某車型制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(后盤)

1、前 言因空載質(zhì)量由 1134+110Kg 調(diào)整為 1130+110Kg，滿載質(zhì)量由 1507Kg 調(diào)整為1505Kg，空載質(zhì)心高度由 567mm 調(diào)整為 570mm，滿載質(zhì)心高度由 576mm 調(diào)整為579mm，引起以下數(shù)據(jù)變化：調(diào)整前調(diào)整后空載同步附著系數(shù)0.63280.6356滿載同步附著系數(shù)0.97010.9828最大制動(dòng)踏板力（N）173.35174.79空載駐坡極限28.2%28.3%滿載駐坡極限33.4%33.6%20%坡道駐車操縱力（N）205.69205.4駐車制動(dòng)減速度（m/ s2）3.53363.5383目 錄1 概述 .12 引用標(biāo)準(zhǔn) .13 計(jì)算過程 .13.1 整車參

2、數(shù).13.2 理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線 .13.3 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)性能校核 .33.3.1 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)基本參數(shù) .33.3.2 制動(dòng)力分配曲線繪制及同步附著系數(shù)確定.43.3.3 前、后軸利用附著系數(shù)曲線繪制.53.3.4 空、滿載制動(dòng)距離校核.73.3.5 真空助力器失效時(shí)制動(dòng)減速度校核.73.3.6 ESP 系統(tǒng)失效制動(dòng)減速度校核 .83.3.7 任一管路失效制動(dòng)減速度校核.83.3.8 制動(dòng)踏板力校核.83.3.9 制動(dòng)主缸排量校核.93.3.10 制動(dòng)踏板行程校核.93.3.11 駐車制動(dòng)校核.104 結(jié)論 .12參 考 文 獻(xiàn) .1311 概述根據(jù) NA01 乘用

3、車設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)，設(shè)計(jì)和開發(fā) NA01 制動(dòng)系統(tǒng)，要求盡量沿用 M2零部件。NA01 制動(dòng)系統(tǒng)共有三種配置：ESP+前盤后盤式制動(dòng)器，ABS+前盤后鼓式制動(dòng)器，比例閥+前盤后鼓式制動(dòng)器，此三種配置需分別校核其法規(guī)要求符合性。本計(jì)算書是根據(jù)整車室提供的 NA01 整車的設(shè)計(jì)參數(shù)(空載質(zhì)量、滿載質(zhì)量、軸荷、軸距及質(zhì)心高度)，對(duì)經(jīng)過局部改善(制動(dòng)主缸直徑由 22.22mm 更改為 20.64mm)的制動(dòng)系統(tǒng)(ESP+前盤后盤式制動(dòng)器)的適宜性進(jìn)行校核計(jì)算，以選擇合適的參數(shù)作為 NA01制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值。2 引用標(biāo)準(zhǔn)GB 21670-2008 乘用車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。 GB 7258-2004

4、 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件3 計(jì)算過程3.1 整車參數(shù)表 整車參數(shù) 整車參數(shù)NA01M2滿載整車質(zhì)量(kg)15051449空載整車質(zhì)量(kg)1130+1101074+110前759754滿載軸荷(kg)后746695前724705空載軸荷(kg)后516479滿載質(zhì)心高度 hg (mm)579554空載質(zhì)心高度 hg (mm)570524軸距 L(mm)26002500輪胎滾動(dòng)半徑 re (mm)293284輪胎靜負(fù)荷半徑 rs (mm)277267質(zhì)心到前軸距離(mm)10821011.4空載質(zhì)心到后軸距離(mm)15181488.6質(zhì)心到前軸距離(mm)12891199.1滿載質(zhì)心到后軸

5、距離(mm)13111300.93.2 理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線制動(dòng)時(shí)前、后車輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用、制動(dòng)時(shí)汽車方向穩(wěn)定性均較為有利,此時(shí)的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力和的關(guān)系曲線，常稱為理想的前、后1F2F輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線。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、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即：2(1) gFmF21 (2) gghLhL1221FF經(jīng)計(jì)算得：(3)221LhmgLLmgFg(4)212LhmgLLmgFg式中：、前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力，N；1F2F路面附著系數(shù)；m整車質(zhì)量，kg；hg汽車質(zhì)心高度，；L

