關(guān)于汽車制動系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計探討

郝孟軍 梅容芳 宮濤 劉福華 劉良 周彬

摘 要：我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的速度在不斷的加快，同時得到了我國有關(guān)部門的重視，在這種情況下，汽車產(chǎn)業(yè)的安全問題也是人們非常重視的問題。在汽車的安全系統(tǒng)中，汽車制動系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的作用。汽車制動系統(tǒng)的主要作用是要確保車輛在進行制動的過程中有比較穩(wěn)定的減速過程。本文對汽車制動系統(tǒng)的性能進行了深入的分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：汽車制動系統(tǒng) 性能分析 優(yōu)化設(shè)計

Abstract：The development speed of China's automobile industry is continuously accelerating， and at the same time it has been paid attention to by the relevant departments of our country. In this case， the safety issue of the automobile industry is also an issue that people attach great importance to. In the car's safety system， the car braking system is a very critical function. The main function of the automobile braking system is to ensure that the vehicle has a relatively stable deceleration process during the braking process. In this paper， an in-depth analysis of the performance of the automobile brake system is carried out， and the corresponding optimized design is proposed.

Key words：automobile brake system， performance analysis， optimal design

1 引言

汽車制動系統(tǒng)的作用主要是在制動時對車輛進行可靠的減速，同時確保車輛在制動過程中不受地面坡度的干擾，使車輛能夠平穩(wěn)地行駛。汽車制動系統(tǒng)中最常見的制動方法是電子制動以及氣動動力制動。在本文中，主要分析汽車的制動系統(tǒng)工作原理，分析了制動系統(tǒng)的主要功能，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。

2 汽車制動系統(tǒng)的主要工作原理

2.1 電子制動系統(tǒng)的工作原理

一般來說，汽車的電子制動系統(tǒng)的原理主要包括以下幾點：如果車輛在進行行駛時，需要進行緊急制動，駕駛員需要用力通過制動踏板進行制動信號的發(fā)送，信號經(jīng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有效調(diào)節(jié)后通過機電制動系統(tǒng)，同時，確保直流無刷力矩發(fā)動機直接接收輸出鎧裝的電壓，然后運用旋轉(zhuǎn)發(fā)動機軸把需要輸出的轉(zhuǎn)速信號傳輸?shù)絺鲃訖C構(gòu)中，通過減速以及扭矩把轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成螺桿的位移，在這個制動過程中，汽車機電制動系統(tǒng)的工作過程是非常速度的，只有0.1s。

2.2 汽車氣動制動系統(tǒng)的工作原理

目前，許多車輛主要采用氣動制動系統(tǒng)。為了更好的提升氣壓制動系統(tǒng)的安全性，應(yīng)總結(jié)和分析氣壓制動系統(tǒng)的工作原理和特點，提升氣制動系統(tǒng)的工作效率。當駕駛員安全駕駛時，汽車空氣制動系統(tǒng)不使用汽車空氣制動系統(tǒng)。在此過程中，車輛的氣動制動系統(tǒng)是處于待機的狀態(tài)，氣動制動系統(tǒng)的氣動閥和快速釋放閥完全失效，車輛氣動制動系統(tǒng)的前后制動氣室與室外空氣的氣壓是處于相同的狀態(tài)，但氣室沒有與儲氣罐中的壓縮空氣進行有效地連接，當車輛遇到緊急的情況時，需要進行緊急制動，司機需要做好車輛氣動制動系統(tǒng)的制動閥，能夠及時的踩下車輛的制動踏板。車輛氣動制動系統(tǒng)的后制動室與外部大氣是處于隔離的狀態(tài)，系統(tǒng)前后制動器和壓縮空氣罐之間的連接路徑將它們相互連接。汽車的氣動制動系統(tǒng)也會促進壓縮汽車的制動器和輪胎輪之間的空氣，摩擦用于注意移動車輛的制動。汽車氣動制動系統(tǒng)的工作過程主要取決于轉(zhuǎn)換信號和制動閥分離踏板時的壓力信號。汽車的空氣制動系統(tǒng)會發(fā)出制動的信號，對正在運行的汽車進行制動。汽車的氣壓制動系統(tǒng)的評價主要看其制動效率，同時制動的可靠性以及穩(wěn)定性也是比較重要的因素，汽車氣壓制動系統(tǒng)的制動性能是最基本的條件，汽車制動系統(tǒng)的制動性能是確保汽車在空氣制動系統(tǒng)運行時外觀的最重要因素，可能會發(fā)生相對穩(wěn)定的減速和阻尼過程，使車輛能夠在復(fù)雜的工作環(huán)境中停車，即使在平均傾斜度下，對汽車制動系統(tǒng)的制動效率進行評價的標準主要是以汽車制動系統(tǒng)中的制動距離以及制動時間而定的。第二是汽車的氣壓制動系統(tǒng)是否穩(wěn)定。這考核標準主要是看汽車氣壓制動系統(tǒng)在長期行駛和制動過程中，能否進行正常以及連續(xù)的制動，制動性能是否穩(wěn)定。最后，汽車的穩(wěn)定性。在進行緊急制動的過程中，必須確保車輛的穩(wěn)定性，車輛不存在任何轉(zhuǎn)向、打滑等情況，因此必須遵守上述要求。這些要求與車輛氣制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。只有在確保汽車制動系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，才能有效提高汽車在行駛過程中的安全性，以上三個標準是評價汽車輪胎制動系統(tǒng)能否安全可靠運行的重要標準。車輛制動系統(tǒng)應(yīng)滿足上述指標，以確保安全可靠地運行。

