☆☆乘用車制動系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計流程☆☆

1、AERI Chassis DepartmentBraking System Development車輛制動系統(tǒng)開發(fā)汽研院底盤部：李成 2011年5月10日AERI Chassis DepartmentBraking System Development 液壓制動系統(tǒng)簡介 制動系統(tǒng)開發(fā)理論計算 子系統(tǒng)的開發(fā) 制動系統(tǒng)零部件的開發(fā) 制動系統(tǒng)客觀試驗 制動系統(tǒng)主觀評價AERI Chassis DepartmentBraking System Development1.1.液壓制動系統(tǒng)簡介液壓制動系統(tǒng)簡介 液壓制動系統(tǒng)是將駕駛?cè)藛T施加到制動踏板上的力放大，并助力后反應(yīng)到制動主缸，由制動主缸建立起整個制

2、動管路的壓力，壓力將推動執(zhí)行機構(gòu)（制動器）限制車輪的轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)制動。AERI Chassis DepartmentBraking System DevelopmentABh)()(BAhmaBAAmgFr)()(BAhmaBABmgFfmFba 假設(shè)制動時車輪完全抱死，整車制動力就等于地面附著力mguFbFfuFbfFruFbrFbFbrFbf聯(lián)立上式可以得出前后地面制動力與地面附著系數(shù)的關(guān)系如下)()(BAuughgBmFbf)()(BAuughgAmFbr對同一車輛來說，上兩式中，只有u為變量，取不同的u值便可得到不同F(xiàn)bf和Fbr值。這便是理想制動力分配曲線。2.1 制動系統(tǒng)開發(fā)理論計算

3、制動系統(tǒng)開發(fā)理論計算-基礎(chǔ)制動基礎(chǔ)制動AERI Chassis DepartmentBraking System Development滿載理想制動力分配曲線滿載理想制動力分配曲線空載理想制動力分配曲線空載理想制動力分配曲線FfFr)()(BAuughgBmFbf)()(BAuughgAmFbr空滿載理想制動力分配曲空滿載理想制動力分配曲線差異線差異 最理想狀況，空滿載理想制動力曲線完全重合。這樣空滿載同步附著系數(shù)都可以取到最常用附著系數(shù)點，要做到空滿載重合，這里需要做到1.空滿載前后軸荷比例相同（即質(zhì)心在整車X 方向位置不變）2.空滿載車輛質(zhì)心高度相同。有乘用車車能做到這兩點嗎？No但還是要

4、盡力去做到兩條線接近。 方程式賽車勉強可以，且方程式賽車使用在單一附著系數(shù)路面工作，所以方程式賽車不必匹配ABS 系統(tǒng)。)0 . 10( uAERI Chassis DepartmentBraking System Development實際制動力分配曲線（制動器制動力）實際制動力分配曲線（制動器制動力）RuAptpFbfffffRe)(4RuAptpFbrrrrrRe)(4Fbf :前輪制動器制動力Fbr : 后輪制動器制動力p: 制動管路壓力，抱死壓力控制在12Mpa以下,PtfPtr : 前后卡鉗啟動壓力（選定初始卡鉗之后，此參數(shù)可詢問供應(yīng)商或假設(shè)一個初始值（0.5bar左右）AfAr

5、: 前后卡鉗活塞面積（卡鉗為系列化產(chǎn)品，只需參考Benchmark 及輪輞的尺寸來選定一個初始尺寸（51、54、57.)UfUr : 前后卡鉗摩擦塊摩擦系數(shù)（0.32-0.4）RefRer: 前后卡鉗制動有效半徑（根據(jù)輪輞及卡鉗尺寸，并參考Benchmark,并考慮三化原則設(shè)定或選定一個初始值）R : 車輪滾動半徑，一般乘用車前后輪滾動半徑都相同。在在 A、 u、 Re、 確定初始值之后，取液壓確定初始值之后，取液壓P（0-12Mpa)計算出對應(yīng)的前后輪制動器制計算出對應(yīng)的前后輪制動器制動力，并疊加到理想制動力曲線圖中。動力，并疊加到理想制動力曲線圖中。AERI Chassis Departm

