汽车液压制动系统优化设计平台开发*

王 斌过学迅张 巍叶 鹏张 杰

（1.武汉理工大学；2.华中科技大学）

相比 Matlab （GUI），Visual C++是一款更专业的开发软件。Matlab编程简单，但程序只能在安装有Matlab的PC上才能运行；Visual C++不仅运行效率高、移植性好，与其他大型软件的接口也更稳定。本文结合企业实际项目，用Visual 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。

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[2]。基于该规划，具体给出系统的功能定义如图1所示。

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、ECE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CAD/CAE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CATIA、ADAMS等软件的接口，以辅助用户进一步设计。

f.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Visual C++提供的Tab控件，将制动系统的20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。

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800输入为8OO（O 为大写字母）时，软件会自动删除“OO”，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CATIA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Visual C++调用CATIA

主要是利用ShellExecute（ ）函数来调用CATIA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目录下。在后续使用时，即可很流畅的进入CATIA，不需要再查找路径。

函数代码为 ：ShellExecute （NULL， NULL，m_File，NULL，cBuffer， SW_SHOWNORMAL）

b.通过CAA对CATIA_V5 R19做二次开发[4]

使用Visual Studio 2005开发制动器零件建模模块（Workbench），并在该模块下制定出CATIA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。

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

表2 制动器参数（盘式）

表3 制动驱动机构部分参数

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，F曲线表示后轮未抱死时在各种φ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R曲线表示前轮未抱死时在各种φ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0.44，较小，若用户选择的路面附着系数φ大于0.44，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0.97之前，实际的制动力分配系数在I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。

根据ECE法规要求来分析整车的制动性能，软件将ECE法规要求 （φ=0.2～0.8时制动强度Z≥0.1+0.85（φ-0.2））写入图7。由图7可知，在绝大多数路面上，该车满足φf＞φr，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φ=0.2～0.8时前、后轴利用附着系数也都满足ECE法规要求的Z≥0.1+0.85（φ-0.2）。综上可知，该车满足制动稳定性要求。

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—制动减速度—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[5，6]。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[6]，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200 N时，前、后轴依次抱死，达到最短制动距离。

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CATIA的接口，用户单击即可进入CATIA。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10），用户可以根据图11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12为用户填写新数据产生的制动盘模型。

4 结束语

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20余项内容，全面分析整车制动性能，并通过ACCESS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，复杂的卡钳等还未实现参数化。

1 鲁道夫.汽车制动系统的分析与设计.北京：机械工业出版社，1985.

2 Bin Wang，Xuexun Guo.Development Platform for Vehicle’s Brake System Based on VC++.WCSE， 2010.

3 Eckerson Wayne.Inference object-oriented development tool debuts.Network World， Framingham， Feb 8，1993，Vol.10，Iss.6.

4 熊欣，马洪阁.CATIA V5将知识工程应用于汽车零部件开发.CAD/CAM与制造业信息化，2004（2）.

5 杨维和.汽车真空助力器的工作原理和性能计算.汽车技术，1991（10）.

6 方泳龙.汽车制动理论与设计.北京：国防工业出版社，2005.