制动系统匹配设计计算

制动系统匹配设计计算根据AA车型整车开发计划，AA车型制动系统在参考BB轿车底盘制造平台的基础上进行逆向开发设计，管路重新设计。本计算是以选配C发动机为基础。AA车型的行车制动系统采用液压制动系统。前、后制动器分别为前通风盘式制动器和实心盘式制动器，制动踏板为吊挂式踏板，带真空助力器，制动管路为双回路对角线X型）布置，采用ABS。驻车制动系统为机械式手动后盘式制动，采用远距离棘轮拉索操纵机构。因AA车型与参考样车BB的整车参数接近，制动系统采用了BB样车制动系统，因此，计算的目的在于校核前/后制动力、最大制动距离、制动踏板力、驻车制动手柄力及驻坡极限倾角。设计要符合GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》；GB13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》和GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》的要求，其中的踏板力要求W500N，驻车制动停驻角度为20%（12）,驻车制动操纵手柄力W400N。制动系统设计的输入条件整车基本参数见表1,零部件主要参数见表2。IMi空或质量叫k«1142满较质搔加.kg1517轴距（空战/满教）Lnun25502542空裁质心高%mm666满毅质心高/mm648_空段前轴轴荷吗」kg「671一空战后轴轴荷撰02kg171浦我前轴轴荷如a kg781满段后轴轴荷加之'kg736空载前轴到皮心水平即离mm1052空我后轴到质心水平距离工打mm1498满载前轴到放心水平距离"H-nun1233满陵后轴到质心水平睡离nun1309车轮濠动半径Rnun296表1整车基本参数

【,；■前/后制动罂制动半役 _0Goizn1L2.3-107.73渊JM前/后制动器摩擦片摩擦系数f/A—。,38参考他前/后制动端效能因数BF/卑一江76/0.76参考值制动主缸宜径<4nunwwn11设计他制动生缸总行程63刖32设计值前/后轮缸直径d/4廊57;33.9设计值前/一后。动罂轮缸行程万//则鎏考值真空助力比lr~1.0设计他制动踏板杠杆比2.77设计值制动踏板全行程%IO100设计值驻军制动F柄杠杆比儿7.2设计值肚什制动配功装置杠杆比h5.35没计他表2零部件主要参数制动系统设计计算.地面对前、后车轮的法向反作用力地面对前、后车轮的法向反作用力如图1所示。图1制动工况受力简图由图1，对后轮接地点取力矩得:F..L=Gb+7〃—忆

dt§式中：FZ1(N)：地面对前轮的法向反作用力；G(N)：汽车重力；b(m)：汽车质心至后轴中心线的水平距离；m(kg)：汽车质量；hg(m)：汽车质心高度；L(m)：轴距；(m/s2)：汽车减速度。对前轮接地点取力矩，得：F„L=Ga-m—h

dt式中：FZ2(N)：地面对后轮的法向反作用力；a(m)：汽车质心至前轴中心线的距离。.理想前后制动力分配在附着系数为3的路面上，前、后车轮同步抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于汽车的地面附着力；并且前、后轮制动器制动力Fm1、Fm2分别等于各自的附着力，即:%+%=吗F«a=（PFZ1,根据式（1）、（2）及（3）,消去变量g得：由（1）、（2）、（3）及此时=zg,z=g=g0,可得:du瓦=z•g,Z二3二"o后轴:万G/7、Ful=彳（。一二%）（P由此可以建立由Fu1和Fu2的关系曲线，即I曲线。.理想£曲线为了沿用样车的部分制动系统零件，我们采用以下方案：前、后制动器沿用样车零件（前后盘式制动器）；真空助力器带制动泵总成采用BB样车零件；制动踏板沿用BB样车零件。制动力分配系数:

由制动器效能因数定义:BF由制动器效能因数定义:BFMb- RFr而由制动器制动力矩产生的制动器制动力

pFq-BF

b~rF。P7tF。P7tC产4p（Mpa）：液压系统中的压力；d：轮缸活塞的直径（mm）；BF：制动器效能因数；r：制动器的有效制动半径；R（mm）：车轮的滚动半径；Mm（mu）：制动器摩擦副间的制动力矩；F0（N）：制动器轮缸的输出力；Fm（N）：由制动器制动力矩产生的车轮周缘力，即制动器制动力。由公式（11）、（12）代入（8）得：P()=P()=df2BFfr+d」B鸟r:同步附着系数_Lp-b二九由以上公式计算得到AA车型前后制动器制动力分配系数：同步附着系数：满载时甲01=0.91；空载时V02=0.6o根据以上计算，可绘出空满载状态理想前后制动力分配曲线（I线）和实际前后制动力分配曲线（0线）（见图2）。p(r0,75一।空裁满载今府砰曲线4EQ——35CO 3000-2300'50022300'500。学雷声¥¥章声岸相*七'也，WWQ前轴制动力（N）图2前后制动力分配曲线由上可知，实际满载同步附着系数=0.91,而我国目前的道路路面状况有较大改善，一般可达w=0.8左右，在高速路上可达1.0,因此w=0.91满足一般设计的要求。在旷0.91时前、后轮同时抱死，在此之前如无ABS系统作用总是前轮先抱死。由于本车采用ABS调节前后制动器的制动力，故在任意附着系数路面时，实际前、后制动器制动力分配是近似符合曲

