汽车液压制动系统优化设计平台开发.pdf

．设计． 计算 ． 研究 ． 汽车液压制动系统优化设计平台开发 王 斌 - 过 学迅 - 张巍 1 叶 鹏 1 张 杰 2 1 ． 武 汉理工 大学 ； 2 ． 华 中科技 大学 ★ 【 摘要】 根据企业实际项目需要， 通过面向对象的程序设计思想， 利用 V i s u a l c 开发了汽车液压制动系统计算 分析软件。 介绍了该软件的功能结 构 、 设计 流程等 。 以某车制动系统设计计算为例 ， 对软件的计算 、 分析 、 参数化建模 能力进行了验证 。该软件平台通过 A C C E S S数据库 ， 储存 了大量经验数 据和制动法规来辅助用户设计开发 ， 能够精 确计算制动系统的 2 0 余 项内容 以全面分析整车制动性能 。 主题词 液压制动系统V i s u a l C 参数化建模 中图分类号 U 4 6 3 ． 5 2 l 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 2 0 1 0 0 2 2 0 4 Re s e a r c h o n Ve h i c l e Hy d r a u l i c Br a k e S y s t e m De v e l o p me n t P l a t f o r m Wa n g B i n ， Gu o Xu e x u n ， Z h a n g We i ， Ye P e n g ， Z h a n g J i e 1 ． Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ； 2 ． Hu a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 【 A b s t r a c t 】I n a c c o r d a n c e w i t h a c t u a l p r o j e c t d e ma n d ，a v e h i c l e h y d r a u l i c b r a k e s y s t e m a n a l y s i s s o f t w a r e i s d e v e l o p e d b y u s i n g V i s u a l C w i t h t h e i d e a o f o b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m mi n g ． T h i s p a p e r d e s c ri b e s t h e s o f t w a r e f u n c t i o n ， s t r u c t u r e ，d e s i g n p r o c e s s ．An d b y c o mp u t i n g o f a v e h i c l e b r a k e s y s t e m d e s i g n a s e x a mp l e ，t h e c o mp u t i n g ，a n a l y s i s ， p a r a me t ri c mo d e l i n g c a p a b i l i t y h a v e b e e n v e ri fi e d ．Th i s s o f t w a r e p l a t f o r m s t o r e s u p l a r g e a mo u n t o f e mp i ri c a l d a t a a n d b r a k i n g r e l a t e d r e g u l a t i o n s t o a s s i s t u s e r i n d e s i g n a n d d e v e l o p me n t t h r o u g h ACC E S S d a t a b a n k ， wh i c h c a l l c a l c u l a t e mo r e t h a n t we n t y e l e me n t s o f t h e b r a k i n g s y s t e m a c c u r a t e l y t o a n a l y z e v e h i c l e b r a k i n g p e r f o rm a n c e i n a c o mp r e h e n s i v e w a y ． Ke y wor ds Hy dr a u l i c br a ke s ys t e m ，Vi s ua l C ，Pa r a me t r i c m o de l i ng 相 比 Ma t l a b G U I ， V i s u a l C 是一款更专业 的开发软件 Ma t l a b编程简单 但程序只能在安装 有 Ma t l a b的 P C上才能 运行 V i s u a l C 不仅运 行 效率高 、 移植性好 ， 与其他大型软件的接 E l 也更稳 定。本文结合企业实 际项 目． 