制动系统设计计算书样本.doc

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编号:

”中国高水平汽车自主创新能力建设”

项目名称: ”中气”底盘研究与开发

制动系统设计计算书

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批准: 日期:

上海同济同捷科技股份有限公司

长春孔辉汽车科技有限公司

年 12 月

中国高水平汽车自主创新能力建设

底盘制动系统设计计算书

目
录
1
基本参数输入 ......................................................................................................................
- 1 -
2
制动系统的相关法规 ..........................................................................................................
- 2 -
3
整车制动力分配计算 ..........................................................................................................
- 2 -
3.1
汽车质心距前后轴中心线距离的计算 ...........................................................................
- 2 -
3.2
理想前后地面制动力的计算 ............................................................................................
- 2 -
3.3

前后制动器缸径的确定 ..................................................................................................
- 4 -
3.4

确定制动力分配系数 ......................................................................................................
- 5 -
3.5

确定同步附着系数 Φ0 ....................................................................................................
- 5 -
4
制动力分配曲线的分析 ......................................................................................................
- 5 -
4.1
绘制 I 曲线和 β 曲线 ......................................................................................................
- 5 -
4.2
前后制动器制动力分配的合理性分析 ...........................................................................
- 6 -
4.2.1
制动法规要求 ................................................................................................................
- 7 -
4.2.2
前后轴利用附着系数曲线的分析 ................................................................................
- 7 -
5
制动系统结构参数的确定 ..................................................................................................
- 9 -
5.1

制动管路的选择 ..............................................................................................................
- 9 -
5.2

制动主缸的结构参数的确定 ..........................................................................................
- 9 -
5.2.1
轮缸容积的确定 ........................................................................................................
- 10 -
5.2.2
软管容积增量的确定 ................................................................................................
- 10 -
5.2.3
主缸容积的确定 ........................................................................................................
- 10 -
5.2.4
主缸活塞直径的确定 ................................................................................................
- 11 -
5.2.5
主缸行程的确定 ..........................................................................................................
- 11 -
5.3

踏板机构的选择 ............................................................................................................
- 11 -
5.4

制动踏板杠杆比的确定 ................................................................................................
- 12 -
5.4.1
真空助力比的确定 ....................................................................................................
- 12 -
5.4.2
踏板行程的确定 ........................................................................................................
- 12 -
5.4.3
主缸最大压力的确定 ................................................................................................
- 12 -
5.4.4
主缸工作压力的确定 ................................................................................................
- 13 -

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5.4.5 最大踏板力的确定
......................................................................................................- 13 -
6
驻车性能的计算 ................................................................................................................
- 13 -
7 制动性能的校核 ..................................................................................................................
- 14 -
7.1
制动减速度的计算 ..........................................................................................................
- 15 -
7.2
制动距离的计算 ..................................................................................
错误! 未定义书签。
8
结论 ....................................................................................................................................
- 17 -
参考文献 ..................................................................................................................................
- 17 -

- 1 -

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1 基本参数输入

制动系统设计计算需要给定的参数见表 1.

表 1
计算参数输入

基本参数项目
代号

单位
参数数值
备注

轴距
L

mm
2950
总体组确定

空载质量
m1

Kg
1500
总体组确定

空载前轴质量
W f 1

Kg
855
总体组确定
空载后轴质量
Wr 2

Kg
645
总体组确定
空载质心高度
H g1

mm
573
总体组确定
满载质量
m2

Kg
1925
总体组确定

满载前轴质量
W f 2

Kg
962.5
总体组确定
满载后轴质量
Wr 2

Kg
962.5
总体组确定
满载质心高度
H g 2

mm
553
总体组确定
车轮滚动半径
R

mm
328
设计值

前后轮缸数量
n

2/2
设计值

前器制动半径
RB f

mm
135
设计值

后器制动半径
RBr

mm
107.5
设计值

汽车设计最高车速
V

Km/h
220
总体组确定

制动踏板杠杆比
ip

3.5
设计值

前后制动器效能因数
C f / Cr

0.76/0.76
设计值

前后制动器摩擦系数
μ

0.38
设计值

制动轮缸行程
δ

mm
0.7
设计值

主缸行程
Sm

mm
18+18
设计值

- 1 -

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2 制动系统的相关法规

制动系统的设计要符合相关的法规, 当前的制动性能所遵循的法规主要是:

1) GB 12676-1999汽车制动系统结构性能和试验方法。

2) GB 7258- 机动车运行安全技术条件

3 整车制动力分配计算

3.1 汽车质心距前后轴中心线距离的计算

根据力矩平衡原理, 得出换算公式为:

a = Wr • L

W f + Wr

b = W f • L

W f + Wr

将相关参数代入式( 1) , ( 2) , 并将计算结果列于表 2。

表 2 质心距离计算结果

状态
质心距前轴距离 a
质心距后轴距离 b

满载
1475
1475

空载
1268.5
1681.5

3.2 理想前后地面制动力的计算

hg

Fz1 Fz2


( 1)

( 2)

