基于一款皮卡的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)計(jì)算分析

楊冰，常宏濤，張磊

（陜西徳仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

基于一款皮卡的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)計(jì)算分析

楊冰，常宏濤，張磊

（陜西徳仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車最重要系統(tǒng)之一，從汽車誕生時(shí)起，該系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色，特別是近年來，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。 汽車制動(dòng)系統(tǒng)整車布置的合理性一直是影響制動(dòng)效率及穩(wěn)定性的主要因素，這就需要在整車項(xiàng)目開發(fā)過程中對制動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)部件的選型及整車制動(dòng)管路的布置做到最優(yōu)化選配，確保制動(dòng)系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定，降低開發(fā)成本。

制動(dòng)器；附著系數(shù)；整車參數(shù)；制動(dòng)踏板

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-65-03

引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，汽車保有量呈逐年遞增狀態(tài)，道路的負(fù)載越來越重，為了確保出行安全，汽車行車制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)效率及穩(wěn)定性在整車研發(fā)中占有重要地位。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是為了使高速行駛的汽車能減速或停車而設(shè)計(jì)的。如果該系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將受到車禍的傷害，所以分析和研究汽車制動(dòng)系統(tǒng)具有極其重要的意義。本文借助G202項(xiàng)目平臺對行車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析，運(yùn)用汽車專業(yè)理論進(jìn)行參數(shù)選型及系統(tǒng)匹配。

1、制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算分析

1.1 主要參數(shù)的確認(rèn)

（1）依據(jù)GB7258-2012相關(guān)要求，根據(jù)整車參數(shù)初步計(jì)算出前后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配情況。

（2）繪制前后軸利用附著曲線。

（3）對制動(dòng)踏板力及行程的匹配計(jì)算分析。

（4）根據(jù)法規(guī)GB12676-1999要求對應(yīng)急制動(dòng)進(jìn)行分析。（5）對駐車制動(dòng)匹配計(jì)算分析。

1.2 整車計(jì)算參數(shù)輸入

注：計(jì)算時(shí)空載前軸荷加110kg(試驗(yàn)員及設(shè)備)。

1.3 整車前、后鼓式制動(dòng)器系統(tǒng)參數(shù)

后鼓直徑 φ320后輪缸直徑 φ30.16前制動(dòng)器單向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)蹄寬 85制動(dòng)效能因數(shù) 3.4包角 112°后鼓直徑 φ320后輪缸直徑 φ28.57后制動(dòng)器雙向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)蹄寬 85制動(dòng)效能因數(shù) 3.4包角 112°真空助力器 9+10主缸直徑 φ30.16總泵及踏板真空助行程（第一腔（包括空行程）+第二腔） 16+16踏板杠桿比 4.85制動(dòng)踏板總行程 155制動(dòng)鼓直徑 φ200手柄杠桿比 力4.1(行程4.84)中央制動(dòng)器制動(dòng)器杠桿比 3.23制動(dòng)效能因素（自增力式） 5

1.4 整車前、后鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力分配

理想的制動(dòng)力：

其中，G為整車滿載總質(zhì)量，g為重力加速度，取9.8m/s2，hg為滿載質(zhì)心高度，ψ為地面附著系數(shù)；a、b分別為質(zhì)心距前后軸距離，L為軸距可按下面公式計(jì)算：

b＝前軸荷/總質(zhì)量×軸距

a＝后軸荷/總質(zhì)量×軸距

前、后制動(dòng)器制動(dòng)力：

其中d1，d2為前、后輪分泵的內(nèi)徑，μ為前制動(dòng)盤摩擦系數(shù)， K1、K2為前、后制動(dòng)效能因數(shù)，D1、D2為前、后制動(dòng)鼓直徑，R為車輪滾動(dòng)半徑，Ps為液壓力。

1.5 前后軸利用附著曲線

利用附著系數(shù)如下圖所示。

法規(guī)要求：

（1）對于Φ值在0.2～0.8之間的各類車輛Z≥0.1十0.85（Φ-0.2）。

（2）對于下列車輛，車輛處于各種載荷狀態(tài)時(shí)，前軸的附著系數(shù)利用曲線應(yīng)位于后軸的附著系數(shù)利用曲線之上。

（3）制動(dòng)強(qiáng)度（Z）為0.15～0.30之間的N2類車輛。

對于制動(dòng)強(qiáng)度在0.15～0.30之間，若各車軸的附著系數(shù)利用曲線位于公式Φ=Z±0.08 確 定的與理想附著系數(shù)利用直線平行的兩條直線之間，則認(rèn)為滿足(2)條要求。

對于制動(dòng)因數(shù)Z≥0.3，若后軸附著系數(shù)利用曲線能滿足公式Z≥0.3+0.74（Φ-0.38），則認(rèn)為滿足(2)條要求。

從下圖中可看出，本車制動(dòng)系統(tǒng)空不滿足該法規(guī)要求。所以本車型采用ABS系統(tǒng)，前后軸制動(dòng)力分配會更加合理滿足該法規(guī)要求。

