专用汽车制动性能研究

1引 言随着道路条件的改善，汽车的行驶速度不断提高，对汽车制动性能的要求愈来愈严这就对设计人员提出了更高的设计预测要求和难度目前设计汽车制动系较多考虑的是制动系零部件的通用性以及维修保养的方便性，这就使整车制动性能难于一次就满足制动法规的要求通过建立整车及部件制动时的受力模型，选择合理的管路布置，采用被利用的附着系数法来优化计算，获得符合ECE/EEC要求的全面分析整车制动性能的指标并以DASYLAB软件为平台来构建虚拟仪器采集控制系统对整车制动系统进行了试验，结果表明各项指标完全达到了设计要求第一章 绪 论1.1 研究背景及意义汽车制动系统是车辆行驶安全的关键装置近年来，随着人类安全意识的提高,行车安全已是汽车发展的一个主要趋势之一为了保证行车安全，如今汽车制动系的作用愈显重要，也只有制动性能良好，制动工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能据有关部门数据显示，2009年，中国汽车保有量约占世界汽车保有量的百分之三，但交通事故死亡人数却占世界的百分之十六从二十世纪八十年代末中国交通事故年死亡人数首次超过五万人至今，中国(未包括港澳台地区)每年交通事故50万起，因交通事故死亡人数均超过10万人，已经连续十余年居世界第一。

而在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45％可见，提高制动系统的制动质量将有助于减少事故的发生,将大幅度地提高汽车的安全性1.2 国内外制动系统发展现状近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，制动系统越来越重要众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中不断努力目前关于汽车制动控制的研究包括制动控制的理论和方法,以及采用新的技术等汽车制动时让它停下来的力是地面制动力,它来源于制动器制动力,但受制于地面最大附着力如果地面制动力超过最大附着力，汽车将发生抱死现象，且这时地面附着系数较小，汽车将滑行很长距离才停止，即制动距离过长为解决这一问题，现在汽车上普遍装2有ABS，它将滑移率控制在15%-30%之间，防止汽车抱死，并且附着系数最大，制动距离缩短但ABS仍有缺陷，制动系统并未完善，交通事故依然不断，为此世界各国在制动控制和制动技术上进行着不懈地的研究1.2.1 国外发展现状德国的博世公司几十年来一直致力于制动系统的研究，1978年的时候，它推出了全球首个ABS，1986年博世推出全球首个TCS，而 1995年推出的ESP系统，则使得德国及其他国家的交通事故不断下降，80%的侧滑得到了避免，现在在汽车的使用率已达到40%以上。

2008年博世又推出了辅助制动系统在紧急情况下当驾驶者想要尽快停车，他通常会快速踩刹车，但往往由于力度不够而浪费了宝贵的制动距离，而制动辅助系统可以在这种情况下提供最大制动力另外，在当前宝马7系中配备的博世ESP(r)至尊版是全球第一个带有FlexRay界面的制动控制系统通过这一新数据总线，系统能够与相应的传感器、自适应巡航控制(ACC)、集成底盘管理系统(ICM)、发动机以及传输控制单元通信与过去使用的CAN总线相比，FlexRay总线系统能以更高的速率传输更大的信息包，并且能够自动防止故障的发生正如CAN一样，FlexRay也能够传输驱动信息，此外它还能够实现信号的实时传输在危急驾驶状况下，电子稳定程序(ESP(r))能够通过对单个轮胎的制动稳定车辆瑞德的沃尔沃公司在2009年日本汽车技术展示会演示了装配于新款SUV车型XC60上的低速紧急制动技术City Safety，沃尔沃装配在XC60上的这套City Safety低速紧急制动系统，能够有效防止撞车事件的发生车辆以4～30km/h的速度行驶时，系统才会启动，与前方车辆的速度差加大，感知到存在碰撞危险时，就会自动制动1.2.2 国内发展情况中国的制动系统的理论研究和技术发展水平不断在进步。

2006年中国北车集团四方车辆研究所自主研发的“微机控制直通电控制动控制系统“，开创国产城轨制动控制系统载客运用先河而2006年中国福马机械集团有限公司所属林海集团公司的“全地形车后轮制动系统中置蝶刹装置“获得国家知识产权局授予的专利权全地形车后轮制动系统中置蝶刹装置已经应用于该公司制造的特种车辆上，明显地提高了制动的可靠性和安全性，有效地克服了目前国内全地形车普遍使用的后轮液压制动系统的缺陷同样在2006年，一种与汽车行驶安全息息相关，却又长期受制于国外核心技术，严重影响我国汽车产业国产化进程的汽3车核心部件-气压盘式制动器总成，近日由江苏恒力制动器制造有限公司研制成功这一项拥有多项自主知识产权和核心技术的重要成果被江苏省申报为2006年度国家火炬计划重点项目气压盘式制动器总成引进消化国际先进的设计理念，采用气压式双推盘双调节制动技术，对汽车制动系统因摩擦片与制动盘摩擦组件的磨损而产生的过量间隙能进行自动报警、自动调节，并实施自动补偿，促使高速运行的车辆通过灵敏、快捷、有效的紧急制动刹车，应变各种突发事件，极大地减少和避免汽车运行中的事故隐患目前中国的制动控制理论和技术水平和发达国家相比仍有很大的差距，很多厂商仍然是引进和模仿外国的技术。