6、entBraking System Development空載同步附著系數(shù)空載同步附著系數(shù)滿載同步附著系數(shù)滿載同步附著系數(shù)FfFf滿載理想制動力分配曲線滿載理想制動力分配曲線U=1.0A . 要保證12Mpa時的制動器制動力大于至少1.0的地面附著力，如果不滿足，可同時增大1.前后輪缸2.摩擦系數(shù) 3. 有效半徑（優(yōu)先排序）B . 在滿足A 的前提下，不斷的調(diào)節(jié)前后1.輪缸直徑,2有效半徑,3摩擦系數(shù)（盡量取中值）來調(diào)節(jié)實際曲線斜率，終極目標(biāo)是讓空載同步附著系數(shù)落在（0.4-0.6）滿載落在（0.7-0.9) 可分別取中值0.5 0.8 為什么？AERI Chassis DepartmentB

7、raking System Development 常見路面附著系數(shù)（0.7-0.8）為了滿載時車輛后輪有足夠的制動力，就必須將滿載同步附著系數(shù)設(shè)置在常見附著系數(shù)之上。舉例說明，如果某車型滿載同步點1.0 ，在0.8的路面上，滿載制動，后輪無論如何都抱不死，自然后輪的利用附著系數(shù)不足。整車的制動減速度也將不足（奇瑞車大都存在此問題，空載制動性能很好，滿載很差）。 合適的同步附著系數(shù)（空0.4-0.6 滿0.7-0.9）有什么好處呢？ 1.滿載后輪有足夠的制動強度，對整車安全有保證。 2.后輪制動力大一些對抗制動點頭有好處。這樣的同步附著系數(shù)在空載時后輪豈不是很容易抱死？ABS 工作豈不是很頻繁

8、？回答：確實如此，但有兩點需要明確，1 不能為了空載的舒適性而犧牲滿載的安全性；2 一般乘用車（尤其前驅(qū)的車輛）空載時前軸載荷遠(yuǎn)大于后軸載荷，此時后輪的抱死壓力很低，就是說空載時及時ABS 對后輪起作用，它的工作負(fù)荷也很輕。對它的壽命影響不大。那是否可以將同步附著點無限前移？那也不好 1. 后制動器尺寸太大，在ABS 失效時后輪抱死將非常危險 2. 成本問題AERI Chassis DepartmentBraking System Development實際制動力分配曲線R線組F線組理想制動力分配曲線 在附著系數(shù)等于0.3的路面上制動，隨著制動器制動力的增加，當(dāng)實際制動力與0.3的f線相交后，

9、前輪抱死，此后前后輪的地面制動力沿0.3的f線變化，前輪地面制動力略有增加（重量前移）。后輪地面制動力按實際制動器制動力大幅增加，當(dāng)0.3f線與理想制動力相交，后輪也抱死，制動器制動力再增加已無意義。后輪制動器制動力亦地面制動力增量前輪制動器制動力增量前輪地面制動力增量典型工況分析-低附著路面AERI Chassis DepartmentBraking System Development實際制動力分配曲線R線組F線組理想制動力分配曲線后輪制動器制動力增量后輪地面制動力增量（負(fù)值） 在附著系數(shù)等于0.9的路面上制動，隨著制動器制動力的增加，超過同步附著系數(shù)仍未有車輪抱死。當(dāng)實際制動力與0.9的

10、r線相交后，后輪抱死，此后前后輪的地面制動力沿0.9的r線變化，后輪地面制動力有所減?。ㄖ亓壳耙疲?。前輪輪地面制動力按實際制動器制動力大幅增加，當(dāng)0.9r線與理想制動力相交，前輪也抱死，制動器制動力再增加已無意義。前輪制動器制動力亦地面制動力增量典型工況分析-高附著路面AERI Chassis DepartmentBraking System Development基礎(chǔ)制動匹配完成之后我們可以鎖定如下參數(shù) 1. 前后制動鉗缸徑（系列化卡鉗中選定） 有了前后制動鉗缸徑，可進一步活的卡鉗所需液量曲線（一般由供應(yīng)商試驗得出） 2. 前后制動有效半徑 有效半徑是制動盤設(shè)計的重要參數(shù)之一 3. 前后摩擦

