1、密級:編號:制動系統設計計算報告-一本報告針對1.8T汽油機+4HP20自動變速器項目名稱：B35-1車型整車設計開發制動系統設計計算報告I項目代碼:B35-1上海同濟同捷科技股份有限公司2009年01月目錄1 概述11.1 任務來源11.2 制動系統基本介紹11.3 制動系統的結構簡圖11.4 計算目的12 制動系統設計的輸入條件12.1 制動法規基本要求22.2 整車基本參數22.3 制動系統零部件主要參數23 制動系統設計計算33.1 前、后制動器制動力分配33.2 制動減速度及制動距離校核103.3 真空助力器主要技術參數113.4 制動主缸行程校核113.5制動踏板行程和踏板力校核1

2、23.6 駐車制動校核123.7 應急制動校核133.8 傳能裝置部分失效剩余制動力校核143.9 制動器能容量校核144 數據輸出列表165 結論及分析16參考文獻17Professional制動系統設計計算報告1 概述1.1 任務來源根據B35-1整車開發要求，按照確認的設計依據和要求，并依據總布置的要求對制動系統的選型并作相應的計算。1.2 制動系統基本介紹1.8T-AT車型的行車制動系統采用液壓制動系統。前制動器為帶有雙制動輪缸的通風盤式制動器，后制動器為單制動輪缸的實心盤式制動器。制動踏板為吊掛式踏板，帶真空助力器，制動管路為雙回路對角線（X型）布置，采用ABS以防止車輛在緊急制動情

3、況下發生車輪抱死。駐車制動系統為杠桿式，作用于后輪。ABS控制系統以及匹配計算由供應商完成，本文計算不做討論。1.3 制動系統的結構簡圖制動系統的結構簡圖如圖1：1.帶制動主缸的真空助力器總成2.制動踏板3.車輪4.輪速傳感器5.制動管路6.制動輪缸7.ABS控制單元圖1制動系統的結構簡圖1.4 計算目的制動系統計算的目的在于校核前、后制動力，最大制動距離、制動踏板力及駐坡極限傾角等是否符合法規及標準要求、制動系統匹配是否合理。2 制動系統設計的輸入條件2.1 制動法規基本要求（1）GB12676-1999汽車制動系統結構、性能和試驗方法（2）GB13594-2003機動車和掛車防抱制動性能和

4、試驗方法（3）GB7258-2004機動車運行安全技術條件表1-1是對相關法規主要內容的摘要。表1-1制動相關法規摘要序號項目要求1試驗路面干燥、平整的混凝土或具有相同附著系數的其它路面2載重滿載3制動初速度80km/h4制動時的穩定性不許偏出3.7m通道5制動距離或制動減速度W50.7m或$5.8m/s26踏板力W500N7駐車制動停駐角度20%坡度雙向停駐不小于5min8駐車制動操縱踏板力W500N2.2 整車基本參數表1整車基本參數列表項目代號數值空載/滿載質量kgm/mu/l1712/2170空載/滿載軸距mmL2620/2620空載/滿載質心咼mmh/hgu/gl660/672空載前

5、/后軸軸荷kgm/mfu/ru1004/708滿載前/后軸軸何kgm/mf/rl1110/1060空載前/后軸到質心水平距離mma/bu/u1084/1536滿載前/后軸到質心水平距離mma/bi/i1280/1340車輪滾動半徑mmR3472.3 制動系統零部件主要參數表2制動系統系數零部件主要參數表項目代號數值備注前/后制動器制動半徑mm"f/118/120.5樣車測量前/后制動器摩擦片摩擦系數ff/f0.38參考值前/后制動器效能因數BF/BFf/r0.76參考值制動主缸直徑mmdm25.4供應商提供制動主缸總行程mm5m30.7供應商提供前/后輪缸直徑mmd/df/r42.9

