毕业论文：东风小康微型车制动系统设计研究

毕业论文：东风小康微型车制动系统设计研究
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摘要

本文对东风小康微型车制动过程进行了详细的运动受力分析，并对汽车的制动系统进行了仿真计算。通过结合具体的实际整车数据，对该车制动系统的主要参数进行了设计计算，并运用MATLAB语言的GUI用户界面编制了汽车制动性能仿真软件。仿真结果表明，本文建立的汽车制动系统各种模型是可靠的、准确的，本程序为汽车制动系统的初步设计及性能仿真提供了参考。

关键字：制动系统；性能仿真；MATLAB-GUI


Abstract

This thesis makes a particular mechanics analysis of the braking system of DFSK，and does simulation analysis for braking system。To design the main parameters of the braking system though the real vehicle data，and establishmenting a braking simulation software including the capability of braking and the process of braking by MATLAB-GUI。The simulation results indicate that this paper establishing braking s
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师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血；另一方面，随着科技的不断发展，计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各种设计领域，汽车设计也不例外[1]。在汽车设计中使用动力学仿真可以在设计阶段预测产品性能，改善产品的结构，同时也能够评价已有产品的质量、性能等，优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节约开发费用。目前，在国际上对汽车的开发设计和性能预测的要求越来越精确，要求新产品（新车型）的开发周期越来越短。那么，传统的开发设计方法已不适应这些要求，而汽车的仿真软件设计正是解决这些问题的。

1.2 课题来源

本课题《东风小康汽车制动系统方案及性能仿真程序设计》来自东风特汽（十堰）客车有限公司委托湖北汽车工业学院汽车工程系开发的横向课题，是汽车设计、分析、测试、仿真的课题之一，是车辆工程专业所要求的基础理论和能力，并能为当代各种汽车制动系的初步设计提供参考。

1.3 国内外现状

计算机软件仿真是一门涉及面较广、较新的学科。在国外，它发展很早，而且已经应用到社会生产发展的各个领域，比如：军事、武器、飞机、汽车、管理、电子产品、电路等等。在汽车方面，目前它的生命力越来越活跃，发达国家的许多汽车大型公司都有自己的专门的计算机仿真部门或研究院，汽车产品的设计开发已经走向虚拟话、模块化、系统话、大规模化，这些先进完善的_标志国外的汽车计算机仿真水平已经走向成熟。而国内，计算机软件仿真现在仍是一门新新的科学，在汽车方面的应用比起国外而言就显得更晚了，但是我国各方面资源丰富，很有潜力追上国外先进水平。
进入21世纪后，由于计算机技术的发展，CAD、CAM以及CAE技术在机械行制造业上面飞速应用。国外的大学和厂家陆续提出了模拟车辆制动性能的程序软件的开发，有资料显示韩国汽车业使用过“车辆刹车性能模拟分析系统”的软件。从2005年开始我国科研人员在陆续提出了仿真技术在车辆制动系上的应用。
MATLAB是一种新型的建模和模拟的计算机工具,大部分程序可以采用可视化模块,避免代码编制的繁琐工作,由系统进行统一的数值计算,用户不必关心具体的数值计算方法的实现问题,将系统模型最大限度地模块化,便于修改维护。为了开发出理想的汽车制动控制逻辑算法。扬州大学机械工程学院的马明星教授在其论文《基于matlab的车辆制动过程仿真研究》[2]中提到对车辆制动性能的仿真研究必须要有一定的前期工作和参数优化设计，首先要设计车辆的制动系统的各项参数，进行性能仿真计算后，在进行实验研究，MATLAB软件下的GUI模块是功能强大的系统建模和动态仿真的软件，为车辆的制动过程分析提供了有效的手段。

1.4 课题主要内容

本课题的主要内容有：
1）了解制动系统的作用、结构和工作原理，并深入分析各种制动调节装置和控制原理。
2）对传统制动系统无调节装置和有调节装置进行详细深入分析、建模。
3）熟悉并运用MATLAB的常用工具箱、GUI工具箱和SIMULINK工具箱，并对汽车制动系统进行仿真。
4）结合实际车型整车参数，通过编写的软件，对汽车制动系统进行仿真，并分析仿真结果。


2 建立汽车制动时的各种受力模型

2.1 地面对前、后车轮的法向反作用力


图2.1 制动时汽车的受力模型
图2.1是汽车在水平路面上制动时的受力情形[3]。图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。此外，下面的分析中，还忽略制动时车轮边滚边滑的过程，附着系数只取一个定值。
由图2.1对后轮接地点取力矩得：
(2.1)
式中， 为地面对前轮的法向反作用力； 为汽车重力； 为汽车质心至后轴中心线的距离； 为汽车的质量； 为汽车质心的高度； 为汽车的减速度。
对前轮的接地点取力矩，得
(2.2)
式中， 为地面对后轮的法向反作用力； 为质心至前轴中心线的距离。
令 ， 为制动强度，则可求得地面法向反作用力的制动强度模型：
(2.3)
(2.4)
若在不同附着系数的路面上制动，前、后轮都抱死（不论是同时抱死或分别先后抱死），此时 或 。 则地面作法向反作用力的附着系数模型为：
(2.5)
(2.6)

2.2 理想的前、后制动器制动力分配

在任何附着系数的路面上，前后车轮同时抱死的条件是：前、后制动器制动力之和等于附着力，并且前、后制动器制动力分别等于各自的附着力，即：
(2.7)
(2.8)
(2.9)
将地面的法向反作用力的附着系数模型带入到上式中，容易得到：

(2.10)
消除变量 ，得到：
(2.11)
这就是理想前、后制动器制动力分配模型[4][5]，用该模型做出的曲线称为理想前、后制动器制动力分配曲线，也称 曲线。给出汽车的基本结构参数 ，就可以得出汽车制动时前、后制动力理想分配的关系。

图2.2 前后制动管路压力分配特性
如图2.2示。理想制动力分配曲线斜率是变化的，这是因为汽车在制动过程中，作用于汽车重心上的向前惯性力试图使汽车俯倾，因而造成前轮垂直载荷增大而后轮垂直载荷减小，即重心前移，而且可知随着制动强度的增加，前轮的垂直载荷越大，后轮的垂直载荷越小。因此要满足前后轮同步制动的条件，汽车前后轮制动力，也就是前后轮制动管路压力也应随其变化。

2.3 f线组和r线组

线组是后轮没有抱死，在各种 值路面上前轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线。
当前轮抱死时，
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