用 V i s u a l C 开发一 款汽车制动系统开发平台 ． 缩短 了制动系统的开发 周 期 基金项 目 浙江省重大科技攻关项 目， 编号 2 0 0 8 C 0 1 0 0 2 。 1 软件功能 按照软件工程学方法 。需要对软件设计进行总 体规划 。本系统的设计 目标是，为实际生产建立实 用的设计 、 分析和仿真平 台， 在功能上满足实际设计 需要 ． 如帮助选择制动器结构型式 确定制动器主要 结构参数 ．并根据参数对其性能从理论角度进行分 1 2 RAI NS G C，KANI AN T HR A J N．De t e rm i n a t i o n o f t h e S i g n i fi c a n c e o f R o o f C rus h o n H e a d a n d N e c k I n j u r y t o P a s s e n g e r Ve h i c l e Oc c u p a n t s i n R o l l o v e r C r a s h e s ．S AE P a p e r 9 5 0 6 5 5 ． 1 3 P a i n e M ， Ne w l a n d C ． Ro o f S t r e n g t h a n d Oc c u p a n t P r o t e c t i o n i fl Ro l l o v e r C r a s h e s ．2 0 0 9 Au s t r a l a s i a n Ro a d S a f e t y Re s e a r c h， P o l i c i n g a n d E d u c a t i o n Co n f e r e n c e ，N e w S o u t h W a l e s ．S y d n e y，No v e mb e r 1 0 1 3，2 0 0 9 ． 1 4 E d wa r d Mo ff a t t ， J e y a P a d ma n a b a n ．NHT S A’ S B e n e fi t Mo d e l i n t h e P r o p o s e d F MVS S 21 6 Ro o f S t r e n g t h 一 2 2 一 S t a n d a r d ． S AE T e c h n i c a l P a p e r 2 0 0 7 01 0 3 7 3． 2 0 0 7 ． 1 5 郝琪 ． 陈奎． 基于数值模 拟的车身材料抗 凹性分析． 湖北 汽车工业学院学报 ． 2 0 0 8 6 1 1 ～ 1 4 ． 1 6 祝军 ． 李一兵． 汽车滚翻事故的再现分析方法． 公路交通 科技 ． 2 0 0 6 6 1 6 2 ～ 1 6 5 ． 1 7 L U Ho n g z h o u，MA Mi n g t u，Yo u J i a n g h a i ，L I Z h i g a n g ．A Re s e a r c h P r o g r e s s o f D e n t Re s i s t a n c e f o r Au t o mo b i l e B o d y P a n e l s ． C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e rin g ，2 0 0 9 ． 责任编辑帘青 修改稿收到 日期 为 2 0 1 1年 1 1月 1日。 汽车 技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．设计． 计算 ． 研究 ． 析评价 优化用户设计方案等 。要求系统运行稳定 可靠 ， 结论正确圆 。基于该规划 ， 具体给出系统的功 能定义如图 l 所示。 汽车制动系统优化设计平台 图 1 汽车制动系统开发平 台的结构 a．制动器类 型选择功能 系统将设计技术 包 括理论知识 、 相关法规 、 设计经验等 存于知识库中， 辅助设计者确定制动器类型及主要参数 b ． 整车制动性能分析功能。 在参数确定后 ， 根 据理想与实际制动力分配计算 、 E C E法规 、制动效 率 曲线等检验是否满足要求及国家相关法规。 c．制动系统 的理论计算功能 制动系统的理 论计算部分涵盖了制动力 、 制动力矩 、 轮缸液压 、 主 缸工作容积 、 真空助力器 、 踏板行程 、 驻车制动器等 多项计算 内容 ． 给用户提供整车制动信息 。 d ． 制动器性能优化方案 当设计不满足 国家 法规或易于让整车后轮先抱死时．系统会提示用户 更改部分制动器参数来优化整个制动性能 e ． 提供与 C A D ／ C A E软件的接 口 为了进一步 缩短制动器开发周期 ， 提高设计精度 ， 软件提供了与 C A T I A、 A D A MS等软件的接 口，以辅助用户进一步 设计。 数据图表存储功能 软件提供 了强大的数 据存储 、 图形存储功能 ， 可将结果和性能曲线保存 ， 便于生产实际 2软件开发关键环节 2 ． 1设 计 流程 软件设计流程如图 2所示。 2 ． 