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1、五、制动系统的设计1.前言1.1适用范围1.2引用标准1.3轿车制动规范对制动系统制动性的总体要求1.4制动系统的设计方法1.5整车参数1.6设计期望值2 行车制动系统的设计2.1制动器总成的设计2.2人力制动系和伺服制动系2.3踏板总成的设计2.4传感器设计2.5 ABS的设计3 应急制动及驻车制动的设计五、制动系统的设计1.前言1.1适用范围：本设计指南适用于在道路上行驶的汽车的制动系统1.2 引用标准GB 72581997 *项目CAC标准试验路面载重制动初速度制动时的稳定性制动距离或制动减速度踏板力1.3 轿车制动规范对制动系统制动性的总体要求汽车应设置足以使其减速、停车和驻车的制动系
2、统。设置对前、后轮分别操纵的行车制动装置。应具有行车制动系。汽车应具有应急制动功能和应具有驻车制动功能。 汽车行车制动、应急制动和驻车制动的各系统以某种方式相联，它们应保证当其中一个或两个系统的操纵机构的任何部件失效时(行车制动的操纵踏板、操纵连接杆件或制动阀的失效除外)仍具有应急制动功能。制动系应经久耐用，不能因振动或冲击而损坏。1.4 制动系统的设计方法1.4.1制动系统开发流程制动系统规格研究图面做成试验车辆各部位的决定优化试验确认试验项目计划书装配规格书设计构想书车辆重量目标值设定评价方法系统优化效果的确认系统优化方案具体化开发流程制动系统位置研究基本尺寸图 1.4.2制动系统方案的确
3、定 1.设计构想书2.车辆重量3.目标性能(制动力减速度制动距离)INPUT项目OUTPUT项目1.制动系统规格设定 性能预测 法规适合性2.系统的可行性 构造方案的确定 装配工艺性、维修性研究1.4.3制动系统方案确定的顺序目标设定刹车尺寸的确定手制动操纵系统尺寸的确定真空助力器的确定车辆重量、行驶性能制动力分配驻车制动能力车轮抱死时踏板力匹配摩擦片面积的确定确保一定的寿命1.5整车参数 1.5.1整车制动系统布置方案制动踏板机构空气伺服制动系统管路布置形式ABS控制器比例阀前 轮制动器后 轮制动器后 轮制动器前 轮制动器 1.5.1整车目标参数参数项目空载满载前轴负荷(kg)后轴负荷(kg
4、)总质量G(kg)重心高度hg(mm)轴距L(mm)车轮滚动半径(mm)最大车速(km/h)重心距前轴距离a(mm)重心距后轴距离b(mm)1.6设计期望值1.6.1制动能力 汽车制动时，地面作用于车轮的切线力称为地面制动力Fxb，它是使汽车制动而减速行驶的外力。在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩Mu所需的力称为制动器制动力Fu。 地面制动力是滑动摩擦约束反力，其最大值受附着力的限制。附着力F与Fxbmax的关系为FxbmaxFFz。Fz为地面垂直反作用力，为轮胎道路附着系数，其值受各种因素影响。若不考虑制动过程中值的变化，即设为一常值，则当制动踏板力或制动系压力上升到某一值，而地面制动力达最大值即
5、等于附着力时，车轮将抱死不动而拖滑。踏板力或制动系压力再增加，制动器制动力Fu由于制动器摩擦力矩的增长，仍按直线关系继续上升，但是地面制动力达到附着力的值后就不再增加了。制动过程中，这三种力的关系，如图1所示。 汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受轮胎。道路附着条件的限制。所以只有当汽车具有足够的制动器摩擦力矩，同时轮胎与道路又能提供高的附着力时，汽车才有足够的地面制动力而获得良好的制动性。图2是汽车在水平路面上制动时的受力情形 (忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩) 。此外，下面的分析中还忽略制动时车轮边滚边滑的过程，附着系数只取一个定值，惯性
6、阻力为： 图1： 制动过程中，地面制动力、制动器制动力及附着力的关系 图2 制动时的汽车受力图a.地面对汽车的法向反作用力：b.制动距离 图3.汽车的制动能力常用制动效能反映。制动效能是指汽车以一定初速迅速制动到停车的制动距离或制动过程中的制动减速度。制动过程中典型的减速度与时间关系曲线如图3所示。其中，ta为制动系反应时间，指制动时踏下制动踏板克服自由行程、制动器中蹄与鼓的间隙等所需时间。一般液压制动系的反应时间为0.0150.03s，气压制动系为0.050.06；tb为减速度增长时间，液压制动系为0.150.3s，气压制动系为0.30.8s。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系。制动距离是
