制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)計(jì)算（完整版）

1、制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)計(jì)算只有制動(dòng)性能良好、制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠的汽車(chē)才能充分發(fā)揮其動(dòng)力性能。 因此，在整車(chē)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè) 計(jì)中制動(dòng)系統(tǒng)的匹配計(jì)算尤為重要。一、概述根據(jù)AA車(chē)型整車(chē)開(kāi)發(fā)計(jì)劃， AA車(chē)型制動(dòng)系統(tǒng)在參考 BB轎車(chē)底盤(pán)制造平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行逆向開(kāi)發(fā)設(shè) 計(jì)，管路重新設(shè)計(jì)。本計(jì)算是以選配 C 發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)。AA車(chē)型的行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓制動(dòng)系統(tǒng)。前、后制動(dòng)器分別為前通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器和實(shí)心盤(pán)式制動(dòng)器，制動(dòng)踏板為吊掛式踏板，帶真空助力器，制動(dòng)管路為雙回路對(duì)角線（X型）布置，采用ABS駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)械式手動(dòng)后盤(pán)式制動(dòng)， 采用遠(yuǎn)距離棘輪拉索操縱機(jī)構(gòu)。 因AA車(chē)型與參考樣車(chē) BB的整車(chē)參數(shù)接近， 制動(dòng)系統(tǒng)采用了

2、 BB樣車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，因此，計(jì)算的目的在于校核前/后制動(dòng)力、最大制動(dòng)距離、制動(dòng)踏板力、 駐車(chē)制動(dòng)手柄力及駐坡極限傾角。設(shè)計(jì)要符合 GB 12676汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法； GB 13594機(jī)動(dòng)車(chē)和掛車(chē)防抱制動(dòng) 性能和試驗(yàn)方法和 GB 7258機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件的要求，其中的踏板力要求W 500N駐車(chē)制動(dòng) 停駐角度為20%（ 12齒），駐車(chē)制動(dòng)操縱手柄力W 400M二、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輸入條件整車(chē)基本參數(shù)見(jiàn)表 1，零部件主要參數(shù)見(jiàn)表2。MZZMIZZIIZZILI?空裁嚴(yán)最仙kg1 112kg1 517軸距（空載/満我）Lnm2 550/2 542空找質(zhì) * 山 fl IJJmm666

3、満擁質(zhì)心高論IO618空載就抽軸荷%kg671空城后抽軸荷盛kg171滿我詢輛軸閒%kg731満般H抽軸荷皿壯kg736空載前軸到質(zhì)心水平距離1 052空找后蝕到IS心水平距離mm1 198滿找?guī)捷S到質(zhì)心水平IE離mm1 233滿找心柚到質(zhì)心水平Hi離nun|B309乍輪滾動(dòng)半能ftIO廠 2駐 表1整車(chē)基本參數(shù)地面附著力；并且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力Fy 1、Fy 2分別等于各自的附著力，即:口KZH臨/后制動(dòng)as制動(dòng)半栓門(mén)/北mpu15/W7, 測(cè)娥前/后制動(dòng)藩耶擦片曝擦系數(shù)g0.38曹/后制動(dòng)器效腌因數(shù)BF/BF,-0. 76 0. 76豔考值制幼主虹亙衿1no巧呼 97設(shè)計(jì)值制功左掘總祈理

4、EF32設(shè)計(jì)值前/后 fttCHfft也/也m57； 31 9謙計(jì)射前拆制動(dòng)器輪缸行程5/ 5.roOh 5 0. 5貞空助力比i 妙卜值制創(chuàng)踮眥杠桿叱2.77n100讖計(jì)值駐車(chē)制動(dòng)乎柄杠桿比二 2設(shè)計(jì)值鴕乍制動(dòng)促動(dòng)皺置杠桿比10乩35設(shè)計(jì)的表2 零部件主要參數(shù)三、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算（法規(guī)校核）1、地面對(duì)前、后車(chē)輪的法向反作用力圖1制動(dòng)工況受力簡(jiǎn)圖由圖1，對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩得心5魯b( m ：汽車(chē)質(zhì)心至后軸中心線的軸距；du/dt ( m/s2):汽車(chē)減速度。式中：FZ1 ( N：地面對(duì)前輪的法向反作用力；G(N):汽車(chē)重力;水平距離；m( kg):汽車(chē)質(zhì)量；hg ( m :汽車(chē)質(zhì)心高度；L (

