制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

年4月19日制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)文檔僅供參考密級(jí)：編號(hào)：“中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)”項(xiàng)目名稱(chēng)：“中氣”底盤(pán)研究與開(kāi)發(fā)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)編制： 日期：校對(duì)： 日期：審核： 日期：批準(zhǔn)： 日期：上海同濟(jì)同捷科技股份有限公司長(zhǎng)春孔輝汽車(chē)科技有限公司年12月中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)底盤(pán)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)目錄1基本參數(shù)輸入-1-2制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)法規(guī)-2-3整車(chē)制動(dòng)力分配計(jì)算-2-3.1汽車(chē)質(zhì)心距前后軸中心線(xiàn)距離的計(jì)算-2-3.2理想前后地面制動(dòng)力的計(jì)算-2-3.3前后制動(dòng)器缸徑的確定-4-3.4確定制動(dòng)力分配系數(shù)-5-3.5確定同步附著系數(shù)Φ0-5-4制動(dòng)力分配曲線(xiàn)的分析-5-4.1繪制I曲線(xiàn)和β曲線(xiàn)-5-4.2前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的合理性分析-6-4.2.1制動(dòng)法規(guī)要求-7-4.2.2前后軸利用附著系數(shù)曲線(xiàn)的分析-7-5制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定-9-5.1制動(dòng)管路的選擇-9-5.2制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定-9-5.2.1輪缸容積的確定-10-5.2.2軟管容積增量的確定-10-5.2.3主缸容積的確定-10-5.2.4主缸活塞直徑的確定-11-5.2.5主缸行程的確定-11-5.3踏板機(jī)構(gòu)的選擇-11-5.4制動(dòng)踏板杠桿比的確定-12-5.4.1真空助力比的確定-12-5.4.2踏板行程的確定-12-5.4.3主缸最大壓力的確定-12-5.4.4主缸工作壓力的確定-13-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)5.4.5最大踏板力的確定-13-6駐車(chē)性能的計(jì)算-13-7制動(dòng)性能的校核-14-7.1制動(dòng)減速度的計(jì)算-15-7.2制動(dòng)距離的計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。8結(jié)論-17-參考文獻(xiàn)-17--1-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)1 基本參數(shù)輸入制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算需要給定的參數(shù)見(jiàn)表1.表1計(jì)算參數(shù)輸入基本參數(shù)項(xiàng)目代號(hào)單位參數(shù)數(shù)值備注軸距Lmm2950總體組確定空載質(zhì)量m1Kg1500總體組確定空載前軸質(zhì)量Wf1Kg855總體組確定空載后軸質(zhì)量Wr2Kg645總體組確定空載質(zhì)心高度Hg1mm573總體組確定滿(mǎn)載質(zhì)量m2Kg1925總體組確定滿(mǎn)載前軸質(zhì)量Wf2Kg962.5總體組確定滿(mǎn)載后軸質(zhì)量Wr2Kg962.5總體組確定滿(mǎn)載質(zhì)心高度Hg2mm553總體組確定車(chē)輪滾動(dòng)半徑Rmm328設(shè)計(jì)值前后輪缸數(shù)量n2/2設(shè)計(jì)值前器制動(dòng)半徑RBfmm135設(shè)計(jì)值后器制動(dòng)半徑RBrmm107.5設(shè)計(jì)值汽車(chē)設(shè)計(jì)最高車(chē)速VKm/h220總體組確定制動(dòng)踏板杠桿比ip3.5設(shè)計(jì)值前后制動(dòng)器效能因數(shù)Cf/Cr0.76/0.76設(shè)計(jì)值前后制動(dòng)器摩擦系數(shù)μ0.38設(shè)計(jì)值制動(dòng)輪缸行程δmm0.7設(shè)計(jì)值主缸行程Smmm18+18設(shè)計(jì)值-1-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)2 制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)法規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要符合相關(guān)的法規(guī)，當(dāng)前的制動(dòng)性能所遵循的法規(guī)主要是：GB12676-1999汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能和試驗(yàn)方法。