3 汽車制動系統(tǒng)的性能分析

3.1 制動效率

在汽車制動系統(tǒng)中，制動效率是指讓汽車在進行正常行駛的過程中，能夠在進行制動后，讓汽車減速或者是停止行駛。因此，從汽車的制動效率角度看，非常重要的設(shè)計準則是需要有效地減少汽車制動所需的距離以及時間，從而能夠滿足汽車制動的安全性需求。

3.2 恒定性

汽車制動系統(tǒng)的恒定性主要是指其在進行制動的過程中確保汽車長期制動和持續(xù)維護的能力。因此，車輛制動系統(tǒng)的持續(xù)維護性能是車輛制動系統(tǒng)穩(wěn)定性能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計標準。

3.3 穩(wěn)定性

在汽車的制動系統(tǒng)中，穩(wěn)定性也是比較關(guān)鍵的因素，主要是要在汽車進行制動的過程中，避免出現(xiàn)汽車爆胎以及轉(zhuǎn)彎的問題。因此，汽車制動系統(tǒng)對車輛的穩(wěn)定性要求也是非常高的，這對汽車的安全行駛具有重要的意義。

4 汽車制動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

4.1 對電子制動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

第一，理想滾珠絲杠設(shè)計。首先確定一對滾珠絲杠的標稱動載荷。制動系統(tǒng)執(zhí)行器的一對滾珠絲杠支撐的應(yīng)力載荷主要是內(nèi)部制動裝置的制動效果。在這方面存在一定的振動和沖擊效應(yīng)。因此，有必要根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)負載條件計算標稱電壓水平，并在此基礎(chǔ)上選擇一對滾珠絲杠。其次，驅(qū)動扭矩和效率的計算。確定一對滾珠絲杠的標稱動載荷水平后，可選擇適用的相應(yīng)部件模型，確定制動系統(tǒng)執(zhí)行器的總體幾何參數(shù)，計算驅(qū)動力矩和效率。在計算驅(qū)動力矩和效率時，應(yīng)充分考慮滾珠絲杠的預(yù)載狀態(tài)，而計算必須以兩種方式進行：有預(yù)載和無預(yù)載，并選擇最有效的設(shè)計方案。

第二，直流牽引發(fā)動機的選擇。車身和駕駛員是汽車機電制動系統(tǒng)的主要發(fā)動機部件。在選擇直流發(fā)動機的過程中，需要確保設(shè)備能夠有比較理想的運行穩(wěn)定性、較大的輸出扭矩、對接剛度、制動工況響應(yīng)快、調(diào)速方便。在汽車的電子制動系統(tǒng)中，直流發(fā)動機具有很多的顛簸以及振動，因此需要確保設(shè)備具備相應(yīng)的耐磨性、承載干擾性和易維護性。

第三，減速器的優(yōu)化設(shè)計。行星齒輪的組合。在減速器優(yōu)化項目中，首先必須根據(jù)系統(tǒng)傳動比分配齒輪齒數(shù)，相應(yīng)的齒輪必須滿足相鄰條件和安裝條件。具體要求如下：所有中心外齒輪副和行星齒圈的實際中心距離應(yīng)相等，相鄰行星齒圈的TOPO半徑之和應(yīng)小于中心距離。

