乘用车制动系统开发-20140613

1、Braking System Development制动系统开发制动系统开发 液压制动系统简介液压制动系统简介 制动系统开发理论计算制动系统开发理论计算 子系统的开发子系统的开发 制动系统零部件的开发制动系统零部件的开发 制动系统客观试验制动系统客观试验 制动系统主观评价制动系统主观评价Braking System Development制动系统开发制动系统开发1.1.液压制动系统简介液压制动系统简介 液压制动系统是将驾驶人员施加到制动踏板上液压制动系统是将驾驶人员施加到制动踏板上的力放大，并助力后反应到制动主缸，由制动主缸建的力放大，并助力后反应到制动主缸，由制动主缸建立起整个制动管路的压力

2、，压力将推动执行机构（制立起整个制动管路的压力，压力将推动执行机构（制动器）限制车轮的转动而实现制动。动器）限制车轮的转动而实现制动。Braking System Development制动系统开发制动系统开发ABh)()(BAhmaBAAmgFr)()(BAhmaBABmgFfmFba 假设制动时车轮完全抱死，整车制动力就等于假设制动时车轮完全抱死，整车制动力就等于地面附着力地面附着力mguFbFfuFbfFruFbrFbFbrFbf联立上式可以得出前后地面制动力与地面附着联立上式可以得出前后地面制动力与地面附着系数的关系如下系数的关系如下)()(BAuughgBmFbf)()(BAuugh

3、gAmFbr对同一车辆来说，上两式中，只有对同一车辆来说，上两式中，只有u为变量，为变量，取不同的取不同的u值便可得到不同值便可得到不同Fbf和和Fbr值。这便值。这便是理想制动力分配曲线。是理想制动力分配曲线。2.1 制动系统开发理论计算制动系统开发理论计算-基础制动基础制动Braking System Development制动系统开发制动系统开发满载理想制动力分配曲线满载理想制动力分配曲线空载理想制动力分配曲线空载理想制动力分配曲线FfFr)()(BAuughgBmFbf)()(BAuughgAmFbr空满载理想制动力分配曲空满载理想制动力分配曲线差异线差异 最理想状况，空满载理想制动最

4、理想状况，空满载理想制动力曲线完全重合。这样空满载同步力曲线完全重合。这样空满载同步附着系数都可以取到最常用附着系附着系数都可以取到最常用附着系数点，要做到空满载重合，这里需数点，要做到空满载重合，这里需要做到要做到1.空满载前后轴荷比例相同（即质空满载前后轴荷比例相同（即质心在整车心在整车X 方向位置不变）方向位置不变）2.空满载车辆质心高度相同。空满载车辆质心高度相同。有乘用车车能做到这两点吗？有乘用车车能做到这两点吗？No但还是要尽力去做到两条线接近。但还是要尽力去做到两条线接近。 方程式赛车勉强可以，且方程方程式赛车勉强可以，且方程式赛车使用在单一附着系数路面工式赛车使用在单一附着系数

5、路面工作，所以方程式赛车不必匹配作，所以方程式赛车不必匹配ABS 系统。系统。Braking System Development制动系统开发制动系统开发实际制动力分配曲线（制动器制动力）实际制动力分配曲线（制动器制动力）RuAptpFbfffffRe)(4RuAptpFbrrrrrRe)(4Fbf :Fbf :前轮制动器制动力前轮制动器制动力Fbr : Fbr : 后轮制动器制动力后轮制动器制动力p: p: 制动管路压力，抱死压力控制在制动管路压力，抱死压力控制在12Mpa12Mpa以下以下, ,PtfPtr : PtfPtr : 前后卡钳启动压力（选定初始卡钳之后，此参数可询问供应商或假设