2界面 布置 汽车设计使用的软件大多采用 弹出式对话框 ， 即每计算一个项 目弹出一个或一 系列对话框 ， 不仅 繁琐而且不利于用户查看已完成的计算分析。 本系 统利用 现在 主流浏览器遨游的使 用界面 ． 结合 V i ． s u a l C 提供的 T a b控件 ．将制动系统 的 2 0余项 设计计算按功能划分为多个 页面 ． 按照一定顺序逐 层与用户对话的方法解决 了该问题 该方法可以做 2 0 1 2年第 1 期 到按人类认识或描述 问题 的规律有层次的与用户 交 流 。 界 面如 图 3所示 。 左边 的输入框不仅利于用 户在对设计结果进行修改时方便 的找到相关参数 ． 也有 助于用户分析不 同参数对汽车制动性能影响 的程 度 。 输入项 目名称 名称是否已 ＼乏 否 l 车参数 空、 满载 l 二 前、 后轴制动器选 l 制动驱动机构 真空 助力器 参数选取 选配 比例 阀 参数 整 车制动性能分析 制动稳定性分析模块 E C E法规性能评价模块 制动效率分析模块 真空助力器特性模块 制动距离计算分析模块 制动 系统液压计算模块 驻车制动校核模块 等 2 0余项计算分析 厂 ’ I 是 制动器零部件 C A T I A 参数化建模模块 ■ 图 2软 件开 发 流 程 图 3系 统 采 用 的 界 面 2 ． 3信息 录入 机制 良好 的人机界面应该在适 当地方对用户进行提 示【 3 _ 。本系统可以根据合理性 、 合法性要求双重检测 用户输入 的数据 。如当用户疏忽 ．将 8 0 0输入为 8 0 0 O为大写字母 时 ， 软件会 自动删 除“ O O” ， 并 弹出警示对话框 在合理性检测方面 ．若用户输入 的前轴距与后轴距之和不等于总轴距时．软件也会 弹出警示对话框 。 避免后续设计错误。 2 ． 4 与 C AT I A 的连接 在实现参数化建模方面． 由于篇幅限制 ， 只叙述 其中两个 比较关键 的步骤 a ． 利用 V i s u a l C 调用 C A T I A 主要是利用 S h e l l E x e c u t e f 函数来 调用 C A T I A的路径 。 用户在第一次使用软件时 ． 需要查找路 径 ，然后将路径通过命令流文件写到本软件的安装 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 ． 计算． 研究 ． 目录下。在后续使用时。 即可很流畅的进入 C A T I A． 不需要再查找路径 函 数 代 码 为 S h e l l E x e c u t e N U L L ．NU L L ． m _ F i l e ，NUL L， c Bu ff e r ， S W S HO WN O R MA L b ． 通过 C A A对 C A T I A V 5 R1 9做二 次开发[4 1 使用 V i s u a l S t u d i o 2 0 0 5开发制动器零件 建模 模块 Wo r k b e n c h ， 并在该模块下制定 出 C A T I A风 格的工具条， 响应命令按钮及完成建模代码的书写 具体界面和菜单如图 4中机械设计 的弹 出菜单所 示 ，用户单击各制动系统部件即可弹出参数化对话 框进行建模 图 4 CA T I A 二 次 开发 3实例运行 以某车型制动系统设计计算为例．按照开发流 程 图 2 说明本开发平 台的功能。 本次设计前 、 后轴 均选用 盘式 制动 器 3 ． 1 参数 输入 在数据库 中储存 了大量 的经验参数及设计要 求 ，用户只需按照软件向导即可在数据库中选取参 数或根据软件提示的设计要求输入参数。本次设计 主要参数见表 1 表 3 表 1 整车参数 参数 数值 整车质量／ k g 2 9 0 0 轴距／ mm 2 9 4 2 质心 高度 ／ mm 6 4 8 质心至前轴线距离／ m m l 4 3 3 质心 至后轴线距离／ m m 1 5 0 9 前／ 后 车轮滚动半径／ m m 2 9 6 ／ 2 9 6 表 2 制动器参数 盘式 参数 数值 前， 后制动器制动半径／ r a m 1 1 2 ／ 1 0 6 前／ 后制动器摩擦 系数 0 - 3 8 ， 0 ． 3 8 前／ 后制动轮缸直径／ mm 5 6 ／ 4 6 前／ 后制动轮缸缸数 1 ／ 1 前／ 后制动轮缸行程／ ra m 0 ． 5 ／ 0 ． 5 2 4 一 表 3制动驱动机构部分参数 参数 数值 制动主缸直径／ mm 2 2 主缸活塞行程／ m m 1 ． 5 主缸推杆与活塞间隙／ m m 1 ． 5 制动踏板杠杆 比 2 ． 8 8 制动管路变形系数 1 ． 1 阀座 弹簧力， N 3 0 阀回位弹簧力／ N 6 5 大气 阀面积／ m 0 ．0 o O 1 4 6 真 真空压力／ P a 6 0 0 0 0 空 助 膜片有效面积， m z 0 ． 0 7 3 4 力 器 回位弹簧力， N l 2 4 柱塞阀滑动阻力， N l 0 制动 跳跃力／ N 2 0 o 助力 比 7 3 ． 2性能计算及分析 根据上述数据．用户即可进入整车制动系统分 析模块 ， 分析整车制动系统性能、 计算制动系统关键 总成、 校核系统关键部件， 并通过各特性曲线图及制 动法规对制动性能做定性或定量评价 ．