6、/38.2供應商提供前/后制動器摩擦片間隙mm（兩邊之和）5/5f/r0.7/0.7參考值真空助力比is7.5供應商提供制動踏板杠桿比ip4.3供應商提供3 制動系統設計計算3.1 前、后制動器制動力分配3.1.1 地面對前、后車輪的法向反作用力地面作用于前、后車輪的法向反作用力如圖2所示：制動系統設計計算報告3/16圖2制動工況受力簡圖由圖2，對后輪接地點取力矩得:FL=Gb+mduh（31）z1dtgFzlJIo八一|o1Fz2式中：f地面對前輪的法向反作用力，N；G汽車重力，N；b汽車質心至后軸中心線的水平距離，mm汽車質量，kg；汽車質心高度，m；Professionall車由距，m；

7、dudt汽車減速度，m/s2。FLGaz2dumhdtg3-2)式中aF地面對后輪的法向反作用力，N汽車質心至前軸中心線的距離，m。令色=zg，z稱為制動強度，則可求得地面法向反作用力為dtF=G(b+zh)/Lz1gF=G(a-zh)/L(3_3)若在不同附著系數的路面上制動，前、后輪都抱死(不論是同時抱死還是分別先后抱死)，此時F=F=G或竺=申g(申為同步附著系數)。地面作用于Xb®edt前、后車輪的法向反作用力為G、F=(b+申h)z1LgF=一(a一申h)z2Lg一3-4)3.1.2理想前后制動力分配曲線及0線3.1.2.1理想前后制動力分配曲線在附著系數為9的路面上，前、

8、后車輪同步抱死的條件是：前、后輪制動器制動力之和(Fu=FU1+F2)等于汽車與地面附著力Fe=(Fei+Fe2)；并且前、后u|11輪制動器制動力化1、F2分別等于各自的附著力仏、F2，即:F+F=9卩1卩2F=9F>卩1z1F=9F卩2z2丿或F+F=9卩1卩2FF>FF卩2z2丿將式(3-4)代入上式，得F+F=9、卩1卩2Fb+9h>pi=Fa-9hp2g3-5)3-6)根據式(3-4)、(3-5)及(3-6)式，消去變量9，得對前輪接地點取力矩，得:1GI4hLGbF=-.'b2+十F-（-+2F）卩22hGMhMgg由（3-4）式，得前制動器制動力后制動器

9、制動力GF=F=（-+申h）申MLgGF=F=（a申h）申卩2申2Lg（3-7）3-8）（3-9）由此可以建立由F屮和F卩2的關系曲線，即I曲線。3.1.2.2 0線為了沿用樣車的部分制動系統零件，我們采用以下方案：前、后制動器的主要參數沿用標桿車（前：帶有兩個制動輪缸的通風盤式；后：帶有單個制動輪缸的實心盤式）；真空助力器帶制動泵總成的主要參數、助力曲線沿用標桿車；制動踏板參照原件重新造型設計。常用前制動器制動力與汽車總制動器制動力之比來表明分配比例，稱為制動器制動力分配系數；FF0=u=pj制動力分配系數：FuFp-+Fp2（3-10）1）制動器制動力矩的計算盤式制動器的計算用簡圖如圖3所

10、示，假設襯塊的摩擦表面與制動盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動器的制動力矩為：Tf=2fNr（3-11）式中f摩擦系數；N單側制動塊對制動盤的壓緊力，N=丁p“d2；p輪缸液壓壓強MPa；r作用半徑（取平均半徑R）；m制動系統設計計算報告7/16Professional圖3盤式制動器的計算用圖Rd2）制動器效能因數的計算由汽車設計（清華大學，劉惟信主編）知，制動器效能因數可定義為在制動盤的作用半徑上所產生的摩擦力與輸入力之比，TBF=-fPr式中Tf制動器的摩擦力矩;r制動盤的作用半徑（取平均半徑Rm）；P盤式制動器兩襯塊上的壓緊力的平均值，N。對于鉗盤式制動器，設兩側制動塊對制

11、動盤的壓緊力均為P,則制動盤兩側工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2fP,f為制動盤與制動襯塊間的摩擦系數，如圖4鉗盤式制動器的制動器因數為：BF=2fP=圖4盤式制動器的受力簡圖典型值0.8）制動系統設計計算報告13/163）作用半徑的計算常見的扇形摩擦襯塊其徑向尺寸不大，取r為平均半徑Rm或有效半徑Re，則計算其平均半徑為R+R3-13）1，2扇形摩擦襯塊的內半徑和外半徑3-10）、（3-11）代入（3-12）式，得2pd2rBF1f-Lf12_式中由公式23-14)B二2pd2rBF+pd2rBF0=1fff2rrr計算過程：B=F/（FF）0屮屮|12/=Tf1/（Tf1+f2）二2fN

