畢業(yè)論文：東風(fēng)小康微型車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

畢業(yè)論文：東風(fēng)小康微型車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
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摘要

本文對(duì)東風(fēng)小康微型車制動(dòng)過程進(jìn)行了詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)受力分析，并對(duì)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真計(jì)算。通過結(jié)合具體的實(shí)際整車數(shù)據(jù)，對(duì)該車制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并運(yùn)用MATLAB語言的GUI用戶界面編制了汽車制動(dòng)性能仿真軟件。仿真結(jié)果表明，本文建立的汽車制動(dòng)系統(tǒng)各種模型是可靠的、準(zhǔn)確的，本程序?yàn)槠囍苿?dòng)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)及性能仿真提供了參考。

關(guān)鍵字：制動(dòng)系統(tǒng)；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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師在改進(jìn)汽車制動(dòng)性能的研究中傾注了大量的心血；另一方面，隨著科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用在各種設(shè)計(jì)領(lǐng)域，汽車設(shè)計(jì)也不例外[1]。在汽車設(shè)計(jì)中使用動(dòng)力學(xué)仿真可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能，改善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能夠評(píng)價(jià)已有產(chǎn)品的質(zhì)量、性能等，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品的研制周期，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用。目前，在國際上對(duì)汽車的開發(fā)設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)的要求越來越精確，要求新產(chǎn)品（新車型）的開發(fā)周期越來越短。那么，傳統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)方法已不適應(yīng)這些要求，而汽車的仿真軟件設(shè)計(jì)正是解決這些問題的。

1.2 課題來源

本課題《東風(fēng)小康汽車制動(dòng)系統(tǒng)方案及性能仿真程序設(shè)計(jì)》來自東風(fēng)特汽（十堰）客車有限公司委托湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程系開發(fā)的橫向課題，是汽車設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試、仿真的課題之一，是車輛工程專業(yè)所要求的基礎(chǔ)理論和能力，并能為當(dāng)代各種汽車制動(dòng)系的初步設(shè)計(jì)提供參考。

1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)軟件仿真是一門涉及面較廣、較新的學(xué)科。在國外，它發(fā)展很早，而且已經(jīng)應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，比如：軍事、武器、飛機(jī)、汽車、管理、電子產(chǎn)品、電路等等。在汽車方面，目前它的生命力越來越活躍，發(fā)達(dá)國家的許多汽車大型公司都有自己的專門的計(jì)算機(jī)仿真部門或研究院，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)已經(jīng)走向虛擬話、模塊化、系統(tǒng)話、大規(guī)�；@些先進(jìn)完善的_標(biāo)志國外的汽車計(jì)算機(jī)仿真水平已經(jīng)走向成熟。而國內(nèi)，計(jì)算機(jī)軟件仿真現(xiàn)在仍是一門新新的科學(xué)，在汽車方面的應(yīng)用比起國外而言就顯得更晚了，但是我國各方面資源豐富，很有潛力追上國外先進(jìn)水平。
進(jìn)入21世紀(jì)后，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD、CAM以及CAE技術(shù)在機(jī)械行制造業(yè)上面飛速應(yīng)用。國外的大學(xué)和廠家陸續(xù)提出了模擬車輛制動(dòng)性能的程序軟件的開發(fā)，有資料顯示韓國汽車業(yè)使用過“車輛剎車性能模擬分析系統(tǒng)”的軟件。從2005年開始我國科研人員在陸續(xù)提出了仿真技術(shù)在車輛制動(dòng)系上的應(yīng)用。
MATLAB是一種新型的建模和模擬的計(jì)算機(jī)工具,大部分程序可以采用可視化模塊,避免代碼編制的繁瑣工作,由系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)值計(jì)算,用戶不必關(guān)心具體的數(shù)值計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)問題,將系統(tǒng)模型最大限度地模塊化,便于修改維護(hù)。為了開發(fā)出理想的汽車制動(dòng)控制邏輯算法。揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的馬明星教授在其論文《基于matlab的車輛制動(dòng)過程仿真研究》[2]中提到對(duì)車輛制動(dòng)性能的仿真研究必須要有一定的前期工作和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先要設(shè)計(jì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行性能仿真計(jì)算后，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，MATLAB軟件下的GUI模塊是功能強(qiáng)大的系統(tǒng)建模和動(dòng)態(tài)仿真的軟件，為車輛的制動(dòng)過程分析提供了有效的手段。