7、指在一定制动初速度下，汽车从驾驶员踩着制动踏板开始到停住为止所驶过的距离。根据图1所示的典型制动过程，可求得制动距离S：Sv(ta+tb)+ ？ Mc.理想的制动力分配曲线在任何轮胎地面附着系数之下，汽车在水平路面制动时均能使双轴汽车前、后轮同时接近抱死状态的前、后制动器制动力分配曲线称之为理想制动器制动力分配曲线，通常称为I曲线。此时，前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力。Fu1Fu2hgFZ1FZ2图4图5 理想制动器制动力分配曲线与实际线性制动器制动力分配曲线（单位汽车重力） 1.6.2 制动踏板力与制动力的关系在制动踏板上加力F，在车轮刹车上就会产生如下的制动力制动盘活塞制动器主缸制
8、动主缸真空助力器 制动踏板图6 PB：活塞压强 SB：活塞端面面积 SM：制动主缸活塞端面面积 i ：真空助力器增益系数 ：制动踏板杠杆比（R/r） F：踏板输入力1.6.3驻车制动能力式中，Fx：为手制动器制动力kg； r：为轮胎滚动半径mm； R：制动盘/鼓有效半径 mm FH：为驾驶员施加的手力kg F0：无效操作力kg BF2：后鼓式制动器效能因数 ：传递效率70%左右 K0：动力系数I：手制动增益系数表示汽车在坡道角为的上坡路上停驻时的受力情况，由此可得出上坡停驻时的后轴附着力为：图7 汽车在上坡路上停驻时的受力情况汽车在下坡路上停驻时的后轴附着力为：汽车可能停驻的极限上坡路坡道角l
9、可根据后轴上的附着力与制动力相等的条件求得，即由 得到 同理可推导出汽车可能停驻的极限下坡路坡道角1.6.4可停驻最大坡度（附着系数为0.7时）空载满载上坡时下坡时2.行车制动系统的设计2.1制动器总成的设计2.1.1前转向节带盘式制动器总成 前转向节带盘式制动器总成主要有以下零部件组成：如图8所示。图8在下面一张图片当中可以看到，前转向节带盘式制动器总成既和转向机的横拉杆连接又和控制臂、前滑柱还有传动轴等连接。在总成当中转向节就相当于一个平台，平台上搭载了制动钳，轮毂、轴承、制动盘零部件，轴承安装在转向节的方式根据轴承不同而采取压装或是通过螺栓连接到转向节上，传动轴与轮毂通过花键联接,转向节
10、上图9端与滑柱通过螺栓连接，下端与控制臂的横拉杆通过球头销连接，控制臂与副车架连接，总成围绕控制臂与副车架的连接点为圆心上下移动，前端安装制动钳，后端与转向机横拉杆连接，转向时围绕球头销旋转。转向节一般多为铸造件，也有的转向节是锻造件，其中以锻造件为佳，但是锻造件的模具比较复杂，不易加工。我公司现有的产品当中B11和S11的转向节都是铸造件，A11、A15的转向节是锻件。铸造的转向节材料是球墨铸铁（QT450-10 GB1348），因为铸铁的韧性不是很好，所以要求铸件必须100进行球化率检测，应达到85以上，并且要求对铸件百分之百探伤，不得有气孔，缩松夹渣和硬点，不得有裂纹。同时因为转向节经常
11、在比较复杂的变载荷情况下工作所以对转向节的疲劳试验要做特别要求，这是B11前转向节的技术要求，具体如下：锻造件A11A15的材料是45钢或者是免调质钢，因为钢具有较好的刚度和强度，锻造转向节的性能大大优于铸造转向节。下面简单的介绍一下轴承的发展图10 2.1.1.1b)a）我们的产品当中，A11A15前轮轴承、S11前后轮轴承均为一代轴承，一代轴承在前转向节中需要采用压装，对轴承与转向节的过盈配合、压装力以及传动轴锁止螺母的预紧力均要求很严格，所以将来的趋势是逐渐淘汰一代轴承。图11c)二代轴承轴承外圈与轮毂集成，一般多用于非驱动轮。图12d)三代轴承轴承内圈、外圈、轮毂集成为一体，ABS传感器也可以根据需要集成，使装配模块化，简单化 。图13e)f）2）e）2）d）2）c）2）b）2）a）2）2.1.1.2a)2.1.1.3b)图142.1.1.4图14图15图14图15a)2.1.1.5图16b)图17 b)a)2.1.1.6图18现在轴承一般都很少重新开发，供应商根据主机厂所提供的以上参数从现有的产品当中挑出一款或是几款轴承来布置。图19这是轴承偏置距（轴承中心线和轮胎中心线的距离）与轴承寿命曲线图，由此图可见，轴承偏置距对轴承的影响是很大的。在简单介绍完轴承以后，在下面再简单的介绍一下制动钳。图20图21图22制动器的原理就是利用固定元
