)用特定領(lǐng)域

14、眾多專家提供的專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，采用人工智能中的推理技術(shù)來求解和模擬通常由專家才能解決的各種復(fù)雜問題，達(dá)到與專家具有同等解決問題的能力，它可使專家的特長不受時(shí)間和空間限制。我國對(duì)于專家系統(tǒng)的研究工作起步較晚，因此國內(nèi)開發(fā)汽車制動(dòng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)尚處于初級(jí)階段,有待進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸。制造業(yè)企業(yè)已經(jīng)廣泛采用 CAX(CAD/CAE/CAPP/CAM)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。但是目前的 CAX 技術(shù)的應(yīng)用,主要是由于各個(gè)階段分別由各類專業(yè)人員分別進(jìn)行，前階段的專業(yè)人員常常不能及早考慮后階段可能產(chǎn)生的問題， 造成設(shè)計(jì)與制造脫節(jié)，常因后期工裝制造產(chǎn)生的問題，而不得不反過來修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使整個(gè)生產(chǎn)裝備過程重復(fù)循環(huán)

15、，造成設(shè)計(jì)改動(dòng)量大、產(chǎn)品開發(fā)周期長、成本高，制約了 CAX 技術(shù)作用的發(fā)揮。CAX 軟件的分散獨(dú)立的模式, 造成了企業(yè)的軟件投資過大，尤其是三維 CAD 軟件、CAE 軟件的投入，對(duì)于希望提高企業(yè)核心競爭能力的企業(yè)而言無疑是巨大的投資，這種投資同時(shí)也意味著一種風(fēng)險(xiǎn)。目前國內(nèi)關(guān)于汽車制動(dòng)系 CAD 研究還很少，1996 年天津市汽車研究所- 18 -錢國平研制了“汽車制動(dòng)系性能計(jì)算通用程序軟件”，該軟件在“UCDOS”和“漢化 LOTUS-123”支持下工作，主要用于 M1,M2,N1,N2 類液壓車輛的制動(dòng)性能預(yù)測(cè)，未涉及汽車制動(dòng)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。1994 年日本五十鈴公司開發(fā)了小型車制動(dòng)系專家

16、設(shè)計(jì)系統(tǒng),主要用于汽車制動(dòng)性能的推理設(shè)計(jì)。從整車開發(fā)角度610，制動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)流程主要包括系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)和試驗(yàn)驗(yàn)證三大環(huán)節(jié)。制動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要包含結(jié)構(gòu)選型、參數(shù)選擇、性能仿真與評(píng)估，方案確定 4 個(gè)環(huán)節(jié)。以前，制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件都是在完成整個(gè)流程后，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)初始設(shè)計(jì)參數(shù)修正。因此,設(shè)計(jì)人員往往要反復(fù)多次方可獲得良好的設(shè)計(jì)效果，而且，在調(diào)試過程中，一些參數(shù)在特定情況下的相互影響不易在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，調(diào)試的尺度很難把握。1.2 研究目的和意義人類在政治、經(jīng)濟(jì)、文化和軍事活動(dòng)中，總會(huì)有人的出行和物的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，隨著社會(huì)的發(fā)展，出行與運(yùn)輸?shù)姆秶絹碓綇V，頻率越來越高，節(jié)奏越來越快。所以人類對(duì)

17、出行和運(yùn)輸所用的工具特別重視，不斷的開發(fā)新品種。汽車就是人類開發(fā)出的杰出產(chǎn)品之一，并己成為人類社會(huì)活動(dòng)中難以離開的必需品。進(jìn)入 20 世紀(jì)以來，全世界的汽車保有量越來越多，特別是第二次世界大戰(zhàn)以后汽車保有量增加很快，交通事故數(shù)量也急劇上升。制動(dòng)系是汽車總成中的一個(gè)重要部分1120，它既可以使行使中的汽車減速，又可保證停車后的汽車能駐留原地不動(dòng)。汽車制動(dòng)系對(duì)于汽車行駛的安全性和停車的可靠性起著重要的保證作用。當(dāng)今，隨著高速公路路網(wǎng)的不斷擴(kuò)展、汽車車速的提高以及車流密度的增大，對(duì)汽車制動(dòng)系的工作可靠性要求顯得日益重要。只有制動(dòng)性能良好、制動(dòng)系工作可靠的汽車才能充分發(fā)揮其高速行駛的動(dòng)力性能并保證行使