5、m)：對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得:式中：FZ2 ( N：地面對(duì)后輪的法向反作用力；a ( m)：汽車(chē)質(zhì)心至前軸中心線的距離。2、理想前后制動(dòng)力分配在附著系數(shù)為“的路面上，前、后車(chē)輪同步抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于汽車(chē)的巧 1 + Fp2 = g根據(jù)式（1）、（ 2）及（3），消去變量“，得:由（1）前軸：1 G丄丄 Gb- . -(4)(2)、( 3)及此時(shí) du/dt = z*g , z= =W 0，可得:后軸:由此可以建立由3、3曲線G7 =（b卡叫）0F牡2 - (o -二hj(pFu1和Fu2的關(guān)系曲線，即I曲線。(5)(6)公式（4）表明了理想的前后制動(dòng)力的關(guān)系，但是實(shí)際的

6、制動(dòng)力分配是一個(gè)線性關(guān)系。ABS的作用就是不停的調(diào)節(jié)實(shí)際的制動(dòng)力分配關(guān)系，使之盡可能接近理想曲線。制動(dòng)力分配系數(shù)：(7)由制動(dòng)器效能因數(shù)定義:(8BFf/一廠（9而由制動(dòng)器制動(dòng)力矩產(chǎn)生的制動(dòng)器制動(dòng)力等于制動(dòng)力矩與車(chē)輪滾動(dòng)半徑的比值，故r BFR(iip （ Mpa）:液壓系統(tǒng)中的壓力；d:輪缸活塞的直徑（mm）; BF：制動(dòng)器效能因數(shù)；r:制動(dòng)器的有效制動(dòng)半 徑；R（ mr）i ：車(chē)輪的滾動(dòng)半徑； Mm（mU :制動(dòng)器摩擦副間的制動(dòng)力矩； F0 （ N：制動(dòng)器輪缸的輸出力；Fb （N）:由制動(dòng)器制動(dòng)力矩產(chǎn)生的車(chē)輪周緣力，即制動(dòng)器制動(dòng)力。由公式（12）、（ 11）代入（7）得：BF +r9V L

7、Ml同步附著系數(shù)由以上公式可以計(jì)算得到LB-b0o =(13AA車(chē)型前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù):故同步附著系數(shù)：滿載時(shí)I線）和實(shí)際前后制動(dòng)力分配曲線（32 01 = 0.91 ;空載時(shí) 2 02= 0.6。根據(jù)以上計(jì)算，可繪出空滿載狀態(tài)理想前后制動(dòng)力分配曲線（ 線）（見(jiàn)圖2）。Pj= 0. 75I空煩滿載 皿釘曲紅& 000-1erQOO報(bào)000WOOWRaj- 丹丄 9* 1 !弋戰(zhàn)審事審審住少爭(zhēng)審憐 S 00、050 W Q前軸制動(dòng)力個(gè))前后制動(dòng)力分配曲線由上可知，實(shí)際滿載同步附著系數(shù) =0.91，而我國(guó)目前的道路路面狀況有較大改善，一般可達(dá)=0.8左右，在高速路上可達(dá) 1.0，因此2 =0

8、.91滿足一般設(shè)計(jì)的要求。在2 =0.91時(shí)前、后輪同時(shí)抱死，在此之前如無(wú)ABS系統(tǒng)作用總是前輪先抱死。由于本車(chē)采用ABS調(diào)節(jié)前后制動(dòng)器的制動(dòng)力，故在任意附著系數(shù)路面時(shí)，實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配是近似符合I曲線的，同時(shí)也減輕了ABS系統(tǒng)工作壓力。因此設(shè)計(jì)方案合理。4、前后軸利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線由公式：式中：2 f:前軸利用附著系數(shù)； 2 r:后軸利用附著系數(shù)；a (m)：前軸到質(zhì)心水平距；b (m)：后軸到質(zhì)心水平距；z :制動(dòng)強(qiáng)度?？勺鞒銮昂筝S利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖3）。Noe空刼荊勒-N00空載后艷刪著樂(lè)后粧 = lZ+0.07r/0.85$ =2 + 0.0