6、一个初始值（前后卡钳启动压力（选定初始卡钳之后，此参数可询问供应商或假设一个初始值（0.5bar0.5bar左右左右）AfAr : AfAr : 前后卡钳活塞面积（卡钳为系列化产品，只需参考前后卡钳活塞面积（卡钳为系列化产品，只需参考Benchmark Benchmark 及轮辋的尺寸来选定一个初始尺寸及轮辋的尺寸来选定一个初始尺寸（5151、5454、57.)57.)UfUr : UfUr : 前后卡钳摩擦块摩擦系数（前后卡钳摩擦块摩擦系数（0.32-0.40.32-0.4）RefRer: RefRer: 前后卡钳制动有效半径（根据轮辋及卡钳尺寸，并参考前后卡钳制动有效半径（根据轮辋及卡钳尺

7、寸，并参考Benchmark,Benchmark,并考虑三化原则设定或选定一并考虑三化原则设定或选定一个初始值）个初始值）R : R : 车轮滚动半径，一般乘用车前后轮滚动半径都相同。车轮滚动半径，一般乘用车前后轮滚动半径都相同。在在 A、 u、 Re、 确定初始值之后，取液压确定初始值之后，取液压P（0-12Mpa)计算出对应的前后轮制动器制计算出对应的前后轮制动器制动力，并叠加到理想制动力曲线图中。动力，并叠加到理想制动力曲线图中。Braking System Development制动系统开发制动系统开发空载同步附着系数空载同步附着系数满载同步附着系数满载同步附着系数FfFf满载理想制动

8、力分配曲线满载理想制动力分配曲线U=1.0A . 要保证要保证12Mpa时的制动器制时的制动器制动力大于至少动力大于至少1.0的地面附着力，的地面附着力，如果不满足，可同时增大如果不满足，可同时增大1.前后前后轮缸轮缸2.摩擦系数摩擦系数 3. 有效半径（优有效半径（优先排序）先排序）B . 在满足在满足A 的前提下，不断的调节前的前提下，不断的调节前后后1.轮缸直径轮缸直径,2有效半径有效半径,3摩擦系数摩擦系数（尽量取中值）来调节实际曲线斜率，（尽量取中值）来调节实际曲线斜率，终极目标是让空载同步附着系数落在（终极目标是让空载同步附着系数落在（0.4-0.6）满载落在（）满载落在（0.7-

9、0.9) 可分可分别取中值别取中值0.5 0.8Braking System Development制动系统开发制动系统开发实际制动力分配曲线实际制动力分配曲线R线组线组F线组线组理想制动力分配曲线理想制动力分配曲线 在附着系数等于在附着系数等于0.30.3的路的路面上制动，随着制动器制动面上制动，随着制动器制动力的增加，当实际制动力与力的增加，当实际制动力与0.30.3的的f f线相交后，前轮抱死，线相交后，前轮抱死，此后前后轮的地面制动力沿此后前后轮的地面制动力沿0.30.3的的f f线变化，前轮地面制线变化，前轮地面制动力略有增加（重量前移）。动力略有增加（重量前移）。后轮地面制动力按实

10、际制动后轮地面制动力按实际制动器制动力大幅增加，当器制动力大幅增加，当0.3f0.3f线与理想制动力相交，后轮线与理想制动力相交，后轮也抱死，制动器制动力再增也抱死，制动器制动力再增加已无意义。加已无意义。后轮制动器制动后轮制动器制动力亦地面制动力力亦地面制动力增量增量前轮制动器前轮制动器制动力增量制动力增量前轮地面制前轮地面制动力增量动力增量典型工况分析典型工况分析- -低附着路面低附着路面Braking System Development制动系统开发制动系统开发实际制动力分配曲线实际制动力分配曲线R线组线组F线组线组理想制动力分配曲线理想制动力分配曲线后轮制动器制后轮制动器制动力增量动力