12、r/（2fNr+2fNr）11f11f22r2xxBFpkd2r/（2x1xBFpkd2r+1xBFpkd2r）=4f1ff4f1ff4r2rr4）同步附著系數B線和I曲線在圖中交于一點處的附著系數為同步系數，該系數是由汽車結構參數決定的、反映汽車制動性能的一個參數。式（3-10）又可表達為：F1-p=仏p（3-15）將式（36）代入上式，得，同步附著系數：pb+ph0g1PaQh0gLpbQ=一0hg（3-16）式中，L為汽車軸距，L=a+b。將表22所給參數代入以上公式得，前、后制動器制動力分配系數：卩0=0.712同步附著系數：空載時申ou=0.5滿載時申oi=0.78根據以上計算，可繪

13、出空滿載狀態理想前后制動力分配曲線（I曲線）和實際前后制動力分配曲線（0線）（如圖5）。后制動力N前制動力N滿載I曲線一空載I曲線B線圖5I曲線和B線由上可知，實際上滿載的同步附著系數e=0.78,而我國目前的道路路面狀況有較大改善，一般可達e=0.8左右，因此e=0.78滿足一般設計的要求。在e=0.78時，前、后輪同時抱死，在此之前如無ABS系統作用總是前輪先抱死。由于樣車采用ABS調節前后制動器的制動力，故在任意附著系數路面時,實際前、后制動器制動力分配是近似符合I曲線的。因此設計方案合適。3.1.3制動力及管路壓力校核前、后輪制動器制動力公式：式中：Fu1Fu2Kd2r=2pfnBF亠

14、14ffR>=2pidI-n-BF-二24rrR一rr3-17)FF屮、卩2前、后輪制動器制動力，N；p2前、后輪缸液壓壓強，MPa；前、后輪缸直徑，m；dd、BF前、后制動器單側油缸數目（僅對于盤式制動器而言）；f、BFr前、后制動器效能因數；rf、前、后制動器制動半徑，m；車輪滾動半徑，m；取制動管道壓強為：pf=pr=10MPa可得，前后制動器提供的制動力為：仏=147652佇2=5978N此時的制動力分配系數為：=0.712。在滿載9=0.78時，前、后輪同時抱死。由式（3-8）,（3-9）可計算出此時前、后軸的地面附著力為：尸血=11802N,仏=4785N。由（3-17）可以

15、推導出管路壓力公式p=2-F-R/n-d2n-BF-r（3_18）由上式計算在滿載時，前、后輪同時抱死的管路壓強為：Pf=7.902MPaP=7.914Mpa制動器提供的制動力大于滿載、前后輪同時抱死時的前后軸制動力。因此,選用的制動器滿足整車制動要求。液壓制動系統管路的一般工作壓力要求小于10Mpa，因此本系統管路壓力符合要求。3.1.4前、后軸利用附著系數與制動強度的關系曲線F申=i=z1F申=2=由公式3-19)z2式中：ef前軸利用附著系數;rabz后軸利用附著系數；前軸到質心水平距；后軸到質心水平距；制動強度。可作出前后軸利用附著系數與制動強度的關系曲線：（如圖6）k-(z+0.07

16、)/0.96k-z+制動強度k=z空載前軸曲線一空載后軸曲線滿載前軸曲線滿載后軸曲線利用附著系數和制動強度曲線數系著附用利圖6利用附著系數與制動強度的關系曲線比較以上圖表，我們可以得出以下結論：在不裝ABS的情況下，空滿載利用附著系數滿足GB12676-1999汽車制動系統結構，性能和試驗方法要求。3.2制動減速度及制動距離校核3.2.1 地面附著系數和整車參數決定的制動減速度按照GB7258-2004機動車運行安全技術條件規定的路面進行滿載和空載制動試驗，路面附著系數要求9$0.7,因此，計算Q=0.75無ABS時的制動減速度。滿載時，路面附著系數0.75小于滿載同步附著系數0.78，在滿載