6、汽車軸距，；質(zhì)心至前軸中心線的距離，；1L質(zhì)心至后軸中心線的距離，。2L將 NA01 車基本參數(shù)帶入式(3)和(4)中，按值（=0.1、0.2、0.31.0）計(jì)算得到 NA01 車?yán)硐氲那?、后輪制?dòng)器制動(dòng)力(表 2)，并可以根據(jù)該表格繪制出理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(圖 1)。表 2 理想的空、滿載附著力及制動(dòng)強(qiáng)度空載附著力(N)滿載附著力(N)空載制動(dòng)強(qiáng)度滿載制動(dòng)強(qiáng)度附著系數(shù)前輪后輪前輪后輪前輪后輪前輪后輪0.1736.161479.039776.665698.2350.060580.0394210.052660.047340.21525.6904.7961619.021330.78

7、0.125540.0744570.109770.090230.32368.331277.272527.061897.640.194890.1051080.171340.128660.43264.331596.473500.82398.80.268630.1313750.237360.162640.54213.621862.384540.222834.280.346740.1532570.307830.192170.65216.192075.015645.343204.060.429250.1707540.382760.217240.76272.052234.356816.143508.160.

8、516130.1838670.462140.237860.87381.182340.428052.633746.570.60740.1925960.545980.254020.98543.592393.219354.823919.280.703060.1969390.634270.2657319759.292392.7110722.74026.310.80310.1968980.727010.272993I空I滿00.10.20.30.400.10.20.30.40.50.60.70.80.91zfzr圖 1 空、滿載 I 曲線3.3 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)性能校核NA01 制動(dòng)系統(tǒng)在 M2 的制

9、動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上也進(jìn)行了局部更改 (主缸直徑為20.64mm，采用后盤式制動(dòng)器)，且 NA01 的整車參數(shù)有一定的變化，所以需重新校核 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)的適宜性，制動(dòng)性能是否滿足相關(guān)國(guó)家、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。3.3.1 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)基本參數(shù)表 3 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)基本參數(shù)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)NA01M2分泵直徑（mm）5454有效制動(dòng)半徑（mm）104104效能因數(shù)0.760.76前制動(dòng)器參數(shù)單片摩擦片面積(cm2)4040分泵直徑（mm）34/有效制動(dòng)半徑（mm）100.4/效能因數(shù)0.76/后制動(dòng)器參數(shù)單片摩擦片面積（cm2）20/制動(dòng)踏板杠桿比3.43.4制動(dòng)踏板行程（mm）120120制動(dòng)踏

10、板參數(shù)制動(dòng)踏板機(jī)械效率0.90.9制動(dòng)主缸直徑（mm）20.6422.22制動(dòng)主缸行程（mm）18+1818+18尺寸規(guī)格（in）99真空助力器助力比55真空助力器及制動(dòng)主缸彈簧反力（N）262262主缸、真空助力器參數(shù)真空助力器最大助力點(diǎn)輸出力（N）2851.12851.1駐車制動(dòng)手柄杠桿比7.17.1駐車制動(dòng)拉桿杠桿比125.1駐車制動(dòng)參數(shù)駐車系統(tǒng)機(jī)械效率0.60.6制動(dòng)軟管膨脹率(ml/m)0.790.79前制動(dòng)軟管長(zhǎng)度(mm)384384制動(dòng)軟管參數(shù)后制動(dòng)軟管長(zhǎng)度(mm)352/43.3.2 制動(dòng)力分配曲線繪制及同步附著系數(shù)確定前、后制動(dòng)器制動(dòng)力計(jì)算式： (5)erRBFdpF2112

11、111 (6)erRBFdpF2222222 (7)211FFF式中：制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)、前、后制動(dòng)器制動(dòng)力，N；1F2F、前、后制動(dòng)器分泵直徑，mm；1d2d、前、后制動(dòng)器有效半徑，mm；1R2R、前、后制動(dòng)器效能因數(shù)；1BF2BF前、后輪滾動(dòng)半徑，mm；er、為前、后制動(dòng)管路液壓，MPa。1p2p將前后制動(dòng)器具體參數(shù)代入式（7） ，得=0.7232。根據(jù) 值繪制實(shí)際制動(dòng)力分配曲線(圖 2)。I空I滿00.10.20.30.400.10.20.30.40.50.60.70.80.91zfzr圖 2 空、滿載實(shí)際制動(dòng)力分配曲線根據(jù)式(3)、式(4)、式(5)、式(6)可以計(jì)算出不同 值(=0