11、增量后轮地面制动后轮地面制动力增量（负值力增量（负值） 在附着系数等于在附着系数等于0.90.9的的路面上制动，随着制动器制动路面上制动，随着制动器制动力的增加，超过同步附着系数力的增加，超过同步附着系数仍未有车轮抱死。当实际制动仍未有车轮抱死。当实际制动力与力与0.90.9的的r r线相交后，后轮抱线相交后，后轮抱死，此后前后轮的地面制动力死，此后前后轮的地面制动力沿沿0.90.9的的r r线变化，后轮地面制线变化，后轮地面制动力有所减小（重量前移）。动力有所减小（重量前移）。前轮地面制动力按实际制动器前轮地面制动力按实际制动器制动力大幅增加，当制动力大幅增加，当0.9r0.9r线与线与理想

12、制动力相交，前轮也抱死，理想制动力相交，前轮也抱死，制动器制动力再增加已无意义。制动器制动力再增加已无意义。前轮制动器制前轮制动器制动力亦地面制动力亦地面制动力增量动力增量典型工况分析典型工况分析- -高附着路面高附着路面Braking System Development制动系统开发制动系统开发基础制动匹配完成之后我们可以锁定如下参数基础制动匹配完成之后我们可以锁定如下参数 1. 前后制动钳缸径（系列化卡钳中选定）前后制动钳缸径（系列化卡钳中选定） 有了前后制动钳缸径，可进一步获得卡钳所需液量曲线（一般由供有了前后制动钳缸径，可进一步获得卡钳所需液量曲线（一般由供应商试验得出）应商试验得出）

13、 2. 前后制动有效半径前后制动有效半径 有效半径是制动盘设计的重要参数之一有效半径是制动盘设计的重要参数之一 3. 前后摩擦块摩擦系数前后摩擦块摩擦系数 摩擦块开发重要参数摩擦块开发重要参数 4. 管路压力与制动力或制动减速度关系曲线管路压力与制动力或制动减速度关系曲线压力压力减速度减速度Braking System Development制动系统开发制动系统开发2.2制动系统开发理论计算制动系统开发理论计算原则：车有异，人相同原则：车有异，人相同 世面车型千差万别，但对于同一区域的驾驶者却无不同，所以对踏板力，踏板行程这一要求，不世面车型千差万别，但对于同一区域的驾驶者却无不同，所以对踏板

14、力，踏板行程这一要求，不同车辆应有相同的要求。同车辆应有相同的要求。基础制动与制动主缸的联络基础制动与制动主缸的联络-卡钳与主缸卡钳与主缸 现已知卡钳缸径（或需液量）可选出主缸直径（因为主缸为直径现已知卡钳缸径（或需液量）可选出主缸直径（因为主缸为直径- -行程系列化产品行程系列化产品, ,行程一般为行程一般为18+1818+18）Braking System Development制动系统开发制动系统开发2. 2. 基础制动与制动主缸的联络基础制动与制动主缸的联络-轮缸压力与主缸推力轮缸压力与主缸推力 现已知了主缸直径、主缸行程；基础制动系统的压力现已知了主缸直径、主缸行程；基础制动系统的压

15、力- -减速度曲线，可以推导出主缸推力与制动减速度曲线，可以推导出主缸推力与制动减速度曲线。减速度曲线。轮缸压力轮缸压力减速度减速度主缸压力主缸压力轮缸压力轮缸压力主缸活塞推力主缸活塞推力主缸压力主缸压力轮缸压力轮缸压力= =主缸压力主缸压力轮缸推力轮缸推力= =主缸压力主缸压力X X活塞面积活塞面积3. 3. 制动主缸与人机控制联络制动主缸与人机控制联络-主缸行程与踏板行程主缸行程与踏板行程 目前已知了活塞总行程目前已知了活塞总行程+ +主缸空行程主缸空行程+ +助力器空行助力器空行程程= =助力器推杆行程助力器推杆行程 基于人机工程的要求，基于人机工程的要求，制动踏板的行程有要求制动踏板的

