五、制動(dòng)系統的設計

1.前言

1.1適用范圍

1.2引用標準

1.3轎車(chē)制動(dòng)規范對制動(dòng)系統制動(dòng)性的總體要求

1.4制動(dòng)系統的設計方法

1.5整車(chē)參數

1.6設計期望值

2 行車(chē)制動(dòng)系統的設計

2.1制動(dòng)器總成的設計

2.2人力制動(dòng)系和伺服制動(dòng)系

2.3踏板總成的設計

2.4傳感器設計

2.5 ABS的設計

3 應急制動(dòng)及駐車(chē)制動(dòng)的設計

五、制動(dòng)系統的設計

1.前言

1.1適用范圍：

本設計指南適用于在道路上行駛的汽車(chē)的制動(dòng)系統

1.2 引用標準

GB 7258—1997      ******

1.3 轎車(chē)制動(dòng)規范對制動(dòng)系統制動(dòng)性的總體要求

汽車(chē)應設置足以使其減速、停車(chē)和駐車(chē)的制動(dòng)系統。設置對前、后輪分別操縱的行車(chē)制動(dòng)裝置。應具有行車(chē)制動(dòng)系。汽車(chē)應具有應急制動(dòng)功能和應具有駐車(chē)制動(dòng)功能。 汽車(chē)行車(chē)制動(dòng)、應急制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)的各系統以某種方式相聯(lián)，它們應保證當其中一個(gè)或兩個(gè)系統的操縱機構的任何部件失效時(shí)(行車(chē)制動(dòng)的操縱踏板、操縱連接桿件或制動(dòng)閥的失效除外)仍具有應急制動(dòng)功能。制動(dòng)系應經(jīng)久耐用，不能因振動(dòng)或沖擊而損壞。

1.4 制動(dòng)系統的設計方法

1.4.1制動(dòng)系統開(kāi)發(fā)流程

 1.4.2制動(dòng)系統方案的確定

1.4.3制動(dòng)系統方案確定的順序

1.5整車(chē)參數

 1.5.1整車(chē)制動(dòng)系統布置方案

 1.5.1整車(chē)目標參數

1.6設計期望值

1.6.1制動(dòng)能力

  汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，地面作用于車(chē)輪的切線(xiàn)力稱(chēng)為地面制動(dòng)力F_xb，它是使汽車(chē)制動(dòng)而減速行駛的外力。在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩M_u所需的力稱(chēng)為制動(dòng)器制動(dòng)力F_u。

    地面制動(dòng)力是滑動(dòng)摩擦約束反力，其0大值受附著(zhù)力的***。附著(zhù)力F_Φ與F_xbmax的關(guān)系為F_xbmax＝F_Φ＝F_z·Φ。F_z為地面垂直反作用力，Φ為輪胎—道路附著(zhù)系數，其值受各種因素影響。若不考慮制動(dòng)過(guò)程中Φ值的變化，即設為一常值，則當制動(dòng)踏板力或制動(dòng)系壓力上升到某一值，而地面制動(dòng)力達0大值即等于附著(zhù)力時(shí)，車(chē)輪將抱死不動(dòng)而拖滑。踏板力或制動(dòng)系壓力再增加，制動(dòng)器制動(dòng)力F_u由于制動(dòng)器摩擦力矩的增長(cháng)，仍按直線(xiàn)關(guān)系繼續上升，但是地面制動(dòng)力達到附著(zhù)力的值后就不再增加了。制動(dòng)過(guò)程中，這三種力的關(guān)系，如圖1所示。

    汽車(chē)的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受輪胎。道路附著(zhù)條件的***。所以只有當汽車(chē)具有足夠的制動(dòng)器摩擦力矩，同時(shí)輪胎與道路又能提供高的附著(zhù)力時(shí)，汽車(chē)才有足夠的地面制動(dòng)力而獲得良好的制動(dòng)性。

圖2是汽車(chē)在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情形 (忽略了汽車(chē)的滾動(dòng)阻力偶矩、空氣阻力以及旋轉質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力偶矩) 。此外，下面的分析中還忽略制動(dòng)時(shí)車(chē)輪邊滾邊滑的過(guò)程，附著(zhù)系數只取一個(gè)定值Φ，慣性阻力為：

    圖1： 制動(dòng)過(guò)程中，地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及附著(zhù)力的關(guān)系

                      圖2   制動(dòng)時(shí)的汽車(chē)受力圖

a.地面對汽車(chē)的法向反作用力：

b.制動(dòng)距離

汽車(chē)的制動(dòng)能力常用制動(dòng)效能反映。制動(dòng)效能是指汽車(chē)以一定初速迅速制動(dòng)到停車(chē)的制動(dòng)距離或制動(dòng)過(guò)程中的制動(dòng)減速度。制動(dòng)過(guò)程中典型的減速度與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)如圖3所示。其中，t_a為制動(dòng)系反應時(shí)間，指制動(dòng)時(shí)踏下制動(dòng)踏板克服自由行程、制動(dòng)器中蹄與鼓的間隙等所需時(shí)間。一般液壓制動(dòng)系的反應時(shí)間為0.015—0.03s，氣壓制動(dòng)系為0.05—0.06；t_b為減速度增長(cháng)時(shí)間，液壓制動(dòng)系為0.15—0.3s，氣壓制動(dòng)系為0.3—0.8s。制動(dòng)距離與汽車(chē)的行駛安全有直接的關(guān)系。制動(dòng)距離是指在一定制動(dòng)初速度下，汽車(chē)從駕駛員踩著(zhù)制動(dòng)踏板開(kāi)始到停住為止所駛過(guò)的距離。根據圖1所示的典型制動(dòng)過(guò)程，可求得制動(dòng)距離S：

