五、制動系統的設計

1.前言

1.1適用范圍

1.2引用標準

1.3轎車制動規范對制動系統制動性的總體要求

1.4制動系統的設計方法

1.5整車參數

1.6設計期望值

2 行車制動系統的設計

2.1制動器總成的設計

2.2人力制動系和伺服制動系

2.3踏板總成的設計

2.4傳感器設計

2.5 ABS的設計

3 應急制動及駐車制動的設計

五、制動系統的設計

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的制動系統

1.2 引用標準

GB 7258—1997      ******

1.3 轎車制動規范對制動系統制動性的總體要求

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

1.4 制動系統的設計方法

1.4.1制動系統開發流程

 1.4.2制動系統方案的確定

1.4.3制動系統方案確定的順序

1.5整車參數

 1.5.1整車制動系統布置方案

 1.5.1整車目標參數

1.6設計期望值

1.6.1制動能力

  汽車制動時，地面作用于車輪的切線力稱為地面制動力F_xb，它是使汽車制動而減速行駛的外力。在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩M_u所需的力稱為制動器制動力F_u。

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

    汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受輪胎。道路附著條件的***。所以只有當汽車具有足夠的制動器摩擦力矩，同時輪胎與道路又能提供高的附著力時，汽車才有足夠的地面制動力而獲得良好的制動性。

圖2是汽車在水平路面上制動時的受力情形 (忽略了汽車的滾動阻力偶矩、空氣阻力以及旋轉質量減速時產生的慣性力偶矩) 。此外，下面的分析中還忽略制動時車輪邊滾邊滑的過程，附著系數只取一個定值Φ，慣性阻力為：

    圖1： 制動過程中，地面制動力、制動器制動力及附著力的關系

                      圖2   制動時的汽車受力圖

a.地面對汽車的法向反作用力：

b.制動距離

汽車的制動能力常用制動效能反映。制動效能是指汽車以一定初速迅速制動到停車的制動距離或制動過程中的制動減速度。制動過程中典型的減速度與時間關系曲線如圖3所示。其中，t_a為制動系反應時間，指制動時踏下制動踏板克服自由行程、制動器中蹄與鼓的間隙等所需時間。一般液壓制動系的反應時間為0.015—0.03s，氣壓制動系為0.05—0.06；t_b為減速度增長時間，液壓制動系為0.15—0.3s，氣壓制動系為0.3—0.8s。制動距離與汽車的行駛安全有直接的關系。制動距離是指在一定制動初速度下，汽車從駕駛員踩著制動踏板開始到停住為止所駛過的距離。根據圖1所示的典型制動過程，可求得制動距離S：

S＝v(t_a+t_b)+ ＝？           M

c.理想的制動力分配曲線

在任何輪胎－地面附著系數之下，汽車在水平路面制動時均能使雙軸汽車前、后輪同時接近抱死狀態的前、后制動器制動力分配曲線稱之為理想制動器制動力分配曲線，通常稱為I曲線。此時，前后輪制動器制動力分別等于各自的附著力。

 理想制動器制動力分配曲線與實際線性制動器制動力分配曲線（單位汽車重力）

1.6.2 制動踏板力與制動力的關系

在制動踏板上加力F，在車輪剎車上就會產生如下的制動力

                                P_B：活塞壓強

                                S_B：活塞端面面積

                                S_M：制動主缸活塞端面面積

                                 i ：真空助力器增益系數

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

                                 F：踏板輸入力

1.6.3駐車制動能力

式中，F_x：為手制動器制動力[kg]；

  r：為輪胎滾動半徑[mm]；

         R：制動盤/鼓有效半徑 [mm]

  F_H：為駕駛員施加的手力[kg]

         F₀：無效操作力[kg]

        BF₂：后鼓式制動器效能因數

        η：傳遞效率……70%左右

        K₀：動力系數

I：手制動增益系數

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

                  汽車在上坡路上停駐時的受力情況

汽車在下坡路上停駐時的后軸附著力為：

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

得到        

   同理可推導出汽車可能停駐的極限下坡路坡道角

1.6.4可停駐0大坡度α（附著系數為0.7時）

2.行車制動系統的設計

2.1制動器總成的設計

2.1.1前轉向節帶盤式制動器總成

  前轉向節帶盤式制動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，前轉向節帶盤式制動器總成既和轉向機的橫拉桿連接又和控制臂、前滑柱還有傳動軸等連接。在總成當中轉向節就相當于一個平臺，平臺上搭載了制動鉗，輪轂、軸承、制動盤零部件，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螺栓連接到轉向節上，傳動軸與輪轂通過花鍵聯接,轉向節上

端與滑柱通過螺栓連接，下端與控制臂的橫拉桿通過球頭銷連接，控制臂與副車架連接，總成圍繞控制臂與副車架的連接點為圓心上下移動，前端安裝制動鉗，后端與轉向機橫拉桿連接，轉向時圍繞球頭銷旋轉。

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，不得有裂紋。同時因為轉向節經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前轉向節的技術要求，具體如下：

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

下面簡單的介紹一下軸承的發展

我們的產品當中，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盈配合、壓裝力以及傳動軸鎖止螺母的預緊力均要求很嚴格，所以將來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，簡單化 。