朱譜，申曉康

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

基于VC++的客車制動系統(tǒng)仿真計算研究

朱譜，申曉康

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

傳統(tǒng)的客車制動系統(tǒng)設計工作不僅耗費大量的時間，而且一旦某一參數(shù)變化，往往需要重新計算，其計算結果的精確度也不高。采用VC++中的MFC開發(fā)設計的車輛制動控制系統(tǒng)，不僅簡化了計算過程，其精確度也得到了提高，并且可以直接讀取利用Access開發(fā)的數(shù)據(jù)庫，計算結果也能方便的存儲在數(shù)據(jù)庫中。

制動系統(tǒng)；性能計算；VC++

CLC NO.:U463.5Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-189-03

引言

隨著我國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，無論是我國的高速公路通車里程，還是汽車的產(chǎn)銷量，都已位居世界第一位。面對如此高密集度的車流，行車安全成為當前我國道路交通所面臨的一個亟待解決的問題。作為車輛安全中最重要的一環(huán)—車輛制動系統(tǒng)的可靠性與準確性顯得日益重要。而客運車輛的行車安全問題更是整個道路交通安全的重中之重。而傳統(tǒng)的客車制動系統(tǒng)開發(fā)工作主要依靠實驗與人工設計計算。并且由于其制動系統(tǒng)結構復雜，零部件數(shù)目較多；且對于不同型號的客車，各零部間的結構和布置也不相同，所涉及的計算方法也不一樣，因此傳統(tǒng)的手工設計任務相當繁瑣而效率低下；而另一方面，只能在樣車試驗結束后才發(fā)現(xiàn)其主要參數(shù)與性能是否達到要求，再進行改造。因此，傳統(tǒng)的設計客車制動系統(tǒng)的方法已經(jīng)無法適應當前行業(yè)日新月異的發(fā)展，一款能夠數(shù)字化、智能化計算仿真客車制動系統(tǒng)的軟件顯得非常有必要。

1、客車制動系統(tǒng)組成

客車制動系統(tǒng)一般采用鼓式制動器，與乘用車上所裝置的盤式制動器有所不同。

圖1 客車制動系統(tǒng)示意圖

2、車輛制動系統(tǒng)模型

2.1 制動時車輛受力分析

圖2 整車縱向操縱動力學模型

圖2所示為車輛在平直路面上制動時的縱向的受力分析圖。圖中，G為汽車重力；分別為地面對前軸、后軸的垂直作用力；為縱向慣性力；分別為前軸、后軸受到的地面制動力；為整車質(zhì)心高度；為質(zhì)心至前軸距離；為質(zhì)心至后軸距離；

為前后軸距。對車輛模型進行動力學分析容易得到其縱向的動力學微分方程式：

式中，m為汽車質(zhì)量；φ1、φ2分別是前后輪的地面附著系數(shù)。

2.2 制動時車輪受力分析

圖3 車輪模型受力分析

首先做以下假設：1）車輪載荷為常數(shù)；2）忽略迎風阻力和車輪滾動阻力。

則車輪的運動方程式為：式中，I為車輪轉動慣量；T為制動器制動力矩；FX為地面制動力；m為作用在車輪上的汽車質(zhì)量。

2.3 三維輪胎模型

在車輛動力學仿真研究中，輪胎模型是非常重要的。比較常見的輪胎模型有Gim模型、魔術公式、郭孔輝院士推導出的半經(jīng)驗的“指數(shù)公式”等。在此，我們采用應用比較廣泛的魔術公式輪胎模型。魔術公式表達式如下：

式中，D為峰值因子；B為剛度因子；C為曲線形狀因子；E為曲線曲率因子；S為車輪滑移率。

前、后輪的地面附著系數(shù)計算如下所示：

2.4 制動器模型

制動器力學模型描述了制動輪缸壓力輸入及制動力矩輸出間的力學特性。制動器模型采用一階滯后環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的形式來描述壓力建立及釋放的動態(tài)過程，用比例環(huán)節(jié)描述制動器增益，其最大壓力由制動踏板的位移來決定。

相應的時域方程為：

由氣壓容易求得制動力矩為：

上式中，P0為系統(tǒng)初始壓力值；Kb為制動器制動效能因數(shù)；Tb1為系統(tǒng)時間常數(shù)；Tb2為系統(tǒng)滯后時間常數(shù)。

3、車輛制動離線仿真與模擬計算分析

圖4 車輛數(shù)據(jù)輸入

根據(jù)前面所建立的車輛動力學模型以及輪胎模型等，利用Visual C++6.0手工編制該模擬仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)具有參數(shù)輸入、計算、圖表輸出、數(shù)據(jù)庫保存等模塊。

在干燥的瀝青或混凝土路面上，車輛制動初速度為60km/h，對車輛制動過程進行模擬計算，其分析結果如圖7-圖10所示。從圖7可看出客車制動距離約為36m，滿足相關法規(guī)要求。

Simulation and Analysis Study on Bus Braking System Based on Visual C++

Zhu Pu, Shen Xiaokang
( Vehicle School, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

The designing of traditional bus braking system not only consumes a lot of time, but also a parameter changes, people often need to recalculate, the accuracy of the calculation results are also not good. The vehicle braking system based on the MFC that developed in the VC ++ not only simplifies the calculation process, but also improves its accuracy and can directly read the database from Access. The calculation results can also be conveniently stored in the database.

braking system; analysis of braking performance; VC++

圖6 制動車速-時間歷程圖

U463.5

A

1671-7988(2017)02-189-03

朱譜，長安大學汽車學院2014級在讀碩士研究生，導師：魏朗；研究方向：車輛安全技術。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.064