S＝v(t_a+t_b)+ ＝？           M

c.理想的制動(dòng)力分配曲線(xiàn)

在任何輪胎－地面附著(zhù)系數之下，汽車(chē)在水平路面制動(dòng)時(shí)均能使雙軸汽車(chē)前、后輪同時(shí)接近抱死狀態(tài)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)稱(chēng)之為理想制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，通常稱(chēng)為I曲線(xiàn)。此時(shí)，前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著(zhù)力。

 理想制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)與實(shí)際線(xiàn)性制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)（單位汽車(chē)重力）

1.6.2 制動(dòng)踏板力與制動(dòng)力的關(guān)系

在制動(dòng)踏板上加力F，在車(chē)輪剎車(chē)上就會(huì )產(chǎn)生如下的制動(dòng)力

                                P_B：活塞壓強

                                S_B：活塞端面面積

                                S_M：制動(dòng)主缸活塞端面面積

                                 i ：真空助力器增益系數

                                γ：制動(dòng)踏板杠桿比（R/r）

                                 F：踏板輸入力

1.6.3駐車(chē)制動(dòng)能力

式中，F_x：為手制動(dòng)器制動(dòng)力[kg]；

  r：為輪胎滾動(dòng)半徑[mm]；

         R：制動(dòng)盤(pán)/鼓有效半徑 [mm]

  F_H：為駕駛員施加的手力[kg]

         F₀：無(wú)效操作力[kg]

        BF₂：后鼓式制動(dòng)器效能因數

        η：傳遞效率……70%左右

        K₀：動(dòng)力系數

I：手制動(dòng)增益系數

表示汽車(chē)在坡道角為α的上坡路上停駐時(shí)的受力情況，由此可得出上坡停駐時(shí)的后軸附著(zhù)力為：

                  汽車(chē)在上坡路上停駐時(shí)的受力情況

汽車(chē)在下坡路上停駐時(shí)的后軸附著(zhù)力為：

汽車(chē)可能停駐的極限上坡路坡道角α_l可根據后軸上的附著(zhù)力與制動(dòng)力相等的條件求得，即由   

得到        

   同理可推導出汽車(chē)可能停駐的極限下坡路坡道角

1.6.4可停駐0大坡度α（附著(zhù)系數為0.7時(shí)）

2.行車(chē)制動(dòng)系統的設計

2.1制動(dòng)器總成的設計

2.1.1前轉向節帶盤(pán)式制動(dòng)器總成

  前轉向節帶盤(pán)式制動(dòng)器總成主要有以下零部件組成：如下圖所示。

在下面一張圖片當中可以看到，前轉向節帶盤(pán)式制動(dòng)器總成既和轉向機的橫拉桿連接又和控制臂、前滑柱還有傳動(dòng)軸等連接。在總成當中轉向節就相當于一個(gè)平臺，平臺上搭載了制動(dòng)鉗，輪轂、軸承、制動(dòng)盤(pán)零部件，軸承安裝在轉向節的方式根據軸承不同而采取壓裝或是通過(guò)螺栓連接到轉向節上，傳動(dòng)軸與輪轂通過(guò)花鍵聯(lián)接,轉向節上

端與滑柱通過(guò)螺栓連接，下端與控制臂的橫拉桿通過(guò)球頭銷(xiāo)連接，控制臂與副車(chē)架連接，總成圍繞控制臂與副車(chē)架的連接點(diǎn)為圓心上下移動(dòng)，前端安裝制動(dòng)鉗，后端與轉向機橫拉桿連接，轉向時(shí)圍繞球頭銷(xiāo)旋轉。

轉向節一般多為鑄造件，也有的轉向節是鍛造件，其中以鍛造件為佳，但是鍛造件的模具比較復雜，不易加工。我公司現有的產(chǎn)品當中B11和S11的轉向節都是鑄造件，A11、A15的轉向節是鍛件。鑄造的轉向節材料是球墨鑄鐵（QT450-10 GB1348），因為鑄鐵的韌性不是很好，所以要求鑄件必須100％進(jìn)行球化率檢測，應達到85％以上，并且要求對鑄件百分之百探傷，不得有氣孔，縮松夾渣和硬點(diǎn)，不得有裂紋。同時(shí)因為轉向節經(jīng)常在比較復雜的變載荷情況下工作所以對轉向節的疲勞試驗要做特別要求，這是B11前轉向節的技術(shù)要求，具體如下：

鍛造件A11A15的材料是45＃鋼或者是免調質(zhì)鋼，因為鋼具有較好的剛度和強度，鍛造轉向節的性能大大優(yōu)于鑄造轉向節。

下面簡(jiǎn)單的介紹一下軸承的發(fā)展

我們的產(chǎn)品當中，A11A15前輪軸承、S11前后輪軸承均為一代軸承，一代軸承在前轉向節中需要采用壓裝，對軸承與轉向節的過(guò)盈配合、壓裝力以及傳動(dòng)軸鎖止螺母的預緊力均要求很?chē)栏瘢詫?lái)的趨勢是逐漸淘汰一代軸承。

二代軸承軸承外圈與輪轂集成，一般多用于非驅動(dòng)輪。

三代軸承軸承內圈、外圈、輪轂集成為一體，ABS傳感器也可以根據需要集成，使裝配模塊化，簡(jiǎn)單化 。