空載利用附著曲線：

滿載利用附著曲線：

1.6 制動(dòng)器摩擦片磨損特性

其中：ma為滿載汽車總質(zhì)量，v為18.1m/s，t為制動(dòng)時(shí)間，j為0.6g，A為前、后制動(dòng)摩擦片的面積（單片），β為制動(dòng)力分配系數(shù)。

1.7 制動(dòng)踏板力及行程的匹配計(jì)算

1.7.1 制動(dòng)踏板行程計(jì)算分析

緊急制動(dòng)單個(gè)前制動(dòng)器所需液量不大于2.3 ml（根據(jù)前制動(dòng)器輪缸φ30.16估計(jì)）單個(gè)后制動(dòng)器所需液量不大于2.05ml（根據(jù)后制動(dòng)器輪缸φ28.57估計(jì)）另估算制動(dòng)管路變形所需液量為2.76ml（制動(dòng)軟管長2000mm，按低膨脹軟管HL 1.38ml/m估算）因此所需總液量約為11.5ml踏板有效行程約為86mm，考慮到推桿處空行程按1.5mm，則最大工作行程94mm，約占總行程的0.6。

GB7258法規(guī)規(guī)定制動(dòng)踏板工作行程不大于總行程的3/4，制動(dòng)器總成為自調(diào)間隙的制動(dòng)踏板工作行程不大于總行程的4/5。

本車型制動(dòng)器為自調(diào)間隙，且所有計(jì)算值均考慮極限情況，所以制動(dòng)踏板行程滿足要求。

1.7.2 制動(dòng)踏板力的計(jì)算分析

根據(jù)法規(guī)要求制動(dòng)減速度為5.0m/s2時(shí)(z=0.51)不大于700N。

在0.51g制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)制動(dòng)主缸壓力為：

根據(jù)真空助力器特性曲線查得推桿力725N，按制動(dòng)踏板效率為0.9，踏板回位力15N，則踏板力約為187N。

真空助力器曲線如下：

1.8 應(yīng)急制動(dòng)分析

根據(jù)GB12676分析應(yīng)急制動(dòng)如下表：

1.9 駐車制動(dòng)匹配計(jì)算

1.9.1 駐車制動(dòng)計(jì)算

手操縱力：

駐車制動(dòng)力的驗(yàn)算：Ft＝KDF×i1×i2×i3×ηp/2R

其中：R為車輪滾動(dòng)半徑，F(xiàn)為法規(guī)規(guī)定駐車手制動(dòng)操縱力，取600N，i1為制動(dòng)手柄傳動(dòng)比(手握點(diǎn))，i2為后制動(dòng)器拉桿傳動(dòng)比，i3為后橋速比，ηp為整個(gè)系統(tǒng)效率，取0.47。

Ft =27929N

車輛停駐在20%的坡道上需要的制動(dòng)力為10571N，小于27929N滿足要求。 停駐在20%的坡道上手剎制動(dòng)力為216N。

駐車附著分析(20%坡道)：

如下表，車頭朝上或朝下均大于向下分析力：

車頭朝上（N） 車頭朝下（N） 向下分力（N）7947 6449 4872空載8121 6610 4882 8572 6967 5103 25053 21093 10571滿載26402 22434 10571 26891 22887 10571

1.9.2 駐車手柄行程計(jì)算

駐車?yán)瓧U臂行程按11mm(最大)，手剎行程效率應(yīng)大于47%，手柄杠桿比為4.84，駐車操縱機(jī)構(gòu)的工作行程約為103mm。手握點(diǎn)的最大行程為227mm。駐車機(jī)構(gòu)的工作行程占總行程的45%，滿足法規(guī)在2/3之內(nèi)的要求。

2、總結(jié)

本次設(shè)計(jì)是基于一款皮卡制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出工作可靠、制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)合理、安裝和維修方便的制動(dòng)系統(tǒng)零部件是本次設(shè)計(jì)的主要目的。這次設(shè)計(jì)過程中工作量比較大，難免有不少錯(cuò)誤和遺漏，希望各位同仁提出批評指正意見。

[1] 《汽車?yán)碚摗酚嘀旧骶?機(jī)械工業(yè)出版社 2009.

[2] 《汽車構(gòu)造》陳家瑞主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2009.

[3] 《汽車設(shè)計(jì)》王望予主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.

Analysis and calculation of design of brake system is developed based on a pickup

Yang Bing, Chang Hongtao, Zhang Lei

（Shaanxi Deshi Vehicle Componets（Group）Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

Brake system is the most important one of the vehicle system, born from the car, the system plays a crucial role in the safety of the vehicle, especially in recent years, with the progress of vehicle technology and vehicle speed higher, the importance is becoming more and more obvious. The rationality of the arrangement of the whole car automobile braking system has been the major factors influencing the brake efficiency and stability, which requires the vehicle projects in development in the process of selection and vehicle brake lines of each part of the braking system layout to optimize the matching, To ensure the stable and reliable braking system, reduce the cost of development.

Brake; The coefficient of adhesion; Vehicle parameters；Brake pedal

U463.5

A

1671-7988(2015)02-65-03

楊冰，就職于陜西徳仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。