11、塊名義摩擦系數(shù) 摩擦塊開發(fā)重要參數(shù) 4. 管路壓力與制動力或制動減速度關(guān)系曲線壓力減速度AERI Chassis DepartmentBraking System Development2.2制動系統(tǒng)開發(fā)理論計算制動系統(tǒng)開發(fā)理論計算-人機工程人機工程原則：車有異，人相同 世面車型千差萬別，但對于同一區(qū)域的駕駛者卻無不同，所以對踏板力，踏板行程這一要求，不同車輛應(yīng)有相同的要求。基礎(chǔ)制動與制動主缸的聯(lián)絡(luò)-卡鉗與主缸 現(xiàn)已知卡鉗缸徑（或需液量）可選出主缸直徑（因為主缸為直徑-行程系列化產(chǎn)品,行程一般為18+18）AERI Chassis DepartmentBraking System Develo

12、pment2. 基礎(chǔ)制動與制動主缸的聯(lián)絡(luò)-輪缸壓力與主缸推力 現(xiàn)已知了主缸直徑、主缸行程；基礎(chǔ)制動系統(tǒng)的壓力-減速度曲線，可以推導(dǎo)出主缸推力與制動減速度曲線。輪缸壓力減速度主缸壓力輪缸壓力主缸活塞推力主缸壓力輪缸壓力=主缸壓力輪缸推力=主缸壓力X活塞面積3. 制動主缸與人機控制聯(lián)絡(luò)-主缸行程與踏板行程 目前已知了活塞總行程+主缸空行程+助力器空行程=助力器推桿行程 基于人機工程的要求，制動踏板的行程有要求（=130mm）A 助力器推桿所需行程B 制動踏板要求的行程踏板杠桿比踏板杠桿比AERI Chassis DepartmentBraking System Development踏板機構(gòu)杠桿比

13、的計算要點。4. 制動主缸與人機控制聯(lián)絡(luò)-幫助力在確定踏板杠桿比之后，踏板的輸出力也已知。A 踏板輸出力B 主缸所需的推力幫助力（助力比）幫助力（助力比）AERI Chassis DepartmentBraking System Development4. 助力器的選擇 現(xiàn)已確定了助力比以及先前已確定的主缸行程，分析助力器的特性曲線，我們可以選擇出合適的助力器助力器推桿行程ABCD最大幫助力，取決于助最大幫助力，取決于助力器尺寸力器尺寸助力比，取決于反饋盤助力比，取決于反饋盤面積比面積比 對于同一個助力器，助力比和助力行程是相互矛盾的，大助力比意味著短的主力行程， 所以一般的原則是先確定助力比

14、， 再通過行程來決定助力器尺寸（不同助力器可以有相同的助力比，但最大幫助力不同）。助力器輸出力至此 系統(tǒng)性的匹配工作基本結(jié)束。AERI Chassis DepartmentBraking System Development系統(tǒng)匹配工作結(jié)束 確定的參數(shù) 1.前后卡鉗缸徑 2.前后摩擦系數(shù) 3.前后有效半徑 4. 制動主缸直徑 5. 踏板機構(gòu)杠桿比 6.助力器助力比 7 .助力器尺寸。 帶著這些參數(shù)接下來該選取合適的零部件或者重新開發(fā)零部件，進入子系統(tǒng)布置階段。3.子系統(tǒng)的開發(fā)子系統(tǒng)的開發(fā)-基礎(chǔ)制動系統(tǒng)基礎(chǔ)制動系統(tǒng)3.1 前后制動鉗的布置 A 圓周方向布置卡鉗在輪輞內(nèi)圓周布置上，最佳位置為時針4