2）GB7258-機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件3 整車(chē)制動(dòng)力分配計(jì)算3.1 汽車(chē)質(zhì)心距前后軸中心線(xiàn)距離的計(jì)算根據(jù)力矩平衡原理，得出換算公式為：a= Wr?LWf+Wrb= Wf?LWf+Wr將相關(guān)參數(shù)代入式（1），（2），并將計(jì)算結(jié)果列于表2。表2質(zhì)心距離計(jì)算結(jié)果狀態(tài)質(zhì)心距前軸距離a質(zhì)心距后軸距離b滿(mǎn)載14751475空載1268.51681.53.2理想前后地面制動(dòng)力的計(jì)算hgFz1Fz2

（1）（2）圖1汽車(chē)受力簡(jiǎn)圖-2-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的受力如圖1所示。對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩，得:Fz1L=Gb+mdudtHg對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得:Fz2L=Ga?mdudtHg式中：Fz1——地面對(duì)前輪的法向反作用力；Fz2——地面對(duì)后輪的法向反作用力；——汽車(chē)質(zhì)量；——汽車(chē)重力；——汽車(chē)質(zhì)心至后軸中心線(xiàn)的距離；——汽車(chē)質(zhì)心至前軸中心線(xiàn)的距離；Hg——汽車(chē)質(zhì)心高度；du/dt——汽車(chē)減速度。則可求得地面法向反作用力為：GHgduFz1=b+gLdtGHgduFz2=a?gLdt在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車(chē)輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；而且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即：Fμ1+Fμ2=?GF=?F=G(b+φH)φ（3）μ1z1LgF=?F=G(a?φHg)φ（4）μ2z2L式中Fμ1——前輪制動(dòng)器制動(dòng)力；-3-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)Fμ2——后輪制動(dòng)器制動(dòng)力；φ——地面附著系數(shù)。代入相關(guān)參數(shù)，這里取常見(jiàn)路面附著系數(shù)φ=0.8，計(jì)算出滿(mǎn)載狀態(tài)下理想的前后地面制動(dòng)力為：Fμ1=?Fz1=9809.288N。Fμ2=?Fz2=5282.712N。3.3 前后制動(dòng)器缸徑的確定根據(jù)汽車(chē)?yán)碚?，?shí)際制動(dòng)力的分配曲線(xiàn)是在理想的制動(dòng)力分配曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上獲得的。即實(shí)際前后地面制動(dòng)力的表示式為：FB1=2Cf?π/4?Df2?Pf?RBfRFB2=2Cr?π/4?D2?P?RBrrrR地面制動(dòng)力和制動(dòng)器制動(dòng)力在數(shù)值上相等。因此，前后輪缸直徑的計(jì)算式如下：Df=2FB1R（5）PfπCfRBfDr=2FB2R（6）PrπCrRBr式中：Df、Dr——前后輪缸直徑；FB1、FB2——前后地面制動(dòng)力；Cf、Cr——前后制動(dòng)器效能因數(shù)；RBf、RBr——前后制動(dòng)器工作半徑；Pf，Pr——管路壓力。在制動(dòng)時(shí)一般不超過(guò)8~12MPa。選取常見(jiàn)壓力8MPa。-4-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)計(jì)算得出前后輪缸直徑為Df=48.7mm，Dr=41.09mm。輪缸直徑經(jīng)過(guò)圓整，并應(yīng)符合HG2865-1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列。因此。確定前后輪缸直徑為：Df=50mm，Dr=40mm.3.4確定制動(dòng)力分配系數(shù)制動(dòng)力分配系數(shù)定義為：用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車(chē)總的制動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例。即：β=FB1（7）F+FB1B2β=0.662。3.5確定同步附著系數(shù)Φ0同步附著系數(shù)反應(yīng)汽車(chē)制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。同步附著系數(shù)用解析法求得的表示式為：φ0=L?β?b（8）Hg代入相關(guān)參數(shù)到式（8），得：空載時(shí)同步附著系數(shù)為0.474。滿(mǎn)載時(shí)同步附著系數(shù)為0.864。