判定整车制 动性能 ． 辅助优化制动系统的设计工作 图 5是该车的理想与实际制动力分配曲线 ， 其 中． 曲线表示后轮未抱死时在各种 值路面上前 轮抱死时的前 、 后地面制动力关系曲线 ， 与之对应的 尺曲线表示前轮未抱死时在各种 值路面上后轮抱 死时的前 、后地面制动力关系曲线 由软件计算及 图 5可知 ， 该车的同步附着系数为 0 ． 4 4 ． 较小 ， 若用 户选择 的路面附着系数 大于 0 ． 4 4 ． 系统会提示用 户前轴先报死 ．同时系统提供装载 比例 阀的接 口。 图 6显示用户安装并选择 了比例阀参数后的理想与 实际制动力分配曲线。由图 6可知 ．路面附着系数 在 0 ． 9 7之 前 ．实 际 的 制 动力 分 配 系 数 在 ，曲线 之 下．可知该车在一般路面附着系数下后轴不会提前 抱死 ， 满足制动稳定性要求 前轴制动力／ k N 图 5 理想与实际制动力 曲线 无比例阀 汽 车 技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．设计 计算 研究 图 6理想与实际制动力曲线 有 比例 阀 根据 E C E法规要求来分析整车的制动性能． 软 件将 E C E法规要求 0 ． 2 ～ 0 ． 8时制动强度 Z ≥0 ． 1 0 ． 8 5 ‘ D 一 0 ． 2 写入图 7 。 由图 7可知 ， 在绝大多数路面 上 。 该车满足 即前轴利用附着系数曲线均在后 轴利用附着 曲线之上 ， 同时在 0 ． 2 ～ 0 ． 8时前 、 后轴 利 用附着系数也都 满足 E C E法规要求 的 Z≥0 ． 1 十 0 ． 8 5 ‘ D 一 0 ． 2 。综上可知 ， 该车满足制动稳定性要求。 前轴附着系数曲线 1 ． O o ． 8 垛o ． 6 莲 0 ．4 旧 0 ． 2 0 O O．2 0 ． 4 0 ． 6 0 ， 8 1 ． O 1 ． 2 制动强度 Z i g 图 7制 动 强度 与利 用 附看 系数 曲线 关 系 在完成整车性能分析后 ，软件 同样提供真空助 力器特性 、 踏板力与输入力曲线 、 踏板力与输 出液压 曲线帮助用户分析踏板力一制动减速度一制动距离 特性 。 图 8显示的是根据表 3真空助力器参数绘制 的真空助力器 与主缸液压输出的效能曲线图『 5 I6 1 图 9是根据踏板力、助力比及图 8等关系综合绘制的 踏板力与制动距离曲线图。 图 9中包含了前轴失效 、 后轴失效 、 正常制动等状况的制动距离曲线嘲 ， 图中 垂直 的虚线表示在某一制动力下制动距离将 由于抱 死而维持在一个数值 。由图 9可知 。当踏板力为 2 0 0 N时 ， 前 、 后轴依次抱死 ， 达到最短制动距离。 真空助力器输入， N 图 8 真空助力器特性曲线 2 0 1 2年第 1 期 8 0 0 2 O 1 6 0 1 2 0 襁 静 磊8 O 4 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 踏板输入力／ N 图 9踏 板 输 入力 与 制 动 距 离 理 论计 算 曲线 3 ． 3参数化建模 用户确定 了设计参数并对设计结果满意后 ． 即 可进入参数化建模模块 本软件在菜单上提供了与 C A T I A的接 口． 用户单击即可进入 C A T I A。单击子 菜单即可弹出零部件界面．单击某一部件即可弹出 制动器零件库界面 图 1 O 用户可以根据 图 1 1中 的二维图尺寸标识选择之前的设计参数或填写新数 据。图 1 2为用户填写新数据产生的制动盘模型。 图 1 0 内置制动器零件 库的 C A T I A界面 图 1 1 C A T I A 内置的参数化建模界面 图 1 2 制动器制动盘模型 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算． 研究 后地板安全带固定点结构优化设计 闻培培 李宏华赵福 全 吉利汽车研究院 【 摘要】 针对后地板安全带固定点的 3 种结构形式． 对后地板安全带固定点相关法规进行了介绍， 并对后排安全 带固定点 的强度进行 了分析 。通过分析某 车型后地板安全带 固定点强度失效原 因， 对其后地板安全带 固定点结构和 焊 点进行 了优化 ， 优化后的结 构在模具冲压和车身焊接 中均未出现问题 满 足了静拉试验相关法规要求 。 主题词 车身后地板安全带固定点结构优化设计 中图分类号 U 4 6 3 ． 