9、5g竝陽(yáng)st打Hil:y圖3利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線比較以上圖表，我們可以得出結(jié)論：空、滿載利用附著系數(shù)滿足GB12676標(biāo)準(zhǔn)要求，因此本車(chē)的制動(dòng)力分配滿足法規(guī)要求。四、管路壓力校核管路的極限壓力如不考慮ABS系統(tǒng)的作用應(yīng)該是在地面的附著系數(shù)達(dá)到同步附著系數(shù)時(shí)管路中的壓力。前后制動(dòng)器同時(shí)抱死時(shí)，根據(jù)前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力公式：乞比叫BFJR ( 15匸冬旳SFi空4 R式中：Fu1、Fu2 (N)：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力； pl、p2 (Pa):前、后輪缸液壓；di、d2 (m) 前、后輪缸直徑；n1、n2 :前、后制動(dòng)器單側(cè)油缸數(shù)目 (僅對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器而言)；BF1、BF2:前、后制 動(dòng)

10、器效能因數(shù)；ri、r2 (m ：前、后制動(dòng)器制動(dòng)半徑； r (m ：車(chē)輪滾動(dòng)半徑。由(15)可以推導(dǎo)出管路壓力公式:p 二 EFiR/dBF 兀 cFn) (16由此可得到p仁p2=6.86Mpa,液壓制動(dòng)系統(tǒng)管路的一般工作壓力小于10 Mpa，因此本系統(tǒng)管路壓力符合要求。五、制動(dòng)距離校核制動(dòng)距離公式為:V (km/h):制動(dòng)初速度；Jmax( m/s2):最大制動(dòng)減速度；i 2 、1 2 :制動(dòng)器的作用時(shí)間，0.20.9s.當(dāng) = 0.8 時(shí)，jmax = *g = 7.84 m/s2,當(dāng) V=80 km/h 由式(17)得 S= 42.6m50.7m ,符合 GB12676的規(guī)定。當(dāng) V=

11、50 km/h由式(17)得S= 19.3m20m,符合GB7258的規(guī)定。制動(dòng)距離滿足法規(guī)要求，設(shè)計(jì)方案合適。我1Mlm*試吐車(chē)崗貢報(bào)紙度粒匸補(bǔ)卅50GB12676對(duì)制動(dòng)距離的要求機(jī)動(dòng)車(chē)類型制動(dòng)初速度km/h滿載檢驗(yàn)制動(dòng) 距離要求m空載檢驗(yàn)制動(dòng) 距離要求m試驗(yàn)通道 寬度m三輪汽車(chē)20奪.0|2.5乘用車(chē)5020.019.0|2.5總質(zhì)量不大于 3500kg的低速貨車(chē)30電08.0|2.5其它總質(zhì)量不大于3500kg的汽車(chē)5022.021.0|2.5其它汽車(chē)、汽車(chē)列車(chē)3010.0電0|3.0兩輪摩托車(chē)307.01 邊三輪摩托車(chē)308.0|2.5正三輪摩托車(chē)307.5|2.3輕便摩托車(chē)204.0

12、輪式拖拉機(jī)運(yùn)輸機(jī)組206.5|6.03.0手扶變型運(yùn)輸機(jī)206.52.3GB7258對(duì)制動(dòng)距離的要求六、真空助力器主要技術(shù)參數(shù)校核本車(chē)由于平臺(tái)化的考慮采用BB原樣車(chē)真空助力器，其為單膜片式，膜片直徑為9，真空助力比為7.5。制動(dòng)主缸行程校核根據(jù) V=1/4 n d2 S，得：前輪缸工作容積 V1=2 550.47（立方毫米）；后輪缸工作容積 V2=9 02.13（立方毫米）；考慮軟管變形，主缸容積為:Vn= 1.1 X 2 ( V1+V2)= 7 595.71(立方毫米);主缸實(shí)際行程：S0= Vm (1/4 n d2m) =19.6(mm) 32mm,小于主缸總行程 32mm滿足設(shè)計(jì)要求。七