4制動(dòng)力分配曲線(xiàn)的分析4.1 繪制I曲線(xiàn)和β曲線(xiàn)根據(jù)公式（3）、（4），代入不同附著系數(shù)值，得到一組關(guān)于前后制動(dòng)器制動(dòng)力的計(jì)算數(shù)據(jù)，并將計(jì)算數(shù)據(jù)繪成以Fμ1，F(xiàn)μ2為坐標(biāo)的曲線(xiàn)，即為理想的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，并將β曲線(xiàn)繪在同一坐標(biāo)系內(nèi)。見(jiàn)圖2-5-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)圖2理想制動(dòng)力分配曲線(xiàn)4.2 前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的合理性分析汽車(chē)的制動(dòng)力的分配合理性，能夠用二種方法來(lái)描述：一是用理想制動(dòng)力分配線(xiàn)來(lái)描述，二是用利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系來(lái)描述。下文所用參數(shù)說(shuō)明如下：?——利用附著系數(shù)；——制動(dòng)強(qiáng)度；?f、?r——前后軸利用附著系數(shù)；φ0——同步附著系數(shù)；β——制動(dòng)力分配比；-6-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)ε——附著系數(shù)利用率；4.2.1 制動(dòng)法規(guī)要求利用附著系數(shù)?在0.2-0.8之間，制動(dòng)強(qiáng)度Z≥0.1+0.85(??0.2)，或利用附著系?≤(Z+0.07)/0.85。Z值在0.15-0.8之間，車(chē)輛處于各種載荷狀態(tài)時(shí)，?f線(xiàn)應(yīng)在?r線(xiàn)之上，但Z值在0.3-0.45之間時(shí)，若?r不超過(guò)?=Z線(xiàn)以上0.05，則允許?r線(xiàn)位于?f線(xiàn)之上。4.2.2 前后軸利用附著系數(shù)曲線(xiàn)的分析求得前軸利用附著系數(shù)Φf曲線(xiàn)為：?f=β?Z（9）1?(b+Z?Hg)L求得后軸利用附著系數(shù)Φf曲線(xiàn)為：?r=(1?β)?Z（10）1?(a?Z?Hg)L將上述關(guān)系式繪成曲線(xiàn)，即前后軸利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)，見(jiàn)圖3。利用附著系數(shù)越接近制動(dòng)強(qiáng)度，則路面附著條件就發(fā)揮的越充分，汽車(chē)制動(dòng)力的分配合理性就越高。按照利用附著系數(shù)曲線(xiàn)圖來(lái)考慮，為了防止后輪抱死并提高制動(dòng)效率，前軸利用附著系數(shù)曲線(xiàn)應(yīng)總在45度對(duì)角線(xiàn)下方，即總在后軸利用附著系數(shù)曲線(xiàn)下方，同時(shí)還應(yīng)靠近圖中?=Z曲線(xiàn)。結(jié)論：空滿(mǎn)載狀態(tài)下，汽車(chē)制動(dòng)力的分配比較合理。-7-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)-8-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)圖3前后軸利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定5.1 制動(dòng)管路布置的選擇經(jīng)過(guò)比較各種布置型式，可知：X型回路其特點(diǎn)是一回路失效時(shí)仍能保持50%的制動(dòng)效能，而且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒(méi)有變化，保證了汽車(chē)制動(dòng)時(shí)與整車(chē)負(fù)荷的適應(yīng)性。因此綜合考慮，選用常見(jiàn)的X型管路布置。5.2 制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定計(jì)算所用參數(shù)說(shuō)明如下：——全部輪缸工作容積容積；-9--10-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)Vm=1.1(V+V)′（14）主缸工作容積Vm=10408.629mm3。5.2.4 主缸活塞直徑的確定制動(dòng)主缸活塞直徑dm和主缸行程Sm可由下式確定：dm=4Vm（15）Sm?π得出主缸活塞直徑為dm=19.19mm。由于主缸液壓太高會(huì)對(duì)主缸缸徑產(chǎn)生很大影響，兼顧制動(dòng)管路的壓力要求，綜合考慮，主缸活塞直徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)QC/T311-1999,故選用主缸缸徑為dm=22mm。制動(dòng)主缸直徑為dm=22mm。5.2.5主缸行程的確定根據(jù)公式：Sm=Vm（16）?π?dm21/4計(jì)算得到Sm=27.395mm<（18+18）mm。主缸行程應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)QC/T311-1999的規(guī)定尺寸系列。主缸行程為Sm=30mm5.3 踏板機(jī)構(gòu)的選擇Fm——主缸推桿的工作壓力Fp——踏板力。