18、的安全性。汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算工作一般分為兩個(gè)部分2130，一是整車制動(dòng)性能設(shè)計(jì)，二是制動(dòng)系結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，這兩項(xiàng)工作常常交叉進(jìn)行。由于汽車制動(dòng)系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，且因車型不同各零部件的結(jié)構(gòu)和布置也各不相同，所涉及的計(jì)算方法也不一樣，因而制動(dòng)系設(shè)計(jì)計(jì)算工作量相當(dāng)大。以制動(dòng)性能設(shè)計(jì)為例，汽車的制動(dòng)性能高低不但與整車參數(shù)有關(guān)，而且與汽車的使用條件(路面、載荷和行駛車速)有關(guān)，還受制動(dòng)系各零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。在手工設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，為了獲得比較滿意的制動(dòng)性能，往往需要多次修改多次試算，最終得到的可能還不是最佳設(shè)計(jì)方案。因此開發(fā)研制汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)計(jì)算軟件對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，特別

19、是提高整車制動(dòng)性能都具有非常重要的意義。1.3 主要研究內(nèi)容汽車制動(dòng)系統(tǒng)十分重要，關(guān)系著行車安全性以及人身安全，制動(dòng)系統(tǒng)性能好壞關(guān)乎生命，然而對(duì)于一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)卻十分復(fù)雜，因此我想用 GUIDE 圖形用戶界面實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法，普通用戶也能實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)，操作簡單，界面友好，數(shù)據(jù)輸入快捷方便，數(shù)據(jù)存取容易，計(jì)算速度快。之前有關(guān)于汽車制動(dòng)性能評(píng)價(jià)的軟件的研究，但大多是運(yùn)用 VC 或 VB 為語言基礎(chǔ)編寫的，而我運(yùn)用 GUI，基于 MATLAB 的界面設(shè)計(jì)，相對(duì)來說， 界面更加友好，功能強(qiáng)大，開放性強(qiáng)；而且很少有人運(yùn)用 GUI 去做關(guān)于汽車方面的界面設(shè)計(jì)。我的軟件做成以后，一般的用戶也

20、可以使用，不需要懂得相關(guān)軟件或者理論知識(shí)，只要輸入相關(guān)的參數(shù)，軟件就會(huì)自動(dòng)分析汽車制動(dòng)性能，然后把分析結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，簡單快捷，給用戶帶來方便。第2章汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及計(jì)算方法制動(dòng)系統(tǒng)是影響汽車行駛安全的重要部分，其主要功能如下3142：可以降低行使汽車的車速，必要時(shí)可以在預(yù)定的短距離內(nèi)停車，且維持行使方向的穩(wěn)定性；下長坡時(shí)能維持一定的車速；駐車制動(dòng)功能，也就是對(duì)已行駛的汽車，特別是在坡道停駛的汽車，應(yīng)使其可靠地駐留原地不動(dòng)。制動(dòng)性能是衡量汽車主動(dòng)安全性的主要指標(biāo)，如何在較短的開發(fā)周期內(nèi)設(shè)計(jì)性能良好的制動(dòng)系統(tǒng)一直是各汽車公司爭相解決的課題。2.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)2.1.1 制動(dòng)強(qiáng)度、

21、利用附著系數(shù)與同步附著系數(shù)1) 制動(dòng)強(qiáng)度汽車制動(dòng)過程中所產(chǎn)生的制動(dòng)減速度 dv ，可表示為dtdv = Z g dt(2-1)其中 Z 為制動(dòng)強(qiáng)度，它可以評(píng)價(jià)制動(dòng)減速度的大小，是無量綱的數(shù)值。地面制動(dòng)力由于受到附著力的限制，其最大值為：故最大制動(dòng)強(qiáng)度為：Fb max = fw = f FzZmax = f(2-2)(2-3)f 為利用附著系數(shù)，一般情況下，制動(dòng)力小于最大制動(dòng)力。2) 利用附著系數(shù)f 就是汽車制動(dòng)時(shí)路面提供的要利用的附著系數(shù)5。制動(dòng)強(qiáng)度總是小于或等于利用附著系數(shù)。只有前后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)，即制動(dòng)強(qiáng)度等于利用附著系數(shù)，才能充分利用路面提供的附著系數(shù)。顯然，制動(dòng)強(qiáng)度越接近利用附著系數(shù)

