轎車制動(dòng)系統(tǒng)匹配與虛擬樣機(jī)實(shí)現(xiàn)

裴新利

（江鈴重型汽車有限公司，山西 太原030000）

汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成系統(tǒng)，它更是整個(gè)汽車的重要組成部件。在車輛的減速、下坡、駐車等過(guò)程中，汽車制動(dòng)系統(tǒng)都發(fā)揮著極其重要的作用。因此要求制動(dòng)系統(tǒng)必須具有良好的制動(dòng)性。而汽車制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：制動(dòng)效能、制動(dòng)效能的恒定性、制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)及虛擬裝配來(lái)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、研究中存在的問(wèn)題，提出更加合理的方案，從而可以縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)的成本。

1 制動(dòng)系參數(shù)的選擇及匹配計(jì)算

1.1 制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇

1.1.1 相關(guān)的整車參數(shù)（如表1所示）

表1 某轎車整車參數(shù)

1.1.2 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)

汽車制動(dòng)時(shí)，若忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對(duì)任一角度w＞0的車輪，其力矩平衡方程為：

其中：

Tf為制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N·m；

FB為地面作用于車輪上的制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N；

re為車輪有效半徑，m.

令

稱之為制動(dòng)器制動(dòng)力，它與地面制動(dòng)力FB反向，當(dāng)加大踏板力以加大Tf時(shí)，F(xiàn)f和FB均增大，但地面制動(dòng)力FB受附著條件的限制，其值不大于附著力FΦ，即：

式中：

Φ為輪胎與地面間的附著系數(shù)；

Z為地面對(duì)車輪的法向反力。

汽車總的地面制動(dòng)力為：

故制動(dòng)力分配系數(shù)

1.1.3 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩

為保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。選取同步附著系數(shù)Φ0值的汽車，為了保證在Φ＞Φ0的良好路面上能夠制動(dòng)到后軸車輪和前軸車輪先后抱死滑移，前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為：

式中：

Φ為該車所能遇到的最大附著系數(shù)；

re為車輪有效半徑；

β為制動(dòng)力分配系數(shù)；

L為軸距；

Tf1max為前軸最大制動(dòng)力矩；

Tf2max為后軸最大制動(dòng)力矩。

1.2 制動(dòng)器因數(shù)和制動(dòng)蹄因數(shù)的分析計(jì)算

對(duì)鉗盤式制動(dòng)器，假設(shè)兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力均為P，則制動(dòng)盤在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2fP，其中f為盤與知制動(dòng)襯塊間的摩擦系數(shù)，取f=0.5，因此，鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)為

2 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的匹配計(jì)算

2.1 制動(dòng)輪缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

制動(dòng)輪缸對(duì)制動(dòng)塊的作用力P與輪缸直徑dw及制動(dòng)輪缸中的液壓p之間有如下關(guān)系式：

式中：

p為考慮到制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或灌錄液壓，p=8MPa～12 MPa.

一個(gè)輪缸的工作容積

式中：

dw為個(gè)輪缸活塞的直徑；

n為輪缸活塞的數(shù)目；

δ為一個(gè)輪缸活塞在完全制動(dòng)時(shí)的行程:

取δ=2mm.

因此全部輪缸的工作容積為

式中：

m為輪缸的數(shù)目；

2.2 制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

主缸活塞直徑dm和sm活塞行程可由下式確定：

故取sm=dm

2.3 制動(dòng)踏板力與踏板行程

2.3.1 制動(dòng)踏板力

制動(dòng)踏板力Fp可用下式驗(yàn)算：

式中：

dm為制動(dòng)主缸活塞直徑；

p為制動(dòng)管路的液壓；

ip為制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比，；

η為制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)及制動(dòng)主缸的機(jī)械效率，可取η =0.85～0.95.

2.3.2 踏板行程

制動(dòng)踏板工作行程xp可由下述公式得到：

式中：

δm1為主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取1.5 mm～2mm；

δm2為主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過(guò)的行程。

3 制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.1 制動(dòng)效能

制動(dòng)效能是指在良好路面上，汽車以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度。制動(dòng)效能是制動(dòng)性能中最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離越小，制動(dòng)減速度越大，汽車的制動(dòng)效能就越好。

3.1.1 制動(dòng)減速度

制動(dòng)減速度是制動(dòng)時(shí)車速對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即。它反映了地面制動(dòng)力的大小，因此與制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力有關(guān)。

式中：

u0為汽車起始制動(dòng)車速（km/h）；

ub為 0.8u0時(shí)的車速（km/h）；

ue為 0.1u0時(shí)的車速（km/h）；

sb為u0到ub車輛所經(jīng)過(guò)的距離（m）；

se為u0到ue車輛所經(jīng)過(guò)的距離（m）。

3.1.2 制動(dòng)距離

從制動(dòng)的全過(guò)程來(lái)看，總共包括駕駛員見到信號(hào)后作出行動(dòng)反應(yīng)、制動(dòng)器起作用、持續(xù)制動(dòng)和放松制動(dòng)器四個(gè)階段。一般來(lái)說(shuō)，制動(dòng)距離是開始踩著制動(dòng)踏板到完全停車的距離。由制動(dòng)距離的計(jì)算公式

式中:

uao為起始制動(dòng)車速；

abmax為最大制動(dòng)減速度。

3.2 制動(dòng)效能的恒定性

制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能，它是指汽車在高速行駛或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度?？篃崴ネ诵阅芘c制動(dòng)器摩擦副材料及制動(dòng)器結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般盤式制動(dòng)器，其制動(dòng)效能沒(méi)有鼓式制動(dòng)器大，但其穩(wěn)定性比鼓式制動(dòng)器的好。

3.3 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性

制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定路徑行駛的能力來(lái)評(píng)價(jià)。通常影響制動(dòng)時(shí)汽車方向穩(wěn)定性的因素包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況。制動(dòng)時(shí)發(fā)生上述三種情況時(shí)，汽車將偏離給定的行駛路徑（如表2所示）。

表2 制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算值

4 虛擬裝配

4.1 制動(dòng)器的裝配（如圖1所示）

圖1 制動(dòng)器的裝配

4.2 輪胎的裝配（如圖2所示）

圖2 輪胎的裝配

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這種設(shè)計(jì)思路和工作流程，計(jì)算并設(shè)計(jì)出的汽車制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算后符合汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求，能夠滿足汽車對(duì)制動(dòng)性能的需求。從而提高了工作效率，節(jié)省了成本和時(shí)間。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：人民交通出版社，2010.

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

[3]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.