12、.1、0.2、0.31.0)的前后制動(dòng)器管路壓力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制理想的空、滿載管路壓力(表 4)。5表 4 理想的空、滿載管路壓力空載管路壓力(MPa)滿載管路壓力(MPa)附著系數(shù)前輪后輪前輪后輪0.10.665781.083010.698561.546540.21.304681.983351.380282.884160.31.98672.771012.115174.082870.42.711853.4462.903225.142670.53.480114.008313.744436.063560.64.29154.457954.638816.845540.75.146014.794925

13、.586357.48860.86.043645.019226.587057.992750.96.984395.130847.640928.3579917.968265.129798.747958.58432由同步附著系數(shù)公式： (8)ghLL20 得實(shí)際滿載同步附著系數(shù)=0.9829，此時(shí)前、后輪同時(shí)抱死。01 得實(shí)際空載同步附著系數(shù)=0.6356，此時(shí)前、后輪同時(shí)抱死。02根據(jù)我國(guó)目前的道路情況，取=0.8 作為常用路面附著系數(shù)。實(shí)際空載同步附著系數(shù)=0.63560.6356 的路面02上將會(huì)出現(xiàn)后輪先抱死的情況，不滿足 GB21670-2008 相關(guān)要求。NA01 配備了 ESP系統(tǒng)(包含

14、 ABS 模塊)調(diào)節(jié)前后制動(dòng)器制動(dòng)力，當(dāng) ESP 系統(tǒng)中 ABS 模塊起作用時(shí)，后輪趨近于抱死但不會(huì)出現(xiàn)抱死狀態(tài)，所以不會(huì)出現(xiàn)后輪先抱死的情況，可以滿足GB21670-2008 中相關(guān)規(guī)定。實(shí)際滿載同步附著系數(shù)=0.98290.8，滿足 GB21670-2008 中相關(guān)規(guī)定。01因此 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是合適的。3.3.3 前、后軸利用附著系數(shù)曲線繪制(9)GzF1 (10)GzF)1 (2(11)(21gfzhLLGF (12)(12grzhLLGF經(jīng)整理得(13)gfzhLzL26(14)grzhLzL1)1 (式中：、利用附著系數(shù)；frz制動(dòng)強(qiáng)度；實(shí)際制動(dòng)力分配系數(shù)；L汽車軸距，

15、m；hg汽車質(zhì)心高度，；質(zhì)心至前軸中心線的距離，；1L質(zhì)心至后軸中心線的距離，。2L將各參數(shù)代入公式(13)、公式(14)，按不同 z 值(z=0.1、0.2、0.31.0)計(jì)算出前、后軸利用附著系數(shù)、(表 3)，并根據(jù)該表格繪制制動(dòng)強(qiáng)度-利用附著fr系數(shù)曲線(圖 3)。表 5 前、后軸利用附著系數(shù)Z空載f空載r滿載f滿載r0.10.119140.070430.136340.058950.20.230020.149140.261750.123730.30.333470.237670.377490.195260.40.43020.337990.484640.274660.50.520860.45

16、2630.584120.363290.60.6060.584870.676730.462870.70.686110.739110.763150.575550.80.761610.921350.843990.704120.90.83291.139950.919760.852161.00.900321.407030.990931.0244900.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91制動(dòng)強(qiáng)度Z附著系數(shù)空載前空載后滿載前滿載后ECE法規(guī)線=Z圖 3 利用附著系數(shù)曲線GB21670-2008 規(guī)定：車輛在所有載荷狀態(tài)下，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度