22、，地面的附著條件發(fā)揮得越充分， 汽車的制動(dòng)力分配的合理程度越高。通常以利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線來描述汽車制動(dòng)力分配的合理性。最理想的情況是利用附著系數(shù)總是等于制動(dòng)強(qiáng)度這一關(guān)系。在 ECE 制動(dòng)法規(guī)的曲線上，把前軸利用附著系數(shù)和后軸利用附著系數(shù)表示出來，那么可以判定制動(dòng)力分配的合理性。一是要看前軸利用附著系數(shù)和后軸利用附著系數(shù)是否滿足 ECE 法規(guī)要求，二是要看前軸利用附著系數(shù)是否靠近f = Z 理想曲線。3) 同步附著系數(shù)同步附著系數(shù)是汽車制動(dòng)時(shí)前后輪同時(shí)抱死時(shí)的路面的附著系數(shù)，可以用f0 來表示。前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只有 1 個(gè)或最多 2 個(gè)同步附著系數(shù)（考慮空滿載時(shí)

23、）。但是，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為變比值的汽車， 至少有 2 個(gè)以上的同步附著系數(shù)。對(duì)于前后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車來說，其同步附著系數(shù)取決于汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)于前后制動(dòng)器制動(dòng)力為變比值的汽車來說，同步附著系數(shù)不僅與汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且還與調(diào)節(jié)制動(dòng)力的比例閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。2.1.2 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)制動(dòng)器制動(dòng)力：Ff= Tfre，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力。式中 Tf 制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反， N × m ；re 車輪有效半徑，m。Ff 與地面制動(dòng)力 FB 的方向相反，當(dāng)車輪角速度大于 0 時(shí)，大小相等。且F

24、f 僅由制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車輪有效半徑等，并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大Tf 時(shí)， Ff 與 FB 均隨之增大。但地面制動(dòng)力受附著條件的限制，其值不可能大于附著力 Fj ，即 FB £ Fj = Fzf式中 f 輪胎與地面間的附著系數(shù)；Fz 地面對(duì)車輪的法向反力。當(dāng)汽車各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配， 以及前、后車輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過程可能出現(xiàn)的情況有 3 種，即1) 前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑；2) 后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱

25、死拖滑；3) 前、后輪同時(shí)抱死拖滑。上述三種情況，第 3）種情況的附著條件利用得最好。前后車輪同時(shí)抱死的條件為：Ff 1 + Ff 2 = FB1 + FB 2 = fG(2-4)Ff 1 / Ff 2 = FB1 / FB 2 = (L2 + fhg ) /(L1 - fhg )式中 Ff 1 前軸車輪的地面制動(dòng)力， Ff 1 = FB1 = f Fz1 ； Ff 2 后軸車輪的地面制動(dòng)力， Ff 2 = FB 2 = f Fz 2 ； FB1 、 FB 2 前后軸車輪的地面制動(dòng)力；Fz1 、 Fz 2 地面對(duì)前后軸車輪的法向反力；G 汽車重力；L1 、 L2 汽車質(zhì)心矩前、后軸的距離；hg

26、 汽車質(zhì)心高度。汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)（制動(dòng)力分配系數(shù)）：(2-5)b = Ff 1 = FB1 =FB1(2-6)FfFBFB1 + FB 22.2 制動(dòng)性能分析與計(jì)算2.2.1 理想的前、后制動(dòng)力分配線根據(jù)前、后地面制動(dòng)力的公式：BF = f（ F+ f Ghg )üZ1 L ïhg ý(2-7)ïþBR = f（ FZ2 - f G L ) ï可以做出理想的制動(dòng)力分配曲線（I）曲線式中 BF 、 BR 前、后地面制動(dòng)力（N）； FZ1 、 FZ2 前、后軸荷（N）；G 汽車總重（N）； hg 質(zhì)心高度（mm）； L 軸距（mm

27、）；f 附著系數(shù)。2.2.2 理想與實(shí)際液壓分配線(1) 理想的前、后液壓分配曲線根據(jù)前、后制動(dòng)器效能因數(shù)的定義, 得如下的前、后液壓表達(dá)式：2PF =BF RTfp2(BEF ) f 4 DfRBf+ PS üf ïïP R = BF RTrý+ PSï(2-8)p22(BEF )r 4 Drr ïRBrïþ式中 PF 、 P R 前、后輪液壓(Pa)；BF 、 BR 前、后輪地面制動(dòng)力(N)； RTf 、 RTr 前、后輪滾動(dòng)半徑(mm)； PS f 、 PSr 前、后輪缸液壓損失(Pa)；Df 、 Dr前、后