1.4 課題主要內(nèi)容

本課題的主要內(nèi)容有：
1）了解制動(dòng)系統(tǒng)的作用、結(jié)構(gòu)和工作原理，并深入分析各種制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和控制原理。
2）對(duì)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)無調(diào)節(jié)裝置和有調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行詳細(xì)深入分析、建模。
3）熟悉并運(yùn)用MATLAB的常用工具箱、GUI工具箱和SIMULINK工具箱，并對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
4）結(jié)合實(shí)際車型整車參數(shù)，通過編寫的軟件，對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并分析仿真結(jié)果。


2 建立汽車制動(dòng)時(shí)的各種受力模型

2.1 地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力


圖2.1 制動(dòng)時(shí)汽車的受力模型
圖2.1是汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情形[3]。圖中忽略了汽車的滾動(dòng)阻力偶矩、空氣阻力以及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力偶矩。此外，下面的分析中，還忽略制動(dòng)時(shí)車輪邊滾邊滑的過程，附著系數(shù)只取一個(gè)定值。
由圖2.1對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩得：
(2.1)
式中， 為地面對(duì)前輪的法向反作用力； 為汽車重力； 為汽車質(zhì)心至后軸中心線的距離； 為汽車的質(zhì)量； 為汽車質(zhì)心的高度； 為汽車的減速度。
對(duì)前輪的接地點(diǎn)取力矩，得
(2.2)
式中， 為地面對(duì)后輪的法向反作用力； 為質(zhì)心至前軸中心線的距離。
令 ， 為制動(dòng)強(qiáng)度，則可求得地面法向反作用力的制動(dòng)強(qiáng)度模型：
(2.3)
(2.4)
若在不同附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（不論是同時(shí)抱死或分別先后抱死），此時(shí) 或 。 則地面作法向反作用力的附著系數(shù)模型為：
(2.5)
(2.6)

2.2 理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配

在任何附著系數(shù)的路面上，前后車輪同時(shí)抱死的條件是：前、后制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力，并且前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即：
(2.7)
(2.8)
(2.9)
將地面的法向反作用力的附著系數(shù)模型帶入到上式中，容易得到：

(2.10)
消除變量 ，得到：
(2.11)
這就是理想前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配模型[4][5]，用該模型做出的曲線稱為理想前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，也稱 曲線。給出汽車的基本結(jié)構(gòu)參數(shù) ，就可以得出汽車制動(dòng)時(shí)前、后制動(dòng)力理想分配的關(guān)系。

圖2.2 前后制動(dòng)管路壓力分配特性
如圖2.2示。理想制動(dòng)力分配曲線斜率是變化的，這是因?yàn)槠囋谥苿?dòng)過程中，作用于汽車重心上的向前慣性力試圖使汽車俯傾，因而造成前輪垂直載荷增大而后輪垂直載荷減小，即重心前移，而且可知隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，前輪的垂直載荷越大，后輪的垂直載荷越小。因此要滿足前后輪同步制動(dòng)的條件，汽車前后輪制動(dòng)力，也就是前后輪制動(dòng)管路壓力也應(yīng)隨其變化。

2.3 f線組和r線組

線組是后輪沒有抱死，在各種 值路面上前輪抱死時(shí)的前、后地面制動(dòng)力關(guān)系曲線。
當(dāng)前輪抱死時(shí)，
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