17、 z 處于 0.150.807之間時(shí)，后軸附著系數(shù)利用曲線不應(yīng)該位于前軸上方，從圖 3 可以看出，滿載時(shí)符合 GB21670-2008 要求；空載時(shí)，當(dāng) z0.6356(空載同步附著系數(shù))時(shí)，后軸附著系數(shù)利用曲線在前軸利用附著系數(shù)曲線上方，不滿足 GB21670-2008 的要求。后軸利用附著系數(shù)曲線在前軸利用附著系數(shù)曲線上方，其實(shí)就是后輪先于前輪抱死，而 NA01 配備了 ESP 系統(tǒng)(包含 ABS 模塊)調(diào)節(jié)前后制動(dòng)器制動(dòng)力，當(dāng) ESP 系統(tǒng)中 ABS 模塊起作用時(shí)，后輪趨近于抱死但不會(huì)出現(xiàn)抱死狀態(tài)，所以不會(huì)出現(xiàn)后輪先抱死的情況，可以滿足 GB21670-2008 中相關(guān)規(guī)定。GB2167

18、0-2008 規(guī)定：當(dāng)附著系數(shù)在 0.20.8 之間時(shí)，制動(dòng)強(qiáng)度(圖 3ECE 法規(guī)線)。從圖 3 可以看出，空滿載時(shí)均滿足要求。)2 . 0(7 . 01 . 0z所以，NA01 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是適宜的。3.3.4 空、滿載制動(dòng)距離校核GB 21670-2008 中規(guī)定：初速度 100km/h，整車最大制動(dòng)距離=70m，充分發(fā)出的平均減速度6.43m/s2。2max006. 01 . 0vvSmd配有 ESP 裝置的制動(dòng)系統(tǒng)，其充分發(fā)出的平均減速及制動(dòng)距離計(jì)算公式如下：j=g (15)(16)2/(2jvcvS式中：c制動(dòng)器起作用的時(shí)間，取 0.4(一般取值為 0.30.5)；制動(dòng)初速度，

19、 =100km/h(27.8m/s)。vv在良好的路面上(=0.8)，配有 ESP 的 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)所能達(dá)到的充分發(fā)出的平均減速度=0.8g=7.84m/s26.43m/s2，制動(dòng)距離 S=60m70m。制動(dòng)距離和充maxj分發(fā)出的平均減速度滿足法規(guī)要求。由表 4 可知，在=0.8 的路面上，當(dāng)充分發(fā)出的平均減速度達(dá)到 0.8g 時(shí)，前后輪趨近于抱死，此時(shí)最高管路壓力達(dá)到 7.927MPa(滿載)，而通常管路壓力最大值可達(dá)到 1012MPa，可以滿足要求。3.3.5 真空助力器失效時(shí)制動(dòng)減速度校核真空助力器失效時(shí)管路壓力:P=4( F-)/(DD) (17)11iiF式中： P管路壓力，

20、MPa；制動(dòng)踏板機(jī)械效率；1制動(dòng)踏板杠桿比；1iF制動(dòng)踏板力，500N；8D制動(dòng)主缸直徑，mm；真空助力器及制動(dòng)主缸彈簧反力，N。iF將各參數(shù)帶入公式(17)，得真空助力器失效時(shí)管路壓力 P=3.7897MPa。經(jīng)計(jì)算,前后軸制動(dòng)力：前軸制動(dòng)力=4596.21N；1F后軸制動(dòng)力=1759.02N。2F滿載制動(dòng)減速度：j=(+)/m=4.217m/s2，大于法規(guī) 2.44m/s2。1F2F3.3.6 ESP 系統(tǒng)失效制動(dòng)減速度校核由表 4 可知，在良好的路面上(=0.8)，ESP 系統(tǒng)完全失效時(shí)，空載后輪先抱死，抱死時(shí)管路壓力 P1=5.027MPa；滿載時(shí)前輪先抱死，抱死時(shí)管路壓力P2=6.6

21、25MPa。經(jīng)計(jì)算，空載時(shí)前后軸制動(dòng)力：前軸制動(dòng)力=6038.03N；1F后軸制動(dòng)力=2310.82N。2F空載制動(dòng)減速度：j=(+)/m=6.7113m/s2，大于法規(guī) 3.86m/s2。1F2F經(jīng)計(jì)算，滿載前后軸制動(dòng)力：前軸制動(dòng)力=8012.9N；1F后軸制動(dòng)力=3066.6N。2F滿載制動(dòng)減速度：j=(+)/m=7.352m/s2，大于法規(guī) 3.86m/s2。1F2F3.3.7 任一管路失效制動(dòng)減速度校核在良好的路面上(=0.8)，配有 ESP 的 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)，任一管路失效時(shí)所能達(dá)到的最大減速度=0.8g/2=3.92m/s2，大于法規(guī)要求 2.44 m/s2。maxj由表 4