28、輪缸直徑(mm)；RBf 、 RBr 前、后制動(dòng)器有效半徑(mm)；(BEF ) f 、(BEF )r 前、后輪制動(dòng)器效能因數(shù)。(2) 實(shí)際液壓曲線比例閥的特性曲線分為兩段表示, 其中, 折點(diǎn)前線段的表達(dá)式為：PF = P R折點(diǎn)后線段的表達(dá)式為：( PF £ P01 )(2-9)P R = P01(1- tanq1 ) + PF tanq1式中 P01 比例閥折點(diǎn)的液壓(MPa)；tanq1 折點(diǎn)后的斜率。( PF ³ P01 )(2-10)2.2.3 實(shí)際制動(dòng)力曲線前、后地面制動(dòng)力曲線：BF = 2(BEF )p D 2 éPF - PSù RBff

29、(2-11)f 4 f ëf û RTBR = 2(BEF )p D 2 PF - PS RBr(2-12)r 4 rrRTr令J = 2(BEF )p D 2RBf，則有 J= 2(BEF )p D 2RBrrfff 4 f RTrr 4 r RT裝有比例閥時(shí)實(shí)際制動(dòng)力分配線由兩部分組成，即折點(diǎn)前線段和折點(diǎn)后線段。J折點(diǎn)前線段的表達(dá)式為：BF = J éPS- PS ù + J f BR(2-13)f ë折點(diǎn)后線段的表達(dá)式為：rf ûr(P01 - Psf )éëP01 (1- tanq1 ) + PFmax t

30、anq1 - PSr ùûBF =( PF- P )tanqJ f -max011(PFmax - PSf )( P01 - PSr )J f( PF- P ) tanqJ f + JtanqBR(2-14)max011r1式中 PFmax 根據(jù)最大液壓而定2.2.4 ECE 制動(dòng)法規(guī)制動(dòng)力分配線的要求為保證制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性和足夠的附著效率，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ECE)制動(dòng)的 ECE-R-13 制動(dòng)法規(guī)，對(duì)雙軸汽車的前后制動(dòng)器制動(dòng)力提出了明確的要求。1、車輛的分類M 類：至少具有 4 個(gè)車輪，用于載客的機(jī)動(dòng)車輛。M 類分為 M1、M2、M3 三種類型車輛。M1 類：用于載

31、客的乘客座位（駕駛員座位除外）不超過 8 個(gè)的載客車輛。M2 類：具有 8 個(gè)以上的乘客座位（駕駛員座位除外）且最大總質(zhì)量小于或等于 5t 的載客車輛。M3 類：具有 8 個(gè)以上的座位（駕駛員座位除外）且最大總質(zhì)量超過 5t的載客車輛。N 類：至少具有 4 個(gè)車輪，且用來裝載貨物的機(jī)動(dòng)車輛。N 類車輛可以分為 N1、N2、N3 三種車輛。N1 類：最大總質(zhì)量小于、等于 3.5t 的載貨車輛。N2 類：最大總質(zhì)量大于 3.5t，但小于或等于 12t 的載貨車輛。N3 類：最大總質(zhì)量超過 12t 的載貨車輛。另外還有 0 類牽引車、T 類農(nóng)用和林業(yè)拖拉機(jī)和 G 類越野車輛。2、ECE 制動(dòng)法規(guī)1)

32、 對(duì)于 M1 類車輛的規(guī)定1對(duì)于 M1 車輛 ECE-R-13 制動(dòng)法規(guī)制動(dòng)力分配線有如下規(guī)定：(1) 制動(dòng)強(qiáng)度 Z=0.10.61 之間，前軸利用附著系數(shù)f f 應(yīng)在后軸利用附著系數(shù)f 曲線的上方（ f > f ）,且滿足f = Z + 0.07 的關(guān)系。rfr0.85(2) 當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度 Z=0.30.45 時(shí)，在后軸利用附著系數(shù)fr 曲線不超過直線f =Z+0.05 的條件下，允許后軸利用附著系數(shù)fr 曲線在前軸利用附著系數(shù)f f 曲線的上方。并且，利用附著系數(shù)越接近制動(dòng)強(qiáng)度，地面的附著條件發(fā)揮得越充分，汽車制動(dòng)力分配的合理程度越高。最理想的狀況就是利用附著系數(shù)等于制動(dòng)強(qiáng)度這一關(guān)系，

