許文娟　趙海賓　王智

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)領(lǐng)域逐漸引入了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)與制造和汽車的性能檢測(cè)中，并在高校車輛工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用也成為一種趨勢(shì)。文章采用了3Dsmax軟件平臺(tái)建立了整車和轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)模型，將模型導(dǎo)入到VR-platform平臺(tái)，設(shè)計(jì)了虛擬轎車制動(dòng)效能測(cè)試仿真系統(tǒng)。目的在于當(dāng)進(jìn)行轎車的制動(dòng)效能測(cè)試時(shí)，可以在沒有實(shí)驗(yàn)儀器和場(chǎng)地的情況下也完成轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)轎車制動(dòng)效能檢測(cè)。對(duì)于傳統(tǒng)的汽車性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大等缺陷得到了大大的改善。同時(shí)也可以為汽車科研單位和高校降低實(shí)驗(yàn)成本。

關(guān)鍵詞：VR-platform；轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)；制動(dòng)效能；仿真

1 概述

在汽車研發(fā)過程中，制動(dòng)效能是比較重要的環(huán)節(jié)。轎車的制動(dòng)效能也是汽車安全行駛不可忽視的因素。傳統(tǒng)的制動(dòng)效能測(cè)試方法以實(shí)車道路試驗(yàn)為主，開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，有時(shí)還具有危險(xiǎn)性。[1]隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的轎車制動(dòng)效能測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、測(cè)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(cè)環(huán)節(jié)和高校實(shí)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)轎車制動(dòng)效能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，不僅使開發(fā)周期縮短，同時(shí)降低了研發(fā)成本。轎車制動(dòng)效能測(cè)試仿真平臺(tái)可以完成對(duì)轎車制動(dòng)效能的評(píng)價(jià)，通過虛擬試驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將轎車和轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)結(jié)合起來，試驗(yàn)仿真過程中，用戶可以隨時(shí)控制仿真過程，并可以通過模擬汽車在不同條件下的運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)試過程如圖1所示。該仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以使用戶對(duì)轎車制動(dòng)效能進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且有助于汽車制造廠的設(shè)計(jì)者對(duì)汽車參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整。[3-4]

2 模型的建立

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)和轎車三維模型的建立采用3Dsmax軟件平臺(tái)，首先建立一個(gè)立方體作為滾筒試驗(yàn)臺(tái)的平臺(tái)?；酒脚_(tái)制作出來后，再在平臺(tái)上建立兩個(gè)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(duì)象”里的布爾運(yùn)算。[5]轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)見表1。

采用3Dsmax軟件平臺(tái)建立汽車模型。由于研究目的只是對(duì)汽車的制動(dòng)效能進(jìn)行測(cè)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(jiǎn)化。整車模型由車身部分、底盤部分的傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)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(yàn)臺(tái)模型文件，將兩者合并。[6]導(dǎo)入的轎車模型，選定四個(gè)車輪，運(yùn)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(dòng)畫效果如圖2所示：

3 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試汽車制動(dòng)效能實(shí)驗(yàn)原理

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的滾筒用來承載被測(cè)車輛，它相當(dāng)于路面，并對(duì)汽車車輪施加阻力。每套車輪制動(dòng)效能測(cè)試單元由兩個(gè)直徑相同的主、從動(dòng)滾筒組成。每個(gè)滾筒的兩端分別用滾動(dòng)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(cè)時(shí)，汽車行駛的動(dòng)能由飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量提供。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使車輪達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定制動(dòng)效能檢測(cè)的初速度。然后以一定的踏板力踩下制動(dòng)踏板，汽車處于制動(dòng)過程，滾筒和飛輪由于存在慣性，將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和滾筒周長(zhǎng)之積即為汽車的制動(dòng)距離。[9]滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)通過傳感器采集并輸出電信號(hào)。制動(dòng)初速度和制動(dòng)減速度可由測(cè)速傳感器轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)后輸出顯示。

4 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)效能測(cè)試仿真設(shè)計(jì)

仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)采用VR-platform。首先建立該仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主界面，在文件下新建“項(xiàng)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(jì)仿真試驗(yàn)平臺(tái)創(chuàng)建標(biāo)題“l(fā)abel”。在該界面添加按鈕“button”用來控制測(cè)試進(jìn)度。

窗體編輯完成后，進(jìn)行“調(diào)試”，無誤后即得到可獨(dú)立執(zhí)行的exe文件，即所設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。打開軟件即進(jìn)入汽車制動(dòng)效能仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面。主界面如圖3所示。

用戶通過點(diǎn)擊任一按鈕即可進(jìn)入相應(yīng)窗口，深入掌握轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試原理和方法。然后點(diǎn)擊“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)”按鈕，就會(huì)進(jìn)入制動(dòng)效能測(cè)試實(shí)驗(yàn)操作界面，如圖4所示。[10]界面設(shè)計(jì)了五個(gè)按鈕，分別用于制動(dòng)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(cè)試結(jié)果分析研究

首先需要輸入待測(cè)車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后按照實(shí)驗(yàn)方法與過程的說明依次點(diǎn)擊“起動(dòng)”、“加速”、“制動(dòng)”按鈕，程序執(zhí)行相應(yīng)命令，汽車和轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。測(cè)試結(jié)束后點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)結(jié)果處理”按鈕，得到被測(cè)轎車的制動(dòng)效能測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果以曲線圖的形式顯示給用戶。測(cè)試結(jié)果如圖5～7所示。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定，汽車進(jìn)行制動(dòng)效能測(cè)試時(shí)，要求初速度為30km/h的制動(dòng)距離≤9m，充分發(fā)出的平均制動(dòng)減速度≥5.4m/s2。由圖可知，轎車的制動(dòng)距離是7.11m，平均制動(dòng)減速度為6.98m/s2，均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求。

6 結(jié)束語

轎車制動(dòng)效能測(cè)試仿真平臺(tái)，可以完成轎車制動(dòng)效能的測(cè)試，為用戶提供數(shù)據(jù)依據(jù)，從而評(píng)價(jià)轎車的制動(dòng)效能。對(duì)于轎車性能測(cè)試領(lǐng)域是一種全新的研究方法。虛擬測(cè)試仿真平臺(tái)能達(dá)到接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)效果，采用VR-platform開發(fā)的虛擬測(cè)試仿真平臺(tái)可以在WindowsXP和Windows2000環(huán)境下運(yùn)行。用戶可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)改變轎車參數(shù)、仿真數(shù)據(jù)和行駛工況等，隨時(shí)控制檢測(cè)時(shí)的全過程。虛擬測(cè)試仿真平臺(tái)不僅可以提高高校實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)效果，還可以縮短汽車研發(fā)周期。在實(shí)驗(yàn)器材落后、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地受限的情況下也可以完成對(duì)轎車制動(dòng)效能的測(cè)試，具有理論研究和實(shí)際應(yīng)用的雙重意義。

參考文獻(xiàn)

[1]白云川，王龍，安相壁，等.基于LabVIEW的反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)仿真研究[J].中國(guó)測(cè)試，2014，40（30）：113-116.

[2]李方正，劉春英.基于VR-Platform的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用[J].科技信息，2012（9）：186-187.

[3]袁偉光，阮觀強(qiáng)，潘慶慶.基于滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的汽車制動(dòng)試驗(yàn)仿真[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，14（2）：91-94.

[4]徐曉美，萬亦強(qiáng).汽車試驗(yàn)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013，7：59-64.

[5]熊曉紅.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械類網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2016：135-138.

[6]張慶洪，張桂香.汽車性能虛擬測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2013（27）11：1047-1052.

[7]周志國(guó)，曾祥軍.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車拆裝實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011（10）：47-50.

[8]李未，滕菲，李慶華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車構(gòu)造實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2016 （26）6：89-93.

[9]E Velasco，S Valero.Comparative Analysis of Brake Data of Vehicles on Two Different Ministry of Transport Brake Roller Testers[J].Journal of Testing & Evaluation，201240（4）：597-602.

[10]曹靜靜.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的汽車碰撞仿真研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2013.