制動系統(tǒng)平臺化開發(fā)策略研究

馬廣，吳新宇，劉易寒，張志明（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

制動系統(tǒng)平臺化開發(fā)策略研究

馬廣，吳新宇，劉易寒，張志明
（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

摘 要：借助于國外主流汽車企業(yè)的平臺化、模塊化開發(fā)模式，文章分析了制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的問題和關(guān)鍵點(diǎn)，闡述了制動系統(tǒng)平臺化開發(fā)的基本思路。通過對國外某汽車公司車型平臺制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，得出平臺化設(shè)計(jì)原則，同時(shí)需要綜合考慮制動系統(tǒng)法規(guī)要求、制造工藝、輕量化設(shè)計(jì)等前提下，以最高標(biāo)準(zhǔn)要求和限制條件來開發(fā)設(shè)計(jì)制動系統(tǒng)，使之能夠在最大通用化情況下，較少對零部件進(jìn)行更改。

關(guān)鍵詞：制動系統(tǒng)；平臺化；開發(fā)策略；制動器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.014

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-33-03

引言

汽車平臺化、模塊化開發(fā)已成為全球汽車行業(yè)的主流發(fā)展趨勢。特別是伴隨油耗法規(guī)的收緊，促使汽車公司將更多的資源向新能源方向傾斜，這就要求其余系統(tǒng)的開發(fā)成本要大幅降低，通用性則要大大提高。

目前，國內(nèi)對汽車平臺化的研究才剛剛開始。本文根據(jù)公司近年來車型平臺開發(fā)項(xiàng)目，總結(jié)了制動系統(tǒng)平臺開發(fā)過程中的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國外先進(jìn)的平臺開發(fā)案例，論述了制動系統(tǒng)平臺開發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則。

1、制動系統(tǒng)平臺開發(fā)規(guī)劃

公司借鑒國外公司成熟的整車開發(fā)流程，建立了符合自身實(shí)際的整車開發(fā)流程。該流程規(guī)定，在項(xiàng)目初期階段需要確定基于目標(biāo)市場、品牌定義、產(chǎn)品配置需求等限制條件的整車架構(gòu)（包含目標(biāo)市場法規(guī)需求、初始整車技術(shù)規(guī)范、主要系統(tǒng)概念、方案和技術(shù)要求、初始硬點(diǎn)等）。

制動系統(tǒng)平臺架構(gòu)的開發(fā)要在整車開發(fā)流程內(nèi)，同時(shí)兼顧所有建立在此平臺上的車型。制動系統(tǒng)必須同時(shí)要滿足車型品類的拓展和車型配置要求及性能。在企業(yè)內(nèi)一般在底盤模塊下協(xié)調(diào)同步開發(fā)。

2、制動系統(tǒng)平臺化開發(fā)思路

制動系統(tǒng)平臺架構(gòu)一般分為操作助力端、執(zhí)行端和控制端三部分。制動系統(tǒng)平臺化開發(fā)目標(biāo)是要在滿足所有平臺內(nèi)車型的需求基礎(chǔ)上，增加共用零部件，降低開發(fā)費(fèi)用，縮短開發(fā)周期。

2.1 操作助力端平臺化開發(fā)

操作助力端主要包括制動踏板、真空助力器（或電動助力器）帶制動總泵。是從車輛駕駛員觸發(fā)動作到制動系統(tǒng)對動作轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，其物理邊界與車身機(jī)艙及前圍結(jié)構(gòu)有關(guān)，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)與人機(jī)布置空間、操作舒適性、制動踏板感覺相關(guān)。

制動踏板一般與油門踏板、離合踏板(統(tǒng)稱為三踏)共同作為操作模塊進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)主要與人機(jī)布置，操作舒適性等相關(guān)。例如公司某平臺車型采用SAE 95%人體坐姿進(jìn)行布置校核，制動踏板杠桿比初選為3.0，在同時(shí)滿足不同品類車型的人體坐姿下確定三踏的布置位置（圖1）。若考慮輕量化設(shè)計(jì)，則需要考慮在滿足布置空間的要求下，選用空心踏板臂式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)制動踏板的輕量化設(shè)計(jì)要求。