17、時前輪先抱死，后輪后抱死；可能得到的滿載最大總制動力為：卩£2=&2山2申/b?+（申一申o）hg2（3-20）Fbej=b22g制動減速度2maxm2=b2+（eo7）hg2空載時，路面附著系數0.75大于同步附著系數為0.5，空載制動時后輪先抱死，前輪后抱死；可能得到的空載最大總制動力為：FB1Ga屮i-i3一21）a+3屮)h10g1Fa©j=B11g制動減速度imaxm=q+（©0e）hgi計算結果如下：滿載時制動減速度j2max=7.24m/s2空載時制動減速度jimax=8.67m/s2GB7258-2004機動車運行安全技術條件要求：滿載乘用

18、車輛平均減速度應大于等于5.9m/s2；空載乘用車輛平均減速度應大于等于6.2m/s2。空滿載制動減速度符合要求。以上制動減速度計算值是在沒有ABS控制的情況下所得值。3.2.2 制動距離的計算制動距離公式為：T''V23-22）25.92jmax制動初速度，km/hjmax最大制動減速度，m/s2T'+T''22制動器起作用時間，0.2s0.9sT'+2=0.35s22（法規要求）3.4真空助力器采用雙膜片式，前膜片直徑制動主缸行程校核為230mm，后膜片直徑為205mmV根據兀d264，得：取在9=0.75、無ABS時，計算結果如下：（制動減

19、速度按3.2.1計算）當V=80km/h由式（3-22）得滿載su=41.9m、空載sl=36.3m當V=50km/h由式（3-22）得滿載su=18.2m、空載sl=15.98m按GB12676-1999汽車制動系統結構，性能和試驗方法規定，車輛在9-0.7的試驗場進行制動試驗，制動初速度為80km/h，制動距離不得大于50.67m。制動距離滿足法規要求，設計方案合適。按GB7258-2004機動車運行安全技術條件規定，車輛在9-0.7的試驗場進行制動試驗，制動初速度為50km/h，滿載制動距離不得大于20m，空載制動距離不得大于19m，制動距離滿足法規要求，設計方案合適。以上制動減速度及制

20、動距離計算值是在沒有ABS控制的情況下所得值，僅供參考。3.3真空助力器主要技術參數d前后輪缸直徑：Professional前輪缸工作容積：V1=2X3.14X42.9X42.9X0.7三4=2022.6(mm3)后輪缸工作容積:V2=3.14X38.2X38.2X0.7三4=801.8(mm3)考慮軟管變形，主缸容積為Vm=1.1X2(V1+V2)=6213.7(mm3)m12主缸實際行程：V/(-“d2)/、/、S0=mv4m丿=6213.7三(3.14X25.4X25.4三4)=12.3(mm)主缸實際行程為12.3mm小于主缸總行程30.7mm，滿足設計要求。3.5制動踏板行程和踏板力

21、校核忽略各種間隙和泄露，制動踏板工作行程為：Sp二ip5m.(3-23)ip：制動踏板杠桿比4.35m：主缸活塞工作行程Sp=4.3X12.3=52.89(mm)踏板總行程SWipX5m=4.3X30.7=132.01mm踏板設計最大行程為132.01mm，遠大于所需要的行程52.89mm。踏板工作行程與總行程的比值為42.3%,滿足GB7258-2004機動車運行安全技術條件的規定：液壓型車制動在達到規定的制動效能時，制動工作行程不得超過踏板全行程的4/5。可見使用原車總泵、缸徑及行程滿足要求。踏板的杠桿比4.3：1F二業制動踏板踏板力：4號丁(3-24)n:踏板機構及液壓傳動效率，0.9i

22、s：真空助力比ip：踏板杠桿比dm：主缸直徑，mmp：管路壓力，MPa管路壓力：p=10MPa，計算所需踏板力：F=3.14X25.4X25.4X10三(4X4.3X7.5X0.9)=174.5N由以上計算可知，制動踏板力FV500N，符合GB12676-1999汽車制動系統結構，性能和試驗方法的規定，設計方案合適。3.6駐車制動校核3.6.1極限傾角根據汽車后軸車輪附著力F與制動力相等的條件，汽車在角度為0的上f坡路和下坡路上停駐時的制動力f、F分別為：ZUZdF=(acos0+hsin0)=F=mgsin0(3-25)zuLgfF=(acos0hsin0)=F=mgsin0(3-26)zd