4.2 汽車制動系統(tǒng)氣動動態(tài)制動的設(shè)計優(yōu)化

第一，氣動動力制動的設(shè)計優(yōu)化。在汽車制動系統(tǒng)中，氣動動力進行制動的過程中，首先要詳細了解氣動動力系統(tǒng)進行工作的原理。一般來說，沒有重視空氣泄漏的情況，車輛制動系統(tǒng)前后儲氣罐之間的壓力也可以稱之為恒壓源。因此，制動器的基本部件可以運用靜壓源進行設(shè)計以及建模工作，主要的內(nèi)容有雙腔制動閥、制動氣室、繼動閥以及氣動管路。首先，雙室制動閥是車輛制動系統(tǒng)的主要控制部件。當駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板的制動信號可以通過制動閥的傳遞轉(zhuǎn)化成制動的壓力信號，雙腔制動閥的工作流程主要是：首先要進行增壓，其次是壓力的維，最后是進行減壓泄壓工作，在構(gòu)建雙腔制動閥模型的過程中使用的建模參數(shù)需要使用標準參數(shù)，如制動閥彈簧的剛度、活塞回位彈簧的剛度以及制動過程中廢氣的凈化率。在汽車的制動系統(tǒng)中，繼動閥的主要功能是對制動閥以及制動氣室進行開啟。該組合由四個管接頭組成：空氣輸出、空氣進口、空氣出口和排氣出口。汽車制動系統(tǒng)中的氣動管路的功能是一個氣動傳輸通道。對汽車制動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計的主要目的是為了有效提升汽車的制動壓力，找出最大制動壓力與制動速度之間平衡點。在進行設(shè)計模型的構(gòu)建中，需要對制動系統(tǒng)進行優(yōu)化從而有效地確定模型參數(shù)。

第二，氣動動態(tài)制動關(guān)鍵環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計。在對汽車制動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要仿真模型進行優(yōu)化，并對結(jié)果進行對比分析。關(guān)鍵分析數(shù)據(jù)主要包含空氣制動對充氣時間產(chǎn)生的影響，空氣制動系統(tǒng)對排氣時間產(chǎn)生的影響，以及空氣制動系統(tǒng)對穩(wěn)定氣壓的影響。首先，對壓力的反饋速度進行優(yōu)化?，F(xiàn)階段，卡車的壓力響應(yīng)速度大概是控制在0.5～0.9秒，這也是卡車的制動距離比較長的重要原因，對車輛制動的安全性也有不利的影響。對氣壓制動優(yōu)化模型參數(shù)進行優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn)，制動閥下腔回流摩爾的剛度和中繼閥回流摩爾的剛度對充氣過程中的充氣延遲有顯著影響，因此確定了下制動閥腔。并且通過對排氣時間進行延長時，來自排氣閥下腔的排氣間隙與排氣閥的排氣間隙對排氣的延遲時間是有著直接的影響的，從而得出結(jié)論，制動閥下腔排氣間隙控制在1.5mm，中繼閥排氣間隙控制在1.5mm，凈化值控制在1.5mm.s，可以實現(xiàn)最佳的優(yōu)化。此外，對輪胎制動優(yōu)化模型參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計時，氣壓制動系統(tǒng)的最大壓力響應(yīng)系數(shù)主要是有前制動室的容積決定的，從制動閥的平衡彈簧強度和制動閥上方排氣的釋放出發(fā)，優(yōu)化模型旨在提高壓力響應(yīng)速度。結(jié)果表明，優(yōu)化后的壓力響應(yīng)速度可以降低到0.3-0.5秒。

4.3 液壓制動系統(tǒng)的優(yōu)化

對于電液制動系統(tǒng)，制動踏板和制動器之間的能量傳輸相互分離，制動力由電子控制單元驅(qū)動的電液泵提供，取代了傳統(tǒng)的機械傳輸方式。依靠電信號傳輸能量簡化了傳統(tǒng)的制動管路并節(jié)省了空間，但信號傳輸?shù)臏蚀_性和定時非常重要。制動系統(tǒng)的電子控制單元、傳感器和連接線應(yīng)進行優(yōu)化，以確保制動信號傳輸?shù)臏蚀_性和響應(yīng)機會。此外，液壓制動系統(tǒng)的成本較高，并且在工作中容易受到電磁干擾。如何通過新技術(shù)和新材料降低成本，以及項目中抗干擾和屏蔽技術(shù)是未來理想設(shè)計的關(guān)鍵領(lǐng)域。

5 結(jié)語

現(xiàn)代汽車產(chǎn)品對質(zhì)量和性能提出了更高的要求，汽車制動性能是關(guān)系到汽車行車安全的關(guān)鍵指標，設(shè)計優(yōu)化具有非常重要的現(xiàn)實意義，值得重視。

宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研平臺（ybzy20kypt04）、宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級科研項目（ZRKY21YB-15）資助。

參考文獻：

[1]錢金鵬，張?zhí)?汽車制動系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計探討[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（12）：138+140.

[2]鄭慶華，高世浩.汽車制動系統(tǒng)的性能分析和優(yōu)化設(shè)計[J].百科論壇電子雜志，2018（04）：791.

[3]袁新華.汽車制動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件，2017（17）：10-11.

[4]劉成.汽車氣壓制動系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計[J].科技資訊，2015，13（13）：91-91.

作者簡介

郝孟軍：（1982.06—），男，漢族，講師，貴州黔西人，本科學(xué)歷。研究方向：汽車檢測與維修。