真空助力器帶制動總泵通過螺栓將車身前圍與制動踏板連接到一起，布置位置位于前機(jī)艙內(nèi)，布置中要考慮周邊件如車身前圍、前風(fēng)窗下橫梁、搭載動力總成及相關(guān)附件等，同時(shí)考慮整車重量等因素下，確定真空助力器膜片的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格（圖2）。如公司某緊湊級車型平臺在考慮整車質(zhì)量、質(zhì)心位置的前提下，可選擇單膜片11英寸規(guī)格或雙膜片7+8英寸兩種規(guī)格[1]，在考慮搭載動力總成和風(fēng)窗下橫梁的結(jié)構(gòu)后，全系列平臺選用雙膜片7+8英寸規(guī)格。若考慮輕量化設(shè)計(jì)，則應(yīng)考慮貫穿式助力器結(jié)構(gòu)以及鋁制殼體材質(zhì)，滿足其輕量化要求。

制動踏板和真空助力器帶制動總泵布置設(shè)計(jì)完成后，可初步確定其物理邊界，為滿足不同品類及不同風(fēng)格車型需求，在制動踏板主體沿用的前提下，可適當(dāng)調(diào)整制動踏板踏面的狀態(tài)。對于真空助力器帶制動總泵，主要與制動踏板感覺關(guān)聯(lián)密切，因此在確保主體通用的前提下，可調(diào)整內(nèi)部參數(shù)如助力比、空行程、始動力、跳躍值等參數(shù)，匹配不同風(fēng)格車型對制動踏板感覺的要求。

2.2 執(zhí)行端平臺化開發(fā)

執(zhí)行端主要指車輪制動器（盤式制動和鼓式制動）。是制動系統(tǒng)執(zhí)行制動動作的部分，因此其受力要求及工作環(huán)境也最嚴(yán)格。制動器物理邊界與車輪輪輞規(guī)格、懸架結(jié)構(gòu)形式及轉(zhuǎn)向機(jī)布置位置相關(guān)，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)與制動力分配系數(shù)、制動熱容量、制動強(qiáng)度等性能指標(biāo)相關(guān)。

因盤式制動器散熱性好、重量輕及維修方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在乘用車車型中廣泛采用，因此公司某平臺車型全部采用盤式制動器，前制動器為浮動鉗、通風(fēng)盤式結(jié)構(gòu)，后制動器為浮動鉗、實(shí)心盤式結(jié)構(gòu)。前制動鉗布置于前輪心前部，后制動鉗布置于后輪心后部，對其進(jìn)行與后周邊件間隙分析，要求滿足零部件間隙要求。考慮后制動鉗為集成式電子駐車結(jié)構(gòu)，運(yùn)用后懸架運(yùn)動模型在懸架全行程范圍內(nèi)進(jìn)行制動鉗與周邊件的運(yùn)動校核分析驗(yàn)證（圖3）。

相同的制動器匹配不同車型，要綜合考慮車型尺寸、整車重量、質(zhì)心位置等因素，并要求對制動盤熱容量進(jìn)行仿真分析，滿足其基本制動熱容量需求。以某車型后制動盤熱容量為例，以ANSYS中workbench進(jìn)行模擬仿真分析[3]。

為實(shí)現(xiàn)執(zhí)行端跨平臺共用，綜合考慮平臺內(nèi)轎車、SUV、MPV的整車參數(shù)后，選用同一狀態(tài)制動鉗，確保制動鉗體、制動摩擦襯片、內(nèi)部液壓活塞及接口尺寸相同，制動盤及制動鉗安裝支架因不同品類車型制動力分配系數(shù)不同而尺寸規(guī)格有所調(diào)整。

2.3 控制端平臺化開發(fā)

制動系統(tǒng)控制端主要指防抱死控制系統(tǒng)、車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)及傳感器部件，