23、Lgf可得汽車在上、下坡路上停駐時的坡度傾角0u、0d分別為:pa0=arctanuLphgpa0=arctandL+phgp0(°)0(°)dmax/0.515.6512.220.619.114.250.722.6316.190.826.1917.97表3滿載汽車可能停駐的極限上、下傾角因此滿載時汽車可能停駐的極限上、下坡傾角見表3按照GB12676-1999汽車制動系統結構，性能和試驗方法規定，駐車制動必須使滿載車輛在18%（10.2。）的坡道上停駐，設計方案滿足設計要求。3.6.2手柄力校核由于后制動器為鉗盤式制動器，駐車制動促動機構在制動鉗內，現在沒有相關參數，為此

24、，這里不做詳細的計算。待廠家確認后，進一步校核計算。3.7應急制動校核計算單回路制動系統的應急制動減速度。單回路制動時，總制動力為雙回路制動的1/2，因此，制動減速度計算公式為：0.5bp2g滿載：j=b+(pp)h2單max20g20.5ap1g空載：j=a+(pp)h1單max10g1制動距離計算公式同式(3-22)，計算結果如下表4：表4單回路制動系統計算輸出表項目數值法規要求值單回路空載制動減速度(m/s2)4.33±2.9單回路滿載制動減速度(m/s2)3.62±2.950km/h單回路空載制動距離(m)27.1<3850km/h單回路滿載制動距離(m)31

25、.5<3880km/h單回路空載制動距離(m)64.8<93.380km/h單回路滿載制動距離(m)76<93.33.8傳能裝置部分失效剩余制動力校核在真空助力器失效之后，制動力將會明顯減小，這樣需要判斷無真空助力制動系統決定的制動力是否能夠使前輪或后輪抱死。3.8.1制動器提供的制動力計算4 Fiinp=p由公式3-18可得，液壓系統壓力ndm其中：踏板力F為法規規定的最大踏板力500N真空助力比is取1。計算結果：p=3.82MPa由公式3-17計算得前、后制動器制動力分別為Fu1=5640.2NFu2=2283.4N3.8.2 按地面附著系數計算的制動力由公式(3-8)

26、及(3-9)計算出在Q=0.78與Q=0.5時前、后輪抱死的地面制動力如下：F=5974.6NF=2414.2N申1空申2空F=11802.2NF=4785.3N由以上可見滿載時，前后制動器提供的最大制動力均小于地面制動力，前后輪均不能抱死，制動減速度按以下計算：lmax空=m2=4.63m/s2ImaX滿=m=23.65m/s2按照GB12676-1999汽車制動系統結構，性能和試驗方法規定:制動初速度為80km/h時，滿載平均制動減速度j；max滿=3.65m/s2$1.7m/s2,空載平均制動減速度j1max空=4.63m/s2$1.5m/s2，可見設計符合法規要求。3.9制動器能容量校

27、核制動系統設計計算報告17/16Professional制動器能容量反映了制動器的磨損壽命、熱容量性能、吸收動能的能力等綜合性指標，主要用來橫向比較。通過與其它成功車型比較來判斷制動器能容量是否合理。制動器能容量就是前、后制動器單位摩擦面積，在單位時間內，吸收的汽車的動能。計算式如下：1 6m(v2-v2)=a12p2 2tA(W/mm2)1 6m(v2-v2)a122 2tA(1-p)(W/mm2)(3-27)3-28)制動系統設計計算報告21/16vvt=2-j（3-29）式中：m滿載質量,kg；aV、V制動初速度、終速度，對于轎車取乙二0,6-2汽車回轉質量換算系數，緊急制動到v2=0時，6可近似認為6=1；V=100km/h=278m/s；1j制動減速度，取j二06g二529m/S2；A、A每個前、后制動器摩擦面積，mm2。fr經測