15、：30優(yōu)點： 1.從力學(xué)角度分析，這樣的布置制動時對軸承的徑向載荷最小。 2.從卡鉗冷卻角度，這個布置對卡鉗迎風(fēng)也較好，且降低了質(zhì)心。缺點： 1.卡鉗位置過低，車輪泥水更容易灌入。 2.對轉(zhuǎn)向節(jié)臂的位置影響較大（轉(zhuǎn)向節(jié)臂前置或者頂置）AERI Chassis DepartmentBraking System Development地面制動力Fx=FzXu正壓力Fz正壓力Fz與地面制動力Fx的合力摩擦塊對制動盤的摩擦力Fb=Fx X Re/RrFb平移到輪心處只有將卡鉗布置在4:30位置時 摩擦塊對制動盤的作用力與合力方向共線反向，合力最小，軸承載荷最小AERI Chassis Departme

16、ntBraking System Development制動盤中心盡量靠近軸承中心軸承中心作用在制動盤上的切向力作用在制動盤上的切向力摩擦力力臂摩擦力力臂軸承附加彎矩軸承附加彎矩只有將制動盤中心與軸承中心重合，摩擦力力臂才能為0，軸承才不會有附加彎矩。對軸承壽命有益3 前后制動鉗的布置 B 軸向布置AERI Chassis DepartmentBraking System Development順帶提及軸承軸向布置RF+RdynABM-RFA-RdynFA+RF+ABM-R車輪中心車輪中心軸承中心軸承中心FzFy垂向力彎矩垂向力彎矩側(cè)向力彎矩側(cè)向力彎矩當(dāng)軸承中心位于車輪中心內(nèi)側(cè)（軸承負(fù)偏距）轉(zhuǎn)

17、向時的側(cè)向力及正壓力所產(chǎn)生的彎矩可以相互抵消一部分，對軸承有益。一般取偏距量5-10mm 不可過大，否側(cè)轉(zhuǎn)向時內(nèi)側(cè)車輪工況惡化。AERI Chassis DepartmentBraking System Development3.2 踏板機構(gòu)布置 A/B/C 踏板的平面布置有法規(guī)及人機要求，不在此次討論范圍，這里主要來討論踏板機構(gòu)踏板機構(gòu)轉(zhuǎn)點，推點的設(shè)計。H 點點踏點R 轉(zhuǎn)點X(-20,20)Z(-20,20) P 推點X(-20,20)Z(-20,20) 由于設(shè)計人機H點一般固定，所以與之對應(yīng)的踏點也是固定的。一個踏板機構(gòu)中可動的將是轉(zhuǎn)點R ，和推點P ，如何設(shè)置這兩個或者其中一個點的位置對

18、踏板機構(gòu)至關(guān)重要，他直接決定踏板行程-加速度 以及踏板力-減速度兩個關(guān)系，這里涉及到優(yōu)化設(shè)計理論。 目前常用的方法是多因子單目標(biāo)的優(yōu)化方法。簡單來說如左圖所示，讓轉(zhuǎn)點及推點X Z 方向（整車坐標(biāo)）在給定的范圍內(nèi)（各因子范圍可不同）步進變化，將踏點的行程作為輸入，將推桿末端的行程作為輸出。設(shè)置一理想的踏點-推桿輸出點行程曲線偉偉目標(biāo)。在整個因子變化過程中尋找出最接近目標(biāo)曲線的一條實際曲線，并將該實際曲線所對應(yīng)的點坐標(biāo)作為設(shè)計輸入。Hyper Works Hyper study 或者ADAMS insight 均可做為優(yōu)化工具。 下一張便是2010年所寫的一個B21 四連桿踏板機構(gòu)優(yōu)化論文AERI

19、 Chassis DepartmentBraking System DevelopmentAERI Chassis DepartmentBraking System Development3.3 制動控制模塊布置 目前的制動控制模塊主要是ABS 或者ESP(ESC)模塊，模塊的布置位置并沒有嚴(yán)格的要求。但應(yīng)做到 1. 靠近主缸 2. 液面低于儲液罐液面（包括連接主缸-模塊的制動管最高點） 3.遠(yuǎn)離熱源 4. 放置淋雨（插接件插接口要防止積水） 5. 盡量放置在縱梁等NVH性能較穩(wěn)定的部件之上 6. 管路易于安裝，本身易于拆裝 ABS 模塊常見的是8閥四通道模型，自身的布置角度有右圖的自由度。A