33、即 Z= f 。(3) 把f = Z + 0.07 和f =Z+0.05 兩條直線分別描繪在前、后地面制動(dòng)力坐0.85標(biāo)圖上，就可以得到實(shí)際制動(dòng)力分配線限制范圍。也就是說利用附著系數(shù)f =0.2-0.8 范圍內(nèi)實(shí)際制動(dòng)力應(yīng)該在該范圍之內(nèi)。 M1 類車輛只要在Z =0.3-0.45 區(qū)間內(nèi)不超過f =Z+0.05 的條件下，允許后輪先抱死，在其它范圍內(nèi)都不允許后輪先抱死。2) 對(duì)于 N1 類車輛的規(guī)定對(duì)于 N1 車輛 ECE-R-13 制動(dòng)法規(guī)制動(dòng)力分配線有如下規(guī)定：制動(dòng)強(qiáng)度在 Z=0.1-0.61 之間， 利用附著系數(shù) f 與 Z 制動(dòng)強(qiáng)度滿足f = Z + 0.07 關(guān)系。0.85(1) 第

34、 1 種情況當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度在 Z=0.15-0.3 之間，把f = Z - 0.08 和f = Z + 0.08 代入制動(dòng)力， 如果代入f = Z + 0.08 的制動(dòng)力大于代入f = Z - 0.08 的制動(dòng)力時(shí)，則有：當(dāng) Z=0.15-0.3 時(shí)，要滿足f = Z - 0.08 的關(guān)系； 當(dāng) Z=0.3-0.5 時(shí)，要滿足f = Z + 0.08 的關(guān)系；當(dāng) Z=0.5-0.61 時(shí)，要滿足f = Z - 0.21 的關(guān)系；0.5把以上幾條直線方程分別描繪再前、后地面制動(dòng)力關(guān)系圖上，就可以得到實(shí)際制動(dòng)力分配線的限制范圍，利用附著系數(shù)f =0.2-0.8 范圍內(nèi)實(shí)際制動(dòng)力應(yīng)該在該范圍之內(nèi)。(2)

35、 第 2 種情況當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度在 Z=0.15-0.3 之間，把f = Z - 0.08 和f = Z + 0.08 代入制動(dòng)力， 如果代入f = Z + 0.08 的制動(dòng)力小于代入f = Z - 0.08 的制動(dòng)力時(shí)，則有：當(dāng) Z=0.15-0.3 時(shí)，要滿足f = Z + 0.08 的關(guān)系； 當(dāng) Z=0.3-0.5 時(shí)，要滿足f = Z + 0.08 的關(guān)系；當(dāng) Z=0.5-0.61 時(shí)，要滿足f = Z - 0.21 的關(guān)系；0.5把以上幾條直線方程分別描繪再前、后地面制動(dòng)力關(guān)系圖上，就可以得到實(shí)際制動(dòng)力分配線的限制范圍，利用附著系數(shù)f =0.2-0.8 范圍內(nèi)實(shí)際制動(dòng)力應(yīng)該在該范圍之內(nèi)。以

36、上分析可知，第 1 種情況中，在 Z=0.15-0.3 區(qū)間，不允許后輪先抱死區(qū)域比第 2 種情況更窄，即條件更嚴(yán)格；在f =0.2-0.8 區(qū)間內(nèi)，允許后輪先抱死；Z=0.5-0.61 區(qū)間允許后輪抱死區(qū)域增大。3) 對(duì)除 M1、N1 類以外車輛的規(guī)定對(duì)除 M1、N1 類以外車輛 ECE-R-13 制動(dòng)法規(guī)制動(dòng)力分配線有如下規(guī)定： 制動(dòng)強(qiáng)度在Z=0.1-0.61 之間，利用附著系數(shù)f 與Z 制動(dòng)強(qiáng)度滿足f = Z + 0.07 關(guān)0.85系。(1) 第 1 種情況當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度在 Z=0.15-0.3 之間，把f = Z - 0.08 和f = Z + 0.08 代入制動(dòng)力，如果代入f = Z

37、+ 0.08 的制動(dòng)力大于代入f = Z - 0.08 的制動(dòng)力時(shí)，則有：當(dāng) Z=0.3-0.61 時(shí)，要滿足f = Z - 0.02 的關(guān)系；0.74把以上 3 條直線方程分別描繪再前、后地面制動(dòng)力關(guān)系圖上，就可以得到實(shí)際制動(dòng)力分配線的限制范圍，利用附著系數(shù)f =0.2-0.8 范圍內(nèi)實(shí)際制動(dòng)力應(yīng)該在該范圍之內(nèi)。(2) 第 2 種情況當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度在 Z=0.15-0.3 之間，把f = Z - 0.08 和f = Z + 0.08 代入制動(dòng)力， 如果代入f = Z + 0.08 的制動(dòng)力小于代入f = Z - 0.08 的制動(dòng)力時(shí)，則有：當(dāng) Z=0.15-0.3 時(shí)，要滿足f = Z + 0.

