基于VRP技術(shù)的轎車制動效能測試仿真平臺研究

許文娟　趙海賓　王智

摘 要：隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)領(lǐng)域逐漸引入了計算機仿真技術(shù)。虛擬實驗技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到汽車設(shè)計與制造和汽車的性能檢測中，并在高校車輛工程專業(yè)實踐教學(xué)實踐教學(xué)中的應(yīng)用也成為一種趨勢。文章采用了3Dsmax軟件平臺建立了整車和轉(zhuǎn)鼓試驗臺模型，將模型導(dǎo)入到VR-platform平臺，設(shè)計了虛擬轎車制動效能測試仿真系統(tǒng)。目的在于當(dāng)進行轎車的制動效能測試時，可以在沒有實驗儀器和場地的情況下也完成轉(zhuǎn)鼓試驗臺轎車制動效能檢測。對于傳統(tǒng)的汽車性能測試實驗周期長、風(fēng)險大等缺陷得到了大大的改善。同時也可以為汽車科研單位和高校降低實驗成本。

關(guān)鍵詞：VR-platform；轉(zhuǎn)鼓試驗臺；制動效能；仿真

1 概述

在汽車研發(fā)過程中，制動效能是比較重要的環(huán)節(jié)。轎車的制動效能也是汽車安全行駛不可忽視的因素。傳統(tǒng)的制動效能測試方法以實車道路試驗為主，開發(fā)周期長、成本高，有時還具有危險性。[1]隨著虛擬實驗技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的轎車制動效能測試實驗設(shè)備陳舊、測試成本高，越來越不能滿足汽車研發(fā)環(huán)節(jié)、汽車性能檢測環(huán)節(jié)和高校實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的需求。[2]為了滿足現(xiàn)狀需求，課題采用了計算機仿真技術(shù)對轎車制動效能進行測試和評價，不僅使開發(fā)周期縮短，同時降低了研發(fā)成本。轎車制動效能測試仿真平臺可以完成對轎車制動效能的評價，通過虛擬試驗，利用計算機技術(shù)將轎車和轉(zhuǎn)鼓試驗臺結(jié)合起來，試驗仿真過程中，用戶可以隨時控制仿真過程，并可以通過模擬汽車在不同條件下的運行狀態(tài)，測試過程如圖1所示。該仿真實驗平臺可以使用戶對轎車制動效能進行詳細的分析，并且有助于汽車制造廠的設(shè)計者對汽車參數(shù)進行合理的調(diào)整。[3-4]

2 模型的建立

轉(zhuǎn)鼓試驗臺和轎車三維模型的建立采用3Dsmax軟件平臺，首先建立一個立方體作為滾筒試驗臺的平臺。基本平臺制作出來后，再在平臺上建立兩個可以安裝滾筒的凹槽，其中用到了“創(chuàng)建”“幾何體”中“復(fù)合對象”里的布爾運算。[5]轉(zhuǎn)鼓試驗臺主要參數(shù)見表1。

采用3Dsmax軟件平臺建立汽車模型。由于研究目的只是對汽車的制動效能進行測試，所以車輛的部分結(jié)構(gòu)在不影響功能的前提下可以略有簡化。整車模型由車身部分、底盤部分的傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)，行駛部分的懸架系統(tǒng)、車輪系統(tǒng)組成。整車模型的主要參數(shù)見表2。

建立完整的整車模型后將文件導(dǎo)入到轉(zhuǎn)鼓試驗臺模型文件，將兩者合并。[6]導(dǎo)入的轎車模型，選定四個車輪，運用工具欄中選擇并旋轉(zhuǎn)命令就可以使車輪轉(zhuǎn)過一定角度，每一幀是車輪轉(zhuǎn)過一定角度，然后選擇播放區(qū)間幀數(shù)，就可以按照用戶需求得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。動畫效果如圖2所示：