16、行程有要求（=130mm=130mm）A A 助力器推杆所需行程助力器推杆所需行程B B 制动踏板要求的行程制动踏板要求的行程踏板杠杆比踏板杠杆比Braking System Development制动系统开发制动系统开发踏板机构杠杆比的计算要点。踏板机构杠杆比的计算要点。4. 制动主缸与人机控制联络制动主缸与人机控制联络-帮助力帮助力在确定踏板杠杆比之后，踏板的在确定踏板杠杆比之后，踏板的输出力也已知。输出力也已知。A 踏板输出力踏板输出力B 主缸所需的推力主缸所需的推力帮助力（助力比）帮助力（助力比）Braking System Development制动系统开发制动系统开发4. 助力器的

17、选择助力器的选择 现已确定了助力比以及先前已确定的主缸行程，分析助力器的特性曲线，我们可以选择出合适的助力现已确定了助力比以及先前已确定的主缸行程，分析助力器的特性曲线，我们可以选择出合适的助力器器助力器推杆行程助力器推杆行程ABCD最大帮助力，取决于助最大帮助力，取决于助力器尺寸力器尺寸助力比，取决于反馈盘助力比，取决于反馈盘面积比面积比 对于同一个助力器，助力比和助对于同一个助力器，助力比和助力力行程是相互矛盾的，大助力比意味着行程是相互矛盾的，大助力比意味着短短的助力行程，的助力行程， 所以一般的原则是先确定助力比，所以一般的原则是先确定助力比， 再通过行程来决定助力器尺寸（不同再通过行

18、程来决定助力器尺寸（不同助助力器可以有相同的助力比，但最大帮力器可以有相同的助力比，但最大帮助助力不同）。力不同）。助助力力器器输输出出力力至此至此 系统性的匹配工作基本结束。系统性的匹配工作基本结束。Braking System Development制动系统开发制动系统开发系统匹配工作结束系统匹配工作结束 确定的参数确定的参数 1.前后卡钳缸径前后卡钳缸径 2.前后摩擦系数前后摩擦系数 3.前后有效半径前后有效半径 4. 制动主缸直径制动主缸直径 5. 踏板机构杠杆比踏板机构杠杆比 6.助力器助力比助力器助力比 7 .助力器尺寸。助力器尺寸。 带着这些参数接下来该选取合适的零部件或者重新开

19、发零部件，进入子系统布置阶段。带着这些参数接下来该选取合适的零部件或者重新开发零部件，进入子系统布置阶段。3.子系统的开发子系统的开发-基础制动系统基础制动系统3.1 前后制动钳的布置前后制动钳的布置 A 圆周方向布置圆周方向布置卡钳在轮辋内圆周布置上，最佳位置为时针卡钳在轮辋内圆周布置上，最佳位置为时针4 4：3030优点：优点： 1. 1.从力学角度分析，这样的布置制动时对轴从力学角度分析，这样的布置制动时对轴承的径向载荷最小。承的径向载荷最小。 2. 2.从卡钳冷却角度，这个布置对卡钳迎风也从卡钳冷却角度，这个布置对卡钳迎风也较好，且降低了质心。较好，且降低了质心。缺点：缺点： 1.1.

20、卡钳位置过低，车轮泥水更容易灌入。卡钳位置过低，车轮泥水更容易灌入。 2.2.对转向节臂的位置影响较大（转向节臂对转向节臂的位置影响较大（转向节臂前置前置或者顶置）或者顶置）Braking System Development制动系统开发制动系统开发地面制动力地面制动力Fx=FzXu正压力正压力Fz正压力正压力Fz与地面制动与地面制动力力Fx的合力的合力摩擦块对制动盘的摩摩擦块对制动盘的摩擦力擦力Fb=Fx X Re/RrFb平移到轮心处平移到轮心处只有将卡钳布置在只有将卡钳布置在4:30位置时位置时 摩擦块对摩擦块对制制动盘的作用力与合力方向共线反向，合力动盘的作用力与合力方向共线反向，合力