38、08 的關(guān)系；當(dāng) Z=0.3-0.61 時(shí)，要滿足f = Z - 0.02 的關(guān)系；0.74把以上 3 條直線方程分別描繪再前、后地面制動(dòng)力關(guān)系圖上，就可以得到實(shí)際制動(dòng)力分配線的限制范圍，利用附著系數(shù)f =0.2-0.8 范圍內(nèi)實(shí)際制動(dòng)力應(yīng)該在該范圍之內(nèi)。以上分析可知，第 1 種情況中，在 Z=0.15-0.3 區(qū)間，不允許后輪先抱死區(qū)域比第 2 種情況更窄，即條件更嚴(yán)格；在f =0.2-0.8 區(qū)間內(nèi)，允許后輪先抱死；Z=0.3-0.61 區(qū)間除 M1、N1 類之外車輛后輪抱死區(qū)域比 N1 類車輛后輪抱死區(qū)域更大，比 N1 類車輛要求更寬裕。對(duì)于 M1 類、N1 類車輛還是對(duì)除 M1 類、N

39、1 類以外的車輛，都要求制動(dòng)強(qiáng)度在 Z=0.1-0.61 之間并滿足f = Z + 0.07 的關(guān)系。這條要求的意義是汽車0.85總制動(dòng)力不能太小。也就是實(shí)際制動(dòng)力線不能落在該線所確定的曲線下方。2.2.5 實(shí)際利用附著系數(shù)1、制動(dòng)效能與制動(dòng)力1) 前輪制動(dòng)效能：0f輸出制動(dòng)力矩M1BEFf= 輸入制動(dòng)力矩= P ´p / 4 ´ D2 ´ RB(2-15)輸入制動(dòng)力矩P ´p / 4 ´ D 2 ´ RB2) 后輪制動(dòng)效能：BEFr= 輸出制動(dòng)力矩=M 2(2-16)3) 裝有比例閥拐點(diǎn)處前輪制動(dòng)力：F =（BEFf * p / 4

40、´ D 2 ´ RB ´ P ）/r k(2-17)4) 裝有比例閥拐點(diǎn)處后輪制動(dòng)力：0r1f0F =（BEFr * p / 4 ´ D 2 ´ RB ´ P ）/ r k(2-18)2r02、比例閥拐點(diǎn)處的制動(dòng)強(qiáng)度z0 = (F1+F2 )*2/G(2-19)3、前后路面制動(dòng)力1) 前輪路面制動(dòng)力： 拐點(diǎn)前：拐點(diǎn)后：Ff =M1*G*ZM1+ M 2(2-20)Ff =2* F1 + DF1 =2*M1*P0 /rk +G *(Z- Z0 )*2) 后輪路面制動(dòng)力： 拐點(diǎn)前：M1M1+ f * M 2(2-21)拐點(diǎn)后：Fr=M 2

41、M1+ M 2*G*Z(2-22)Fr =2* F2 + DF2 =2*M2 *P0 /rk +G*(Z- Z0 )*4、軸載荷前軸：f * M 2M1+ f * M 2(2-23)F =G + hgG Z(2-24)后軸：z11LF =G - hgG Z(2-25)z22L5、利用附著系數(shù)（地面制動(dòng)力與軸載荷的比值） 前輪：ff1 =F /Fz1(2-26)后輪：f2 =Fr /Fz2(2-27)2.2.6 制動(dòng)助力器的輸入、輸出特性計(jì)算當(dāng)踩下制動(dòng)踏板推動(dòng)助力器，打開大氣閥之前輸出為 0。但要克服閥回位彈簧力和閥座彈簧力。當(dāng)打開大氣閥時(shí)，輸出力突然從零值升到一定的值， 此值稱為跳躍力。此跳躍