20、ERI Chassis DepartmentBraking System DevelopmentABS 模支架的設(shè)計AERI Chassis DepartmentBraking System Development4.4.制動系統(tǒng)零部件的開發(fā)制動系統(tǒng)零部件的開發(fā) 在完成子系統(tǒng)零部件的布置之后，就要開始各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計了。零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計需要關(guān)注材料、工藝、成本、強度、剛度、模態(tài)等等方面，這更屬于有限元范疇。 目前常用的設(shè)計方法是Benchmark+拓?fù)鋬?yōu)化方法，可實現(xiàn)多工況、多約束單一目標(biāo)的拓?fù)鋬?yōu)化方法。具體來說，比如轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計。 在完成了卡鉗、制動盤、軸承、輪輞等零部件的布置后， 1）CA

21、D 軟件設(shè)計出最大輪廓的轉(zhuǎn)向節(jié)優(yōu)化空間； 2）前處理，明確轉(zhuǎn)向節(jié)用料，網(wǎng)格劃分；材料賦予，設(shè)計空間非設(shè)計空間區(qū)分；載荷工況提?。∕BD)約束設(shè)置，優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定； 3）提交解算，優(yōu)化結(jié)果解析； 4）模型重建，利用優(yōu)化結(jié)果作為參考CAD 軟件重新設(shè)計出轉(zhuǎn)向節(jié)模型 5）重建模型的驗證，CAE 軟件將重建的模型進行詳細(xì)分析；AERI Chassis DepartmentBraking System Development4.4.制動系統(tǒng)零部件的開發(fā)制動系統(tǒng)零部件的開發(fā)設(shè)計空間-CAD 軟件優(yōu)化設(shè)計前處理-CAE 軟件優(yōu)化設(shè)計-Hyper Works-Opstruct模型重建-CAD 軟件模型驗證-CA

22、E 軟件AERI Chassis DepartmentBraking System Development5 5制動系統(tǒng)客觀試驗制動系統(tǒng)客觀試驗GB T 18343-2001汽車盤式制動器修理技術(shù)條件QC T 556-1999汽車制動器溫度測量和熱電偶安裝 QC T 564-1999轎車制動器臺架試驗方法 QC T 582-1999轎車制動器性能要求 QC T 592-1999轎車制動鉗總成性能要求及臺架試驗方法AERI Chassis DepartmentBraking System Development5 5制動系統(tǒng)主觀評價制動系統(tǒng)主觀評價-直線制動評價直線制動評價Pedal Free

23、Play 踏板自由行程- The “deadband” in the initial pedal travel before any deceleration can be feltInitial Bite 初始咬合- The severity or abruptness of the initial vehicle deceleration. Can be described as sharp for abrupt deceleration or wooden for low levels of deceleration gain.Linearity Travel 線性度-行程- The d

24、irectness of the relationship between pedal travel and vehicle decelerationLinearity Force 線性度-踏板力- The directness of the relationship between pedal force and vehicle decelerationStopping power 最大制動力 Drive vehicle on a straight path and bring the vehicle to a complete stop in the shortest distance p

25、ossible engaging the ABS. Run at a variety of speeds on a variety of road surfacesAERI Chassis DepartmentBraking System DevelopmentPedal Free Play 踏板自由行程操作方法：車速60-80KPH 反復(fù)輕踩制動踏板，行程從3mm左右開始，以每秒鐘1-2次的頻率踩，每踩一次，行程稍作增加，直到能感覺到減速度要建立（并無明顯的減速度） 評價內(nèi)容：空行程長短，一般控制在5-10mm.影響因素：踏板機構(gòu)間隙、助力器空行程、主缸空行程、卡鉗摩擦塊總成空行程。這一過程踏板力不