基于巴哈賽車制動系統(tǒng)的制動力分配優(yōu)化方案的研究

摘 要：根據(jù)中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽規(guī)則要求，制動系統(tǒng)必須能夠在靜態(tài)條件下、路面以及未鋪設(shè)路面行駛速度情況下抱死并鎖定所有四個車輪，但現(xiàn)在巴哈賽車普遍存在高速行駛下，急剎車時制動力分配不合理的情況。本文通過在制動系統(tǒng)里設(shè)計了制動平衡裝置，優(yōu)化制動力分配設(shè)計方案，用螺栓加雙主缸結(jié)構(gòu)，根據(jù)車重、卡鉗力、工況來調(diào)整螺栓達到制動力合理分配，賽車具有更好的穩(wěn)定性安全性。

關(guān)鍵詞：巴哈賽車 制動系統(tǒng) 制動力分配 制動平衡

Research on the Optimal Scheme of Braking Force Distribution Based on the Braking System of Baja Racing

Liang Yecan

Abstract：According to the requirements of the Baja competition rules of the Chinese Society of Automotive Engineers， the braking system must be able to lock all four wheels under static conditions， roads and unpaved road speeds， but now Baja racing cars generally run at high speeds. The situation where the braking force distribution is unreasonable during sudden braking. This paper designs a brake balance device in the brake system， optimizes the design scheme of braking force distribution， uses bolts to add a double master cylinder structure， and adjusts the bolts to achieve a reasonable distribution of braking force according to vehicle weight， caliper force， and working conditions so that the racing car has good stability and security.

Key words：Baja racing car， braking system， braking force distribution， braking balance

1 引言

巴哈賽車是一種微型越野車賽車，巴哈賽車的設(shè)計、研究與制作在汽車技術(shù)革新和汽車設(shè)計、制造人才培養(yǎng)等方面有著非常重要的作用。制動系統(tǒng)的制動力分配方案設(shè)計，是當(dāng)前巴哈賽車設(shè)計研發(fā)過程中的核心問題之一。制動力分配方案的優(yōu)化設(shè)計，直接影響賽車在高速、急剎車、越障和過急彎等工況下能否實現(xiàn)最佳制動效能，是否會出現(xiàn)車輛會失控，出現(xiàn)側(cè)滑、翻滾、甩尾等危險情況，是賽車設(shè)計研發(fā)的核心。本文通過在制動系統(tǒng)里設(shè)計了制動平衡裝置，用螺栓加雙主缸結(jié)構(gòu)，根據(jù)車重、卡鉗力、工況來調(diào)整螺栓達到制動力合理分配，賽車具有更好的穩(wěn)定性安全性。

2 巴哈大賽對巴哈賽車制動系統(tǒng)的要求

根據(jù)中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽規(guī)則要求：賽車必須配備作用在所有車輪上的液壓制動系統(tǒng)，并通過一個單獨腳踏板賽車必須配備作用在所有車輪上的液壓制動系統(tǒng)，并通過一個單獨腳踏板操作。該踏板必須是剛性連接，不允許用拉線，直接推動制動主缸。制動系統(tǒng)必須能夠在靜態(tài)條件下、路面以及未鋪設(shè)路面行駛速度情況下抱死并鎖定所有四個車輪。制動踏板應(yīng)由鋼或鋁制造或加工，其設(shè)計應(yīng)能承受最大制動踏板力450 lbf（2000N）。

在巴哈大賽的賽場上，賽車需要通過瀝青路面、干燥的泥路、V字水溝、亂石堆以及滾木等不同工況的，過程中急減速、急彎等情況，賽車就必須具有良好的制動性，是保障賽車不發(fā)生側(cè)滑、翻滾、甩尾的重要因素。要保證制動性，其中之一就是要保證制動方向的穩(wěn)定性，這就需要制動力能夠按需分配，因此制動力的分配就顯得格外重要。

3 巴哈賽車制動系統(tǒng)的設(shè)計和組成

賽車的制動系統(tǒng)是賽車的安全性和穩(wěn)定性重要保障。為了滿足大賽要求，根據(jù)之前參賽的制動系統(tǒng)的方案經(jīng)驗，同時考慮到賽車的輕量化，后輪首次采用中央制動系統(tǒng)，降低成本，方便維護保養(yǎng)，同時減輕整車重量并有效的減輕簧下質(zhì)量。

巴哈賽車制動系統(tǒng)基本組成是制動踏板、制動主缸、制動器（卡鉗）、制動盤、制動平衡裝置、制動軟管、三通、制動液儲液罐等組成。

各個主要零部件的選擇如下：

（1）制動踏板：利用6061鋁制作制動杠桿，制動主缸安裝在車頭下方，使用高強度方管焊接在車架上進行完全固定，保證變形量最小。使用雙扭回位彈簧進行回位，回位彈力大，響應(yīng)快，占用空間小，方便安裝與維護。（2）制動主缸：選用三輪車廣泛應(yīng)用的長行程制動主缸，材料鋁制，活塞行程80MM。質(zhì)量輕，足夠長的活塞行程能及時補償制動卡鉗的活塞移動量。（3）卡鉗：前制動卡鉗選用愛得利ADL-17四活塞定鉗，配用170mm制動盤;后制動卡鉗選用愛得利ADL-6六活塞定鉗，配用220mm大直徑制動盤。穩(wěn)定性高，制動響效快，密封性好，產(chǎn)生制動壓力高，制動襯片摩擦系數(shù)高，為賽車制動提供強大而高效的制動力。（4）制動液：型號：DOT4，平衡回流沸點超過260℃，濕沸點最低為170℃。穩(wěn)定性高，抗泡性好，使用壽命長，保證制動系統(tǒng)能長時間提供強有力的制動性能。（5）制動平衡裝置：通過調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)螺栓與主缸推桿之間的間隙，進行調(diào)整前后制動力制動先后的時刻和制動力的大小，得到不同的制動力分配。