13、、制動(dòng)踏板行程和踏板力校核1、制動(dòng)踏板行程制動(dòng)踏板工作行程：S產(chǎn) i p ( S+ b o+ 02(佝ip :制動(dòng)踏板杠桿比，2.77 ； S 01：主缸推桿與活塞間隙，1.5mm S 02：主缸活塞空行程，1.5mmoSp=2.77X( 19.6+1.5+1.5 ) =62.6 ( mm 100X4 /5=80mm,滿足 GB7258的規(guī)定。729液壓行車(chē)制動(dòng)在達(dá)到規(guī)定的制動(dòng)效能時(shí)踏板行程不應(yīng)大于牆板全行程的四分之三；制動(dòng)器裝有自 動(dòng)調(diào)整間隙裝蚤的機(jī)動(dòng)車(chē)的臘板行程不應(yīng)大于臘板全ft程的五分之四且乘用車(chē)不應(yīng)大于12。nmi ,其它 機(jī)動(dòng)車(chē)不應(yīng)大于150 mm。GB7258對(duì)制動(dòng)踏板行程的要求2

14、、制動(dòng)踏板力校核分析整個(gè)制動(dòng)過(guò)程，在附著系數(shù)為2 ( 2 2 0)的路面上制動(dòng)時(shí)，前輪的壓力首先達(dá)到抱死拖滑狀態(tài)，當(dāng)管路中壓力繼續(xù)升高時(shí)，前輪制動(dòng)力不再隨管路中壓力的升高而增大，但后輪制動(dòng)力卻隨壓力的升高繼續(xù)增大，直到后輪也抱死拖滑。那么，后輪抱死拖滑時(shí)，管路中的壓力已經(jīng)足夠大，此時(shí)的踏板力即是整車(chē)在附著系數(shù)為 2 (2 20)的路面上制動(dòng)時(shí)所需要的最大踏板力。顯然，當(dāng)2 =20時(shí)，前后輪同時(shí)抱死，此時(shí)所需要的踏板力既是整車(chē)制動(dòng)的極限踏板力。我國(guó)的道路條件下，附著系數(shù)一般取0.8，故當(dāng)2 =0.8時(shí)，利用(16)計(jì)算出p=6.69MPa。圖4真空助力器和總泵特性曲線由圖4特性曲線中可以查得，F(xiàn)

15、入=562.7N（當(dāng)然也可以根據(jù)公式計(jì)算），考慮踏板的機(jī)械效率 n =0.8 ,踏板杠桿比ip=2.77，則踏板力FF= -入-=253. 9N5.8（法規(guī)限值），滿載狀態(tài)下，所需踏板力F V 500N,符合GB 12676的規(guī)定的制動(dòng)強(qiáng)度Z=5.8時(shí)制動(dòng)踏板力的要求，設(shè)計(jì)方案合適。八、一個(gè)回路失效制動(dòng)效能的驗(yàn)證由于本車(chē)型制動(dòng)管路采用雙回路X型布置，其最大優(yōu)點(diǎn)是任一回路失效時(shí)，仍能保持對(duì)角線兩個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器的工作。由于同軸左、右制動(dòng)器的對(duì)稱性，任一回路失效時(shí)，仍能剩余50%的制動(dòng)力，故當(dāng)?shù)孛娓街禂?shù)為0.8時(shí)，制動(dòng)減速度為 J=1/2 “ g=3.92m/s2，大于GB7258規(guī)定的應(yīng)急制動(dòng)效能

16、 2.9m/s2，及 GB12676中規(guī)定的剩余制動(dòng)效能 1.7m/s2，符合法規(guī)要求。九、駐車(chē)制動(dòng)校核1、極限傾角根據(jù)汽車(chē)后軸車(chē)輪附著力Ff與制動(dòng)力相等的條件，汽車(chē)在角度為0的坡路時(shí)上坡和下坡停駐時(shí)的制動(dòng)力Fzu、Fzd分別為：氏=Lfucos& +心 sin0) 耳=mgsiii0 ( 19) ：討(acgsO 一 兀 sin 0 /； 一 ugsm3 (20)可得汽車(chē)在上、下坡路上停駐時(shí)的坡度傾角、分別為：仇 arcraii- (21)L四arctan a iL +創(chuàng)(22)因此，滿載時(shí)汽車(chē)可能停駐的極限上、下坡傾角見(jiàn)表3。表3極限上、下坡傾角一般要求的駐坡能力為 20%約12,故此車(chē)駐車(chē)角度滿足要求。2、手柄力校核AA車(chē)型駐車(chē)制動(dòng)裝置為浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器，駐車(chē)制動(dòng)促動(dòng)