中国和外国的主要差距主要体现在智能化和自动化上，发达国家依靠电子信息技术的领先地位，已经在智能化方向上远远地走在了前面第二章制动过程的受力分析2.1 整车受力分析模型汽车在制动过程某一瞬时的受力分析模型如图1(a)、(b)、(c) ，由此，可以确定下述数学力学模型a)(b)4(c)图1 受力分析 Fig 1 force analysis如图可得下列方程：(1)0321GZZZ(2)0)()(32aGSLZSLZhjgG ddg(3)0)()()(321ssusgs ddaGhhjgGSLyLySLy(4)021XjgGTu(5)0412yGyZu(6)0)2()2()(2141d ud uugu dSLZhTLySLGhjgGSLy(7)032XjgGTu(8)0)(3423yGyyZu(9)0)2()()2()(32342d udd uuguSLZhTSLySLGhjgGLyy(10)iiZX计算及图中符号见表1表1 符号涵义 Table 1 symbol meaning 符 号涵 义G汽车总质量sG悬挂质量iX地面对轮胎的切向力iZ地面对轮胎的法向反力5iT推力杆的作用分力L汽车轴距dS悬架长度i第i轴固定制动力分配iY推力杆的作用分力uG非悬挂质量a前桥至质心距离sa悬挂质量质心至前桥距离b后桥至质心距离ugh非悬挂质量质心高度sgh悬挂质量质心高度uh推力杆高度综合上述方程式即可解出该车在各种制动强度下各轴荷的变化情况。

)q(11)dSCCKGZ21 212(12))(21 22dSLCCKZ(13))(21 3dSLCCZ其中：(14))]2([21d uSLhKKC(15))2(2duShLC(16)aGLGhhjgGhhjgGKsuuugs uugu2)()(2(17)ddg SLaGSLhjgGK22.2 制动器产生的制动力[1](18)FPPAEr Rxcm210()式中：6(19) )2(21  tg(20))]2cos2cos1 ()2cos2sin4cossin([23030300raa ra rhELL (21)213表2 符号涵义 Table 2 symbol meaning符 号涵 义P1制动管路压力；PaP0推出压耗；PaAc制动气室面积；m2m气室蹄制动机构的机构效率制动气室和制动气蹄间杠杆比楔角；(°)r制动鼓半径；mR轮胎有效半径；mE制动器制动效能因数La0衬片摩擦系数角的反函数0图2 支承销式领蹄 Fig 2 anchor pin type shoe推出压耗值与制动蹄端位移有关。

通常，其主要位移量:P07； (22)lh a10 1.)(m另外，在制动器内，由于温升导致蹄片的变形量为:tl(23);5 . 0TDahltt)(mm式中：热膨胀系数；℃ tmm/温升；℃T则实际的总变形量为：(24)lllt1借助弹簧(刚度为)可以得出和的关系式：mkgk/,P0l(25)Pkl Ac02.3 制动系统管路压力 变化过程P1制动过程中制动阀的输入-输出特性(力)以线性关系处理，可以得到需要的精度；图3 输入-输出典型特性 Fig 3 input-output typical features； (26)PF11 2700742..MPa式中： 踏板力；FN当>330时， FNP108 .MPa制动气室的输入-输出典型特性如图3，在正常工作状况，输出推力是稳定的第三章第三章 制动系统管路布置制动系统管路布置[2][2]3.1 前桥行车制动行车制动是双回路制动，包括前桥制动和后桥制动。

前桥制动如图4所示，空气压缩机提供压缩后的高压空气，经过空气干燥器，进入四回路控制阀，从四回路控制阀22口流出，8分为两路，一路进入30L储气筒，另外一路经脚制动阀、匹配阀进入制动气室操作脚制动阀，脚制动阀12口与22口相通，压缩空气通过匹配阀进入左右制动气室，推动活塞顶杆，作用在前轮上，使前轮在行驶过程中制动图4 前桥制动 Fig 4 front axle braking3.2 中后桥行车制动中后桥行车制动如图5，空气压缩机提供压缩后的高压空气，经过空气干燥器，进入四回路控制阀，从四回路控制阀21口流出，分为两路，一路经接头组进入储气筒及继动阀的进图5 中后桥行车制动 Fig 5 Intermediate axle and rear axle driving braking气口1口，另外一路进入脚制动阀11口，从脚制动阀21口流出进入行车制动继动阀控制口4口，高压空气从继动阀2口出来进入制动气室11口，同时继动阀2口也向脚制动阀4口提供一个气压信号操作脚制动阀，使继动阀4口获得气压信号，打开继动阀，使继动阀1口，2口相通，压缩空气从继动阀进入左右制动气室11口，推动活塞顶杆，作用在中后桥车轮上，9使驱动桥在行驶过程中制动。

3.3 驻车制动驻车制动的构成见图6，空气压缩机提供压缩后的高压空气，经过空气干燥器，进入四回路控制阀，从四回路控制阀23口流出，依次进入限压阀、带单向阀的分气接头，高压空气从分气接头流出分别进入手制动阀11口与驻车制动继动阀1口汽车行驶过程中，手制动阀11口与21口是断开的，驻车制动继动阀1口与2口是相通的，高压空气从驻车制动继动阀2口进入制动气室12口，克服气室内部弹簧力，解除停车的制动状态停车过程中，通过操纵手制动阀，使高压气体从手制动阀21口流出进入行车继动阀4口，继动阀工作，制动气室12口相通的高压空气迅速从驻车制动继动阀排气口排出图6 驻车制动 Fig 6 The parking brake3 3.4 辅助制动及整车辅助气路辅助制动采用排气制动方式整车辅助气路为制动系统之外的气动助力装置，包括：变速器用气、气喇叭、离合器助力缸、轴间差速、轮间差速装置辅助制动构成见图7，空气压缩机提供压缩后的高压空气，经过空气干燥器，进入四回路控制阀，从四回路控制阀24口流出，依次进入辅助用气接头组、电磁阀、排气制动器，电磁阀得电打开阀门，高压气体推动排气制动器顶杆做功，使发动机熄火产生制动。

10图7 辅助制动。