22、可知，在=0.8 的路面上，當(dāng)充分發(fā)出的平均減速度達(dá)到 0.8g 時(shí)，前后輪趨近于抱死，此時(shí)最高管路壓力達(dá)到 7.993MPa(滿載)，而通常管路壓力最大值可達(dá)到 10MPa12MPa，可以滿足要求。3.3.8 制動(dòng)踏板力校核真空助力器最大助力點(diǎn)管路壓力：Pmax=4Fmax/(DD) (18)式中：Pmax真空助力器最大助力點(diǎn)管路壓力，MPa；Fmax真空助力器最大助力點(diǎn)輸出力，N。將各參數(shù)帶入式(18) 得 Pmax=8.5212MPa。 9由表 4 可知，在良好的路面上(=0.8)，配有 ESP 的 NA01 制動(dòng)系統(tǒng)，滿載時(shí)四輪趨近抱死時(shí)管路壓力為 P=7.993MPa，小于真空助力器

23、最大助力點(diǎn)管路壓力8.5212MPa。制動(dòng)踏板力為： (19)12124iiPDF 式中： 真空助力器助力比。2i具體參數(shù)帶入式(19)，得：F =174.79N500N。制動(dòng)踏板力滿足要求。3.3.9 制動(dòng)主缸排量校核NA01 制動(dòng)系統(tǒng)的管路為 X 型布置，分別計(jì)算左前右后輪、右前左后輪排液量和主缸行程。制動(dòng)時(shí)一個(gè)前分泵排量：1V(20)4/ )(21211dV式中：前分泵直徑，mm；1d前輪制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)盤間隙，取值 0.30mm；1分泵及摩擦片變形，取值 0.25mm。2制動(dòng)時(shí)一個(gè)后分泵排量2V (21)4/)(21222dV式中：后分泵直徑，mm；2d后輪制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)盤間隙，

24、取值 0.30mm；1分泵及摩擦片變形，取值 0.25mm。2將具體參數(shù)帶入式(20)、(21)得：=1.26ml；1V=0.5ml。2V前制動(dòng)軟管在壓力下的極限膨脹量：=0.79384/1000=0.303ml。1V后制動(dòng)軟管在壓力下的極限膨脹量：=0.79352/1000=0.278ml。1V前腔所需的排量：=2.341ml。2121VVVVVf后腔所需的排量：=2.341ml。2121VVVVVr前腔制動(dòng)時(shí)所需的制動(dòng)主缸單腔行程：=7mm18mm。)D/(42ffVl10后腔制動(dòng)時(shí)所需的制動(dòng)主缸單腔行程：=7mm18mm。)D/(42rrVl 制動(dòng)主缸排量滿足制動(dòng)系統(tǒng)排量要求。3.3.1

25、0 制動(dòng)踏板行程校核制動(dòng)主缸的有效工作行程：=7mm+7mm=14mm。mS制動(dòng)主缸推桿間隙和空行程：=1.75mm。m踏板工作行程：(22)(m1mPSiX 將各參數(shù)帶入式（22） ，得：3.4(14+1.75)=53.6mm 0.8120=96mm。PX主缸一腔失效后踏板最大行程：(23)）smpliX(1式中：失效腔的行程，最大行程 18mm；s未失效腔對(duì)應(yīng)的主缸工作行程。 l選擇失效行程和工作行程之和較大的一組數(shù)據(jù)，帶入式(23)，得：=3.4(7+1.75+18)=90.94mm0.8120=96mm。pXGB7258-2004 規(guī)定，具有間隙自調(diào)裝置的制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)踏板總行程不大于全行程的五分之四，制動(dòng)踏板行程符合標(biāo)準(zhǔn)要求。3.3.11 駐車制動(dòng)校核a) 極限駐車坡度計(jì)算汽車上、下坡駐車受力情況如圖 4、5