按照GB12676的關(guān)于踏板力的要求，F(xiàn)p不大于500N,取Fp=400Nmax，ip——踏板力比Sp——踏板行程-11-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)λ——助力器助力比P——工作壓力。常見(jiàn)工作壓力為P=8Mpa。5.4 制動(dòng)踏板杠桿比的確定制動(dòng)踏板杠桿比初選ip=3.5ip=3.55.4.1 真空助力比的確定根據(jù)機(jī)械原理得到公式：Fm=π?dm2?P=Fp?λ?ip（17）4根據(jù)公式計(jì)算得到：λ=1.65。計(jì)算得到的真空助力比偏小，因此將助力比調(diào)整到λ=5真空助力比為λ=5。5.4.2 踏板行程的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：Sp=Sm?ip（18）即Sp=105mm。按照GB7258-規(guī)定，踏板全行程乘用車(chē)不應(yīng)大于120mm。因此該踏板行程符合國(guó)標(biāo)要求。踏板行程Sp=105mm。5.4.3 主缸最大壓力的確定設(shè)主缸的最大工作壓力為Pmax，則根據(jù)公式：π?dm2?P=Fp?λ?ip（19）4得Pmax=18.42Mpa。-12-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)主缸最大壓力Pmax=18.42Mpa。5.4.4主缸工作壓力根據(jù)理想的地面制動(dòng)力與實(shí)際提供的制動(dòng)器制動(dòng)力相等的原則，即FB1=2Cf?π/4?Df2?Pf?RBfRFB2=2Cr?π/4?D2?P?RBrrrR即核算出主缸壓力為：Pf=Pr=7.98MPa主缸工作壓力為P=Pf=Pr=7.98MPa。5.4.5 最大踏板力的確定根據(jù)公式（17）Fm=π?dm2?P=Fp?λ?ip4計(jì)算最大制動(dòng)踏板力。代入相關(guān)參數(shù)，dm=22mm，P=7.98MPa，λ=5，ip=3.5。計(jì)算得到：最大踏板力Fp=241N

（20）（21）根據(jù)法規(guī)GB7258-規(guī)定，制動(dòng)的最大踏板力對(duì)于乘用車(chē)不應(yīng)大于500N。設(shè)計(jì)時(shí)，緊急制動(dòng)（約占制動(dòng)總次數(shù)的5％～10％）踏板力的選取范圍，轎車(chē)為200～300N。因此此制動(dòng)踏板力滿(mǎn)足條件。駐車(chē)性能計(jì)算根據(jù)汽車(chē)在上坡路停駐時(shí)的受力情況，由此能夠得到汽車(chē)在上坡路停駐時(shí)的后軸車(chē)輪的附著力,同理得到汽車(chē)在下坡路停駐時(shí)的后軸車(chē)輪的附著力.根據(jù)后軸車(chē)輪附著力與制動(dòng)力相等的條件可求得汽車(chē)在上坡路和下坡路停駐時(shí)的極限坡度角。-13-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)7.1制動(dòng)減速度的計(jì)算按照GB7258-機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件規(guī)定的路面進(jìn)行滿(mǎn)載和空載制動(dòng)試驗(yàn)，路面附著系數(shù)要求?≥0.7，因此，計(jì)算當(dāng)?=0.7且無(wú)ABS時(shí)的制動(dòng)減速度。滿(mǎn)載時(shí)，路面附著系數(shù)?=0.7小于滿(mǎn)載同步附著系數(shù)?0=0.864，制動(dòng)時(shí)前輪先抱死，后輪后抱死，可能得到的滿(mǎn)載最大總制動(dòng)力為：FXbmax2=Gb?b+(?0??)Hg制動(dòng)減速度:j＝FXbmax2＝b?g（24）max2mb+(?0??)Hg空載時(shí)，路面附著系數(shù)?=0.7大于同步附著系數(shù)為?0=0.41，制動(dòng)時(shí)后輪先抱死，前輪后抱死，可能得到的空載最大總制動(dòng)力為：FXbmax1=Ga?a+(???0)Hg制動(dòng)減速度:j＝FXbmax1＝a?g（25）max1ma+(???0)Hg計(jì)算結(jié)果如下：空載時(shí)制動(dòng)減速度: jmax1＝6.22m/s2滿(mǎn)載時(shí)制動(dòng)減速度: jmax2＝6.46m/s2結(jié)論：GB7258-規(guī)定：滿(mǎn)載時(shí)，乘用車(chē)的平均減速度應(yīng)大于等于5.9m/s2；空載時(shí)，乘用車(chē)的平均減速度應(yīng)大于等于6.2m/s2。制動(dòng)系的制動(dòng)減速度在空滿(mǎn)載情況下均滿(mǎn)足法規(guī)規(guī)定。7.2制動(dòng)距離的計(jì)算制動(dòng)距離公式為：-15-中國(guó)高水平汽車(chē)自主創(chuàng)新能力建設(shè)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)S=1(τ2'+τ'')u0+u2（26）3.6225.92jmaxu0——制動(dòng)初速度，km/h；jmax——最大制動(dòng)減速度，m/s2；τ'+τ'''+τ2''22——制動(dòng)器起作用時(shí)間0.2s～0.9s，取(τ)=0.25s。22?＝0.7,且未安裝ABS時(shí)，計(jì)算結(jié)果如下(制動(dòng)減速度按7.1結(jié)果代入計(jì)