21、最小，轴承载荷最小。最小，轴承载荷最小。Braking System Development制动系统开发制动系统开发制动盘中制动盘中心尽量靠心尽量靠近轴承中近轴承中心心轴承中心轴承中心作用在制动盘上的切向力作用在制动盘上的切向力摩擦力力臂摩擦力力臂轴承附加弯矩轴承附加弯矩只有将制动盘中心与轴承中心重合，摩擦力力臂才能为只有将制动盘中心与轴承中心重合，摩擦力力臂才能为0，轴承才不会有附加弯矩。对轴承寿命有益轴承才不会有附加弯矩。对轴承寿命有益3 前后制动钳的布置前后制动钳的布置 B 轴向布置轴向布置Braking System Development制动系统开发制动系统开发3.2 踏板机构布置踏

22、板机构布置 A/B/C 踏板的平面布置有法规及人机要求，不在此次讨论范围，这里主要来讨论踏板机构踏板机构转点踏板的平面布置有法规及人机要求，不在此次讨论范围，这里主要来讨论踏板机构踏板机构转点，推点的设计。推点的设计。H 点点踏点踏点R 转点转点X(-20,20)Z(-20,20) P 推点推点X(-20,20)Z(-20,20) 由于设计人机由于设计人机H H点一般固定，所以与之对点一般固定，所以与之对应的踏点也是固定的。一个踏板机构中可动的应的踏点也是固定的。一个踏板机构中可动的将是转点将是转点R R ，和推点，和推点P P ，如何设置这两个或者，如何设置这两个或者其中一个点的位置对踏板机

23、构至关重要，他直其中一个点的位置对踏板机构至关重要，他直接决定踏板行程接决定踏板行程- -加速度加速度 以及踏板力以及踏板力- -减速度减速度两个关系，这里涉及到优化设计理论。两个关系，这里涉及到优化设计理论。 目前常用的方法是多因子单目标的优化方目前常用的方法是多因子单目标的优化方法。简单来说如左图所示，让转点及推点法。简单来说如左图所示，让转点及推点X Z 方向（整车坐标）在给定的范围内（各因子范方向（整车坐标）在给定的范围内（各因子范围可不同）步进变化，将踏点的行程作为输入围可不同）步进变化，将踏点的行程作为输入，将推杆末端的行程作为输出。设置一理想的，将推杆末端的行程作为输出。设置一理

24、想的踏点踏点-推杆输出点行程曲线伟伟目标。在整个因推杆输出点行程曲线伟伟目标。在整个因子变化过程中寻找出最接近目标曲线的一条实子变化过程中寻找出最接近目标曲线的一条实际曲线，并将该实际曲线所对应的点坐标作为际曲线，并将该实际曲线所对应的点坐标作为设计输入。设计输入。Hyper Works Hyper study 或者或者ADAMS insight 均可做为优化工具。均可做为优化工具。 Braking System Development制动系统开发制动系统开发3.3 制动控制模块布置制动控制模块布置 目前的制动控制模块主要是目前的制动控制模块主要是ABS 或者或者ESP(ESC)模块，模块的布

25、置位置并没有严格的要求。但应做到模块，模块的布置位置并没有严格的要求。但应做到 1. 靠近主缸靠近主缸 2. 液面低于储液罐液面（包括连接主缸液面低于储液罐液面（包括连接主缸-模块的制动管最高点）模块的制动管最高点） 3.远离热源远离热源 4. 防止淋雨（插接件插接口要防止积水）防止淋雨（插接件插接口要防止积水） 5. 尽量放置在纵梁等尽量放置在纵梁等NVH性能较稳定的部件之上性能较稳定的部件之上 6. 管路易于安装，本身易于拆装管路易于安装，本身易于拆装Braking System Development制动系统开发制动系统开发4.4.制动系统零部件的开发制动系统零部件的开发 在完成子系统零