线的，同时也减轻了ABS系统工作压力。因此设计方案合理。4.前后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线由公式：式中：W?：前轴利用附着系数；wr：后轴利用附着系数；a（m）：前轴到质心水平距；b（m）：后轴到质心水平距;z：制动强度。可作出前后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线（见图3）。图3利用附着系数与制动强度的关系曲线

比较以上图表，我们可以得出结论：空、满载利用附着系数满足GB12676-1999标准要求，因此本车的制动力分配满足法规要求。管路压力校核万d；管路的极限压力如不考虑ABS万d；h.BF士1 1R=2pzn2BF2=2pz式中：Fu1、Fu2（N）：前、后轮制动器制动力；pl、p2（Pa）：前、后轮缸液压；d1、d2（m）：前、后轮缸直径；n1、n2：前、后制动器单侧油缸数目（仅对于盘式制动器而言）;BF1、BF2：前、后制动器效能因数；r1、r2（m）：前、后制动器制动半径；R（m）：车轮滚动半径。由（11）可以推导出管路压力公式:p=2FmR/(rBFnd2np=2Fi{R/(rBF〃片n)由此可得到p1=p2=6.86Mpa，液压制动系统管路的一般工作压力小于10Mpa，因此本系统管路压力符合要求。制动距离校核制动距离公式为:1,八 /一S=——（r+二）嗯 3-622 25.92%招V(km/h)：制动初速度；Jmax(m/s2)：最大制动减速度；i'2、T2制动器的作用时间，0.2〜0.9s.取ff. 八.t+—=0.5s当w=0.8时，jmax=wg=7.84m/s2,当V=80km/h由式(13)得S=42.6m<50.7m,符合GB12676-1999的规定。当V=50km/h由式(13)得S=19.3m<20m,符合GB7258-2004的规定。制动距离满足法规要求，设计方案合适。真空助力器主要技术参数本车由于平台化的考虑采用BB原样车真空助力器，其为单膜片式，膜片直径为T,真空助力比为7.5。制动主缸行程校核根据V=1/4nd26,得：前轮缸工作容积V1=2550.47(立方毫米)；后轮缸工作容积V2=902.13(立方毫米)；考虑软管变形，主缸容积为：Vm=1.1x2(V1+V2)=7595.71(立方毫米)；主缸实际行程：S0=Vm(1/4nd2m)=19.6(mm)<32mm,小于主缸总行程32,满足设计要求。制动踏板行程和踏板力校核.制动踏板行程制动踏板工作行程：SR=i口 （S。十,0广602）ip：制动踏板杠杆比，2.77；301：主缸推杆与活塞间隙，1.5mm；302：主缸活塞空行程，1.5mm。Sp=2.77x（19.6+1.5+1,5）=62.6（mm）＜100x415=80mm，满足GB7258-2004的规定。.制动踏板力校核分析整个制动过程，在附着系数为V（WWW。）的路面上制动时，前轮的压力首先达到抱死拖滑状态，当管路中压力继续升高时，前轮制动力不再随管路中压力的升高而增大，但后轮制动力却随压力的升高继续增大，直到后轮也抱死拖滑。那么，后轮抱死拖滑时，管路中的压力已经足够大，此时的踏板力即是整车在附着系数为V（VW4V0）的路面上制动时所需要的最大踏板力。显然，当V=V。时，前后轮同时抱死，此时所需要的踏板力既是整车制动的极限踏板力。我国的道路条件下，附着系数一般取0.8，故当v=0.8时，利用（11）计算出p=6.69MPa>6.261MPa。护勖«W 140 E40 F纺图4真空助力器和总泵特性曲线由图4特性曲线中可以查得，F入=562.72考虑踏板的机械效率n=0.8,踏板杠杆比ip=2.77,则踏板力F.F=—八―=253.9NV500N口■%n此时制动强度z=7.84>5.8（法规限值），满载状态下，所需踏板力 F<500N,符合GB12676-1999的规定的制动强度Z=5.8时制动踏板力的要求，设计方案合适。一个回路失效制动效能的验证由于本车型制动管路采用双回路X型布置，其最大优点是任一回路失效时，仍能保持对角线两个车轮制动器的工作。由于同轴左、右制动器的对称性，任一回路失效时，仍能剩余50%的制动力，故当地面附着系数为0.8时，制动减速度为J=1/2wg=3.92m/s2,大于GB7258—2004规定的应急制动效能2.9m/s2,及GB12676中规定的剩余制动效能1.7m/s2,符合法规要求。驻车制动校核1.极限倾角根据汽车后轴车轮附着力Ff与制动力相等的条件，汽车在角度为。的坡路时上坡和下坡停驻时的制动力Fzu、Fzd分别为：叫=些£（口。0&曰+/sinff）丹―nigsin。=—^9cos。一4fin〃)=耳=mgsinff可得汽车在上、下坡路上停驻时的坡度倾角、分别为:(pa-aictan—~~—―-——L组.S1&?=arctan— " 口十因此，满载时汽车可能停驻的极限上、下坡倾角见表3。"V……（。）・・%J）l表3极限上、下坡倾角2.手柄力校核AA车型驻车制动装置为浮动钳盘式制动器，驻车制动促动机构在制动钳内，其杠杆比为5.35,驻车制动手柄杠杆比为7.2,驻车制动操纵