其對整車安全性能起到極其重要的作用?；诖耍灸称脚_全系車型采用博世公司研發(fā)的ESP9.0車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)。對于控制單元部分，為實(shí)現(xiàn)平臺共用，統(tǒng)一使用加強(qiáng)版控制單元模塊，其電機(jī)、控制器外殼體、線束接插端、油路接口技術(shù)狀態(tài)一致，全系車型布置位置也相同，統(tǒng)一布置于機(jī)艙左側(cè)，變速器上方、真空助力器前端，實(shí)現(xiàn)區(qū)域平臺化布置設(shè)計(jì)。

軟件控制策略部分因不同車型品類整車參數(shù)、搭載不同動力總成、輪胎規(guī)格及不同車型操縱穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同等因素制約，目前尚無法實(shí)現(xiàn)平臺化設(shè)計(jì)。

3、國外制動系統(tǒng)平臺化案例分析

研究國外某汽車公司的車型平臺發(fā)現(xiàn)，該平臺制動系統(tǒng)執(zhí)行端雖然不能完全通用，但其制動鉗部分可實(shí)現(xiàn)共用，在匹配不同品類車型如轎車相對SUV車型上，通過對制動盤盤徑做適當(dāng)調(diào)整，滿足其制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。該平臺前制動鉗缸徑均為Φ54，在配置尺寸、質(zhì)量較小的車型時(shí)，制動盤規(guī)格為Φ288×28mm，在配置質(zhì)量較大車型時(shí)，制動盤規(guī)格為Φ315×28mm規(guī)格。根據(jù)制動盤直徑的調(diào)整，變更前制動器有效制動半徑，滿足不同質(zhì)量參數(shù)車型的制動系統(tǒng)匹配需求。

該平臺后制動器也采用了同樣的設(shè)計(jì)思路。相同輪缸直徑后制動鉗根據(jù)匹配車型質(zhì)量參數(shù)的不同對后制動盤直徑進(jìn)行調(diào)整。此設(shè)計(jì)不僅能保證車輛性能，實(shí)現(xiàn)了最大化的零部件共用，同時(shí)也減輕了整車重量，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4、結(jié)論

制動系統(tǒng)平臺化開發(fā)需要在全面掌握制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)基礎(chǔ)上，將平臺化的特殊要點(diǎn)匯入設(shè)計(jì)思路中。制動系統(tǒng)平臺化總的設(shè)計(jì)原則是，綜合考量整車制動系統(tǒng)法規(guī)要求、性能目標(biāo)、制造工藝、維修便利性等前提下，以最高標(biāo)準(zhǔn)要求和限制條件來開發(fā)制動系統(tǒng)，則在整車不同配置需求下可以適當(dāng)?shù)膶α悴考M(jìn)行靈活更改。

參考文獻(xiàn)

[1] 方泳龍.汽車制動理論與設(shè)計(jì)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[2] 劉惟信.汽車制動系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 張劍,夏長高.盤式制動器瞬態(tài)溫度場與摩擦因數(shù)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2014,(2):119-121.

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[5] 張純洪,吳迪.模塊化生產(chǎn)對汽車產(chǎn)業(yè)的影響及其后發(fā)優(yōu)勢分析[J].科學(xué)學(xué)研究,2008,4:754-758.

Study of Braking System Platform Develop Strategy

Ma Guang, Wu Xinyu, Liu Yihan, Zhang Zhiming
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of Hebei, Hebei Baoding 071000）

Abstract:By the aid of platform strategy and modularization of mainstream foreign motor company, key points and issue of the design and develop strategy of braking system and guidelines of braking system has been introduced. With the study of braking system of a foreign company’s platform, the platform guidelines can be obtained. The braking system should be designed based on the braking system rules, manufacturing process and light weighting, with the highest standards and limits to make the components less changing by maximum general utilization.

Keywords:braking system; Platform; Design Development; brake

作者簡介：馬廣，助理工程師，就職于長城汽車股份有限公司，從事底盤布置設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

中圖分類號：U463.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-33-03