26、部件的布置之后，就要开始各零部件的结构设计了。零部件结构设计需要关注材料、在完成子系统零部件的布置之后，就要开始各零部件的结构设计了。零部件结构设计需要关注材料、工艺、成本、强度、刚度、模态等等方面。工艺、成本、强度、刚度、模态等等方面。比如转向节的设计。比如转向节的设计。 在完成了卡钳、制动盘、轴承、轮辋等零部件的布置后，在完成了卡钳、制动盘、轴承、轮辋等零部件的布置后， 1 1）CAD CAD 软件设计出最大轮廓的转向节优化空间；软件设计出最大轮廓的转向节优化空间； 2 2）前处理，明确转向节用料，网格划分；材料赋予，设计空间非设计空间区分；载荷工况提取（）前处理，明确转向节用料，网格划分

27、；材料赋予，设计空间非设计空间区分；载荷工况提取（MBD)MBD)约束设置，优化目标设定；约束设置，优化目标设定； 3 3）提交解算，优化结果解析；）提交解算，优化结果解析； 4 4）模型重建，利用优化结果作为参考）模型重建，利用优化结果作为参考CAD CAD 软件重新设计出转向节模型软件重新设计出转向节模型 5 5）重建模型的验证，）重建模型的验证，CAE CAE 软件将重建的模型进行详细分析；软件将重建的模型进行详细分析；Braking System Development制动系统开发制动系统开发4.4.制动系统零部件的开发制动系统零部件的开发设计空间设计空间- -CAD CAD 软件软件

28、优化设计前优化设计前处理处理-CAE -CAE 软件软件优化设计优化设计-Hyper Works-Opstruct模型重建模型重建-CAD 软件软件模型验证模型验证-CAE 软件软件Braking System Development制动系统开发制动系统开发5 5制动系统客观试验制动系统客观试验GB T 18343-2001GB T 18343-2001汽车盘式制动器修理技术条件汽车盘式制动器修理技术条件QC T 556-1999QC T 556-1999汽车制动器温度测量和热电偶安装汽车制动器温度测量和热电偶安装 QC T 564-1999QC T 564-1999轿车制动器台架试验方法轿车

29、制动器台架试验方法 QC T 582-1999QC T 582-1999轿车制动器性能要求轿车制动器性能要求 QC T 592-1999QC T 592-1999轿车制动钳总成性能要求及台架试验方法轿车制动钳总成性能要求及台架试验方法Braking System Development制动系统开发制动系统开发6 6制动系统主观评价制动系统主观评价-直线制动评价直线制动评价踏板自由行程踏板自由行程初始咬合初始咬合线性度线性度-行程行程线性度线性度-踏板力踏板力最大制动力最大制动力Braking System Development制动系统开发制动系统开发Pedal Free Play 踏板自由行

30、程踏板自由行程操作方法：车速操作方法：车速60-80KPH 反复轻踩制动踏板，行程从反复轻踩制动踏板，行程从3mm左右开始，以每秒钟左右开始，以每秒钟1-2次的频率踩，每踩一次，行程稍作增加，次的频率踩，每踩一次，行程稍作增加，直到能感觉到减速度要建立（并无明显的减速度）直到能感觉到减速度要建立（并无明显的减速度） 评价内容：空行程长短，一般控制在评价内容：空行程长短，一般控制在5-10mm.影响因素：踏板机构间隙、助力器空行程、主缸空行程、卡钳摩影响因素：踏板机构间隙、助力器空行程、主缸空行程、卡钳摩擦块总成空行程。这一过程踏板力不应太大。擦块总成空行程。这一过程踏板力不应太大。Initial Bite 初始咬合初始咬合操作方法：车速操作方法：车速60-80KPH 反复轻踩制动踏板，以每秒钟反复轻踩制动踏板，以每秒钟1-2次的频率踩，每踩一次，行程稍作增加，直到能感觉到减速度建立次的频率踩，每踩一次，行程稍作增加，直到能感觉到减速度建立（0.1-0.15g）评价内容：初始减速的，一般控制在评价内容：初始减速的，一般控制在0.05-0.1g 较为舒适较为舒适影响因素：助力器跳跃值、摩擦块初始摩擦系数影响因素：助力器跳