42、力的計(jì)算公式為F1 = SV1 + SV2 - P0 a3(2-28)P0 =PV760´1.033( Pa )(2-29)式中 SV1閥座彈簧力(N)；3SV2 閥回位彈簧力(N)； a 大氣閥面積( m2 )； P0 真空壓力；PV 真空度。當(dāng)大氣閥打開后，真空助力器開始工作。當(dāng)助力最大時(shí)的作用力為 F2（滿負(fù)荷工作狀態(tài)）時(shí)，其計(jì)算公式如下：P æ A - p D 2 ö - (S + f ) - J + K F0 ç4m ÷p1F2 =èøK -1(2-30)式中 A 膜片有效面積( m2 )Dm 主缸直徑(m)；Sp

43、 回位彈簧力(N)；f 柱塞閥滑動(dòng)阻力(N)；J 跳躍力(N)，由試驗(yàn)而定的數(shù)據(jù)；K 助力比：作用于主缸活塞上的推桿力與輸入到真空助力器的踏板力之比，也就是真空助力器的輸出力與輸入力之比，即 K =輸出力的計(jì)算方法如下： 當(dāng)有真空度時(shí)，即 P0 > 0 時(shí)F 出 。F入üF = F , F = Jï入1出ïF1 £ F £ F2, F出 = K ( F入 - F1 ) + Jý(2-31)F ³ F , F = F+ P æ A - pD2ö - (Sï+ f )ï入2出入0 &

44、#231;4m ÷pïèøþ當(dāng)無真空度時(shí),即 P0 = 0 時(shí)F入 £ SP + f , F出 = 0üï(2-32)ýþF入 > SP + f , F出 = F入 - (SP + f )ï2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，如制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的概念以及其影響因素，制動(dòng)強(qiáng)度的定義以及求取方法，制動(dòng)性能評(píng)價(jià)的基本方法等， 這些基礎(chǔ)知識(shí)為以后的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了很好的鋪墊。只有理解了這些理論知識(shí)，才能進(jìn)行后續(xù)深入設(shè)計(jì)計(jì)算。本章還重點(diǎn)介紹了 ECE 制動(dòng)法規(guī)對(duì)車輛的要求，E

45、CE 制動(dòng)法規(guī)是評(píng)測(cè)車輛制動(dòng)性能的標(biāo)準(zhǔn)，是最重要的依據(jù)。第3章制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需預(yù)先給定整車參數(shù)，而對(duì)汽車制動(dòng)性能有重要影響的制動(dòng)器參數(shù)有：制動(dòng)力及其分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率、最大制動(dòng)力矩與制動(dòng)器因數(shù)等。汽車的實(shí)際制動(dòng)力分配的合理性，可以用以下三種方法來描述：一是用理想制動(dòng)力分配線與實(shí)際制動(dòng)力分配線來描述；二是用利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系來描述；三是以路面附著系數(shù)利用率來描述。本文主要采用第二種方法進(jìn)行分析計(jì)算。3.1 無比例閥汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算3.1.1 整車參數(shù)表 3-1 制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算所需整車參數(shù)空載總載荷 G0kg滿載時(shí)后軸載荷 G2

46、kg滿載總載荷 Gkg空載時(shí)質(zhì)心高度 hg0mm空載時(shí)前軸載荷 G01kg滿載時(shí)質(zhì)心高度 hgmm空載時(shí)后軸載荷 G02kg前輪制動(dòng)力矩 M1N·m滿載時(shí)前軸載荷 G1kg后輪制動(dòng)力矩 M2N·m空載重心距前軸距離 a0mm滿載重心距前軸距離 amm空載重心距后軸距離 b0mm滿載重心距后軸距離 bmm軸距 Lmm輪胎的滾動(dòng)半徑 rkmm車輛的類別M1.M2.M3.N1.N2.N33.1.2 制動(dòng)器參數(shù)選用制動(dòng)器類型（盤式或鼓式），型號(hào)；前輪輪缸直徑 Df (mm) ；后輪輪缸直徑 Dr (mm) ；制動(dòng)器工作半徑 RB (mm) ；制動(dòng)力矩。3.1.3 利用附著系數(shù)計(jì)算1