3 轉(zhuǎn)鼓試驗臺測試汽車制動效能實驗原理

轉(zhuǎn)鼓試驗臺的滾筒用來承載被測車輛，它相當(dāng)于路面，并對汽車車輪施加阻力。每套車輪制動效能測試單元由兩個直徑相同的主、從動滾筒組成。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。[7-8]

檢測時，汽車行駛的動能由飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量提供。起動電動機，滾筒的轉(zhuǎn)動帶動車輪轉(zhuǎn)動，使車輪達到國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定制動效能檢測的初速度。然后以一定的踏板力踩下制動踏板，汽車處于制動過程，滾筒和飛輪由于存在慣性，將繼續(xù)轉(zhuǎn)動。此時滾筒轉(zhuǎn)動的圈數(shù)和滾筒周長之積即為汽車的制動距離。[9]滾筒轉(zhuǎn)動的圈數(shù)通過傳感器采集并輸出電信號。制動初速度和制動減速度可由測速傳感器轉(zhuǎn)變成脈沖信號后輸出顯示。

4 轉(zhuǎn)鼓試驗臺制動效能測試仿真設(shè)計

仿真實驗平臺的設(shè)計采用VR-platform。首先建立該仿真實驗平臺的主界面，在文件下新建“項目”，選擇文件類型為C#，新建“windows新建窗體程序”，然后為所設(shè)計仿真試驗平臺創(chuàng)建標(biāo)題“l(fā)abel”。在該界面添加按鈕“button”用來控制測試進度。

窗體編輯完成后，進行“調(diào)試”，無誤后即得到可獨立執(zhí)行的exe文件，即所設(shè)計仿真實驗平臺。打開軟件即進入汽車制動效能仿真實驗平臺界面。主界面如圖3所示。

用戶通過點擊任一按鈕即可進入相應(yīng)窗口，深入掌握轉(zhuǎn)鼓試驗臺的測試原理和方法。然后點擊“進入實驗”按鈕，就會進入制動效能測試實驗操作界面，如圖4所示。[10]界面設(shè)計了五個按鈕，分別用于制動過程中參數(shù)的設(shè)定、汽車行駛狀態(tài)顯示和數(shù)據(jù)結(jié)果分析處理。

5 測試結(jié)果分析研究

首先需要輸入待測車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后按照實驗方法與過程的說明依次點擊“起動”、“加速”、“制動”按鈕，程序執(zhí)行相應(yīng)命令，汽車和轉(zhuǎn)鼓試驗臺就會執(zhí)行相應(yīng)的動作。測試結(jié)束后點擊“數(shù)據(jù)結(jié)果處理”按鈕，得到被測轎車的制動效能測試結(jié)果。測試結(jié)果以曲線圖的形式顯示給用戶。測試結(jié)果如圖5～7所示。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2012《機動車運行安全技術(shù)條件》規(guī)定，汽車進行制動效能測試時，要求初速度為30km/h的制動距離≤9m，充分發(fā)出的平均制動減速度≥5.4m/s2。由圖可知，轎車的制動距離是7.11m，平均制動減速度為6.98m/s2，均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求。

6 結(jié)束語

轎車制動效能測試仿真平臺，可以完成轎車制動效能的測試，為用戶提供數(shù)據(jù)依據(jù)，從而評價轎車的制動效能。對于轎車性能測試領(lǐng)域是一種全新的研究方法。虛擬測試仿真平臺能達到接近真實的實驗效果，采用VR-platform開發(fā)的虛擬測試仿真平臺可以在WindowsXP和Windows2000環(huán)境下運行。用戶可以實現(xiàn)隨時改變轎車參數(shù)、仿真數(shù)據(jù)和行駛工況等，隨時控制檢測時的全過程。虛擬測試仿真平臺不僅可以提高高校實踐教學(xué)的教學(xué)效果，還可以縮短汽車研發(fā)周期。在實驗器材落后、實驗場地受限的情況下也可以完成對轎車制動效能的測試，具有理論研究和實際應(yīng)用的雙重意義。

參考文獻

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