8 3 文献标识码 A文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 2 0 1 0 0 2 6 0 5 Op t i mi z a t i o n De s i g n o f An c h o r a g e S t r u c t u r e f o r S a f e t y Be l t o n Re a r Fl o o r W e n P e i p e i ， L i Ho n g h u a ， Z h a o F u q u a n Ge e l y Au t o mo b i l e I n s t i t u t e 【 Ab s t r a c t ] T h e t h r e e s t r u c t u r a l t y p e s o f a n c h o r a g e p o i n t o f s a f e t y b e l t o n r e a r f l o o r a n d t h e r e g u l a t i o n s o f a n c h o r a g e p o i n t o f r e a r s a f e t y b e l t s a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ，a n d t h e s t r e n g t h o f r e a r s e a t b e l t a n c h o r a g e p o i n t i s a n a l y z e d ．B y a n a l y z i n g c a u s e o f f a i l u r e o f s e a t b e l t a n c h o r a g e o f r e a r f l o o r o f a v e h i c l e mo d e l ，o p t i mi z a t i o n i s ma d e t o s e a t b e l t a n c h o r a g e s t r u c t u r e a n d w e l d i n g p o i n t o f i t s r e a r fl o o r ， t h e o p t i mi z e d s t ruc t u r e d o e s n o t f a i l e i t h e r i n d i e s t a mp i n g n o r b o d y we l d i n g ， a n d r e l a t e d r e g u l a t i o n r e q u i r e me n t o f s t a t i c t e n s i l e t e s t i s t h u s s a t i s f i e d ． Ke y wo r d s Bo d y An c h o r a g e s t r u c t u r e o f r e a r flo o r s a f e t y b e l t ，S t ru c t u r e ，Op t i mi z a t i o n de s i gn 1 前言 汽车座椅安全带是汽车普遍采用的安全装备 ． 是一种有效的乘员保护装置。为使安全带在汽车上 能充分发挥作用 ． 除本身的结构和强 度外 ． 它在车身 上的安装强度 车身安全带固定点强度也至关重 要。本文针对某型汽车后地板安全带存在的问题 ， 对其 固定点结构进行 了优化设计 ．优化后的结构满 足了相关法规的要求 。 2 后地板安全带 固定点结构 形式 后地板安全带 固定点结构 由安全带 固定加强 4 结束语 二 为了提高制动系统开发效率． 缩短研发周期 ． 开 发 了该款制动系统设计开发平 台 该平台 能够精确 。 计算制动系统的 2 0余项 内容 ． 全面分析整车制动性 能，并通过 A C C E S S数据库储存大量的经验数据和 制动法规辅助用户设计开发 该平 台还有很多方面 需要完善 ． 在整车制动性能部分 ， 还可以增加辅助制 5 动模块在参数化建模部分 目前只能实现主要部件 如制动盘 、 制动鼓 、 摩擦 片等的参数化建模 ， 复杂的 6 卡钳等还未实现参数化。 参 考 文 献 1 鲁道夫． 汽车制动系统的分析与设计 ． 北京 机械工业出 一 2 6 一 版社 ．1 9 8 5 ． Bi n Wa n g ，Xu e x u n Gu o ．De v e l o p me n t P l a t f o r m f o r Ve h i c l e ’ S B r a k e S y s t e m B a s e d o n VC ． WC S E．2 01 0 ． E c k e r s o n Wa y n e ．I n f e r e n c e o b j e c t - o r i e n t e d d e v e l o p m e n t t o o l d e b u t s ．N e t w o r k W o r l d ， F r a mi n g h a m， F e b 8， 1 9 9 3， Vo 1 ． 1 0．I s s ． 6 ． 熊欣 ．马洪阁． C A T I A V 5将知识 1 程应用于汽车零部件 开发． C A D ／ C A M与制造业信息化 ． 2 0 0 4 2 ． 杨维和． 汽车真空助力器 的工作原理和性能计算．汽车技 术 ， 1 9 9 1 1 0 ． 方泳 龙． 汽车制动理论与设计． 北京 国防工业 出版 丰 十， 20 05 ． 责任编辑帘青 修改稿收到 日期 为 2 0 1 1 年 1 2月 1日。 汽车技术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m