47、、地面制動(dòng)力空載時(shí)前輪地面制動(dòng)力：F1 =M1 M1 + M 2G0 Z(3-1)空載時(shí)后輪地面制動(dòng)力：F2 =M 2M1 + M 2G0 Z(3-2)滿載時(shí)前輪地面制動(dòng)力：1F ' =M1 M1 + M 2GZ(3-3)滿載時(shí)前輪地面制動(dòng)力：22、軸載荷F ' =M 2M1 + M 2GZ(3-4)空載時(shí)前輪載荷：空載時(shí)后輪載荷：Fz1 =G01 +hg0 G0 Z/L(3-5)Fz2 =G02 -hg0 G0 Z/L滿載時(shí)前輪載荷：z11F ' =G +hgGZ/L(3-6)(3-7)滿載時(shí)后輪載荷：F ' =G -hgGZ/L(3-8)z223、利用附著系

48、數(shù)空載時(shí)前輪利用附著系數(shù)： f1 =空載時(shí)后輪利用附著系數(shù)： f2 ='F1Fz1 F2Fz 2F '滿載時(shí)前輪利用附著系數(shù)： f1 = 1 F ''滿載時(shí)前輪利用附著系數(shù)： f2z1 'F'= 2 Fz 23.2 帶有比例閥汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算3.2.1 參數(shù)帶有比例閥汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算時(shí)所需要的整車參數(shù)、制動(dòng)器參數(shù)與無比例閥汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算時(shí)是一樣的，除以上參數(shù)，還需要比例閥參數(shù)，如下：空載時(shí)比例閥拐點(diǎn)處液壓 P (MPa) ；滿載時(shí)比例閥拐點(diǎn)處液壓 P ' (MPa) ；00比例閥拐點(diǎn)處斜率 f 。3.2.2 利用附著系數(shù)計(jì)算

49、1、比例閥拐點(diǎn)處制動(dòng)力空載時(shí)裝有比例閥拐點(diǎn)處前輪制動(dòng)力：M1p2BEF p2p D RBPf4 Df RBPD2 RBPM P1F =4f0 = 4f0=1 0(3-9)rkrkrk空載時(shí)裝有比例閥拐點(diǎn)處后輪制動(dòng)力：M 2p2BEF p D2 RBPpr4 Dr RBP0D2 RBPMP 2F =4r0 = 4r0=2 0rkrkrk(3-10)滿載時(shí)裝有比例閥拐點(diǎn)處前輪制動(dòng)力：M1p2'BEF ' p2'p Df RBP042'f Df RBP0'Df RBP0M P 'F = 4= 4= 101rkrkrk(3-11)滿載時(shí)裝有比例閥拐點(diǎn)處后

50、輪制動(dòng)力：M 2p2'BEF ' p2'p Dr RBP042'r Dr RBP0'Dr RBP0M P 'F = 4= 4= 202rkrkrk(3-12)2、比例閥拐點(diǎn)處的制動(dòng)強(qiáng)度空載：Z' = ( F1 + F2 )2 = 2 (M1 + M 2 )P00Gr G(3-13)滿載：0k0(F ' + F ' )22 (M + M)P 'Z ' =12=120(3-14)Grk G3、 前、后路面制動(dòng)力1) 空載時(shí)(1) 前輪比例閥拐點(diǎn)前，前制動(dòng)力所占比例：A1 =M1 M1 + M 2(3-15)比例

51、閥拐點(diǎn)后，前制動(dòng)力所占比例：1前輪路面制動(dòng)力：A ' =M1M1 + f M 2(3-16)0當(dāng) Z < Z ' 時(shí)，即比例閥拐點(diǎn)前，F(xiàn)f = A1 G0 Z =M1 M1 + M 2G0 Z(3-17)0當(dāng) Z > Z ' 時(shí)，即比例閥拐點(diǎn)后，00(2) 后輪Ff = 2F1 + DF1= 2M1 P0 +rkMM11 + f M 2G (Z - Z ' )(3-18)比例閥拐點(diǎn)前，后制動(dòng)力所占比例：A2 =M 2M1 + M 2(3-19)比例閥拐點(diǎn)后，后制動(dòng)力所占比例：2A ' =f M 2M1 + f M 2(3-20)后輪路面制動(dòng)力：0當(dāng) Z < Z ' 時(shí)，即比例閥拐點(diǎn)前，- 20 -Fr = A2 G0 Z =M 2M1 + M 2G0 Z(3-21)0當(dāng) Z > Z ' 時(shí)，即比例閥拐點(diǎn)后，F(xiàn) = 2F+ DF= 2M 2 P0 +f M 2G (Z - Z ' )00(3-22)2) 滿載時(shí)(1) 前輪