4 巴哈賽車制動系統(tǒng)制動力分配優(yōu)化方案

4.1 巴哈賽車制動力分配重要性

巴哈賽車在制動時會由于車輛重心前移，后輪的地面附著力減小，制動力自然也減小，從而導(dǎo)致賽車的剎車距離較長，嚴(yán)重的則同樣會造成賽車擺尾等現(xiàn)象。如果此時能增大后輪的制動力不僅可縮短制動距離，而且可保證賽車制動時的穩(wěn)定性。此外在制動時如果四個車輪地面附著情況不一樣，或者在車輛轉(zhuǎn)彎時制動，內(nèi)外側(cè)車輪的附著力也會不一致。如前左和后右附著在泥濘中而前右和后左附著在干燥道路上，這種情況將會導(dǎo)致四個車輪與地面的附著力不一樣，亦容易造成車輛制動傾斜、打滑、甚至側(cè)翻。如果此時能根據(jù)各個車輪的實際地面附著情況，分別施加不同的制動力，顯然可提高車輛的制動性能和穩(wěn)定性。

4.2 巴哈賽車制動力分配結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

4.2.1 第一種結(jié)構(gòu)是：制動平衡裝置

（1）結(jié)構(gòu)組成：制動踏板、制動主缸、推桿、調(diào)整螺栓。（2）原理。制動主缸的左缸控制前輪，右缸控制后輪。通過調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)螺栓與主缸推桿之間的間隙（圖3紅色部分），從而改變左右主缸的壓力，調(diào)整了前后制動力制動先后的時刻和制動力的大小，得到不同的制動力分配。

前輪制動，后輪不制動。調(diào)整左側(cè)調(diào)整螺栓，直至間隙沒有，右側(cè)調(diào)整螺栓不調(diào)整，就可以實現(xiàn)前輪得到100%的制動力，后輪沒有得到制動力。

前輪不制動，后輪制動。調(diào)整右側(cè)調(diào)整螺栓，直至間隙沒有，左側(cè)調(diào)整螺栓不調(diào)整，就可以實現(xiàn)前輪沒有得到制動力，后輪得到100%的制動力。

前后輪平均分配制動。同時調(diào)整左側(cè)調(diào)整螺栓，右側(cè)調(diào)整螺栓，可以實現(xiàn)前后輪平均分配制動力，前輪得到50%制動力，后輪得到50%的制動力。

可變制動。根據(jù)賽車的重量、卡鉗的壓力、以及配合實際工況情況來進行左右調(diào)整螺栓，從而匹配賽道需要的制動力分配。由于賽車前段安裝零部件較少比較輕，后輪安裝有發(fā)動機、變速器等零件較重，所以后輪需要更多的制動力，于是需要把左側(cè)調(diào)整螺栓比右側(cè)要擰進更多。經(jīng)多次試驗，當(dāng)前輪43%，后輪57%制動力分配時，是賽車最佳的制動效果。

4.2.2 第二種結(jié)構(gòu)是：平衡桿機構(gòu)

結(jié)構(gòu)組成：制動踏板、制動主缸、調(diào)整螺栓、軸承。

采用平衡桿機構(gòu)。當(dāng)賽車行駛過程中載荷或者路面附著系數(shù)發(fā)生變化時，平衡桿通過通過改變自身的杠桿比來改變前后制動力的分配比以確保最佳的情況，讓前后輪能夠同時抱死。

對比分析：

（1）成本：第一種結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。第二種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。（2）安裝：第一種零部件少，便于安裝。第二種軸承在軸套里，比較難裝。（3）調(diào)整：第一種直接調(diào)整左右螺栓即可，比較方便，而且調(diào)整的制動力比范圍大0-100%。（4）影響：第一種兩邊調(diào)整相互不影響，獨立裝置;第二種左右兩邊調(diào)整是相互影響的。（5）制動力效果：第一種需要人工調(diào)整，不斷試驗，才能達到效果;第二種需要人工調(diào)整，但過程中可以實現(xiàn)小范圍的自動調(diào)整。

5 結(jié)語

（1）為了保障賽車在比賽中安全，就必須具有良好的制動性，才能保障賽車不發(fā)生側(cè)滑、翻滾、甩尾的情況。要保證制動性，其中之一就是要保證制動方向的穩(wěn)定性，這就需要制動力能夠按需分配。（2）經(jīng)過對比兩種不同結(jié)構(gòu)的制動力分配機構(gòu)，制動平衡裝置擁有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于安裝，調(diào)整也方便，調(diào)整范圍大的優(yōu)點，大多數(shù)賽車均使用此結(jié)構(gòu)。（3）使用制動平衡裝置，左側(cè)調(diào)整螺栓比右側(cè)要彌補間隙更多，當(dāng)賽車的重量為179kg、卡鉗的壓力為4.8Pa的前提下，前輪制動力分配為43%，后輪制動力分配為57%時，是賽車最佳的制動效果。

課題來源：2018年度廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)、哲學(xué)和人文社會科學(xué)研究項目。課題名稱：汽車底盤制動系統(tǒng)實訓(xùn)臺架研制與推廣應(yīng)用。課題編號：JZY2018KAZ02。

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作者簡介

梁業(yè)燦：（1990—），男，廣西玉林人，漢族，本科，助教。研究方向：汽車服務(wù)和汽車維修。