图 1 汽车受力简图

- 2 -

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汽车制动时的受力如图 1 所示。

对后轮接地点取力矩, 得:

Fz1 L = Gb + m dudt H g

对前轮接地点取力矩, 得:

Fz 2 L = Ga − m dudt H g

式中:

Fz1 ——地面对前轮的法向反作用力;

Fz 2 ——地面对后轮的法向反作用力;

m ——汽车质量;

G ——汽车重力;

b ——汽车质心至后轴中心线的距离;

a ——汽车质心至前轴中心线的距离;

H g ——汽车质心高度;

du/dt——汽车减速度。

则可求得地面法向反作用力为:

G
H g du

F
z1
=

b +

g

L

dt

G
H g du

F
z 2
=

a −

g

L

dt

在任何附着系数的路面上, 前、 后车轮同时抱死的条件是: 前、 后轮制动器制动力之和等于附着力; 而且前、 后轮制动器制动力分别等于各自的附着力, 即:

Fμ1 + Fμ 2
= ϕG

F
= ϕF
=
G
(b + φH

)φ
( 3)

μ1
z1

L
g

F
= ϕF
=
G
(a −φH
g
)φ
( 4)

μ 2
z 2

L

式中 Fμ1 ——前轮制动器制动力;

- 3 -

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Fμ 2 ——后轮制动器制动力;

φ ——地面附着系数。

代入相关参数, 这里取常见路面附着系数φ =0.8, 计算出满载状态下理想的前后地面制

动力为:

Fμ1 = ϕFz1 =9809.288 N。

Fμ 2 = ϕFz 2 =5282.712 N。

3.3 前后制动器缸径的确定

根据汽车理论, 实际制动力的分配曲线是在理想的制动力分配曲线的基础上获得的。

即

实际前后地面制动力的表示式为:

FB1 = 2C f • π / 4 • D f 2 • Pf • RB f

R

FB 2 =
2C
r
• π / 4 • D 2
• P
• RB
r

r
r

R

地面制动力和制动器制动力在数值上相等。因此, 前后轮缸直径的计算式如下:

D f =
2 FB1
R
( 5)

Pf π C f
RB f

Dr =
2 FB2
R
( 6)

Pr π Cr RBr

式中: Df 、 Dr ——前后轮缸直径;

FB1 、 FB2 ——前后地面制动力;

C f 、 Cr ——前后制动器效能因数;

RBf 、 RBr ——前后制动器工作半径;

Pf , Pr ——管路压力。在制动时一般不超过 8~12MPa。选取常见压力 8MPa。

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计算得出前后轮缸直径为 D f =48.7 mm, Dr =41.09 mm。轮缸直径经过圆整, 并应符合

HG2865-1997 标准规定的尺寸系列。因此。确定前后轮缸直径为:

D f =50 mm, Dr =40 mm.

3.4
确定制动力分配系数

制动力分配系数定义为: 用前制动器制动力与汽车总的制动器制动力之比来表明分配

的比例。即:

β
=

FB1
( 7)

F
+ F

B1
B2

β=0.662。

3.5 确定同步附着系数Φ0

同步附着系数反应汽车制动性能的一个参数。

同步附着系数用解析法求得的表示式为:

φ0
=
L • β − b

( 8)

H g

代入相关参数到式( 8) , 得:

空载时同步附着系数为 0.474。

满载时同步附着系数为 0.864。

4
制动力分配曲线的分析

4.1 绘制 I 曲线和β曲线

根据公式( 3) 、 ( 4) , 代入不同附着系数值, 得到一组关于前后制动器制动力的计算数

据, 并将计算数据绘成以 Fμ1 , Fμ 2 为坐标的曲线, 即为理想的前后轮制动器制动力分配曲

线, 并将 β 曲线绘在同一坐标系内。见图 2

- 5 -

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图 2 理想制动力分配曲线

4.2 前后制动器制动力分配的合理性分析

汽车的制动力的分配合理性, 能够用二种方法来描述: 一是用理想制动力分配线来描

述, 二是用利用附着系数与制动强度之间的关系来描述。

下文所用参数说明如下:

ϕ ——利用附着系数;

Z ——制动强度;

ϕ f 、 ϕr ——前后轴利用附着系数;

φ0 ——同步附着系数;

β ——制动力分配比;

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ε ——附着系数利用率;

4.2.1 制动法规要求

(1) 利用附着系数ϕ 在 0.2-0.8 之间, 制动强度 Z ≥ 0.1+ 0.85(ϕ − 0.2) , 或利用附着系

数 ϕ ≤ (Z + 0.07) / 0.85 。

(2) Z 值在 0.15-0.8 之间, 车辆处于各种载荷状态时, ϕ f 线应在ϕr 线之上, 但 Z 值在 0.3-0.45 之间时, 若ϕr 不超过ϕ = Z 线以上 0.05, 则允许ϕr 线位于ϕ f 线之上。

4.2.2 前后轴利用附着系数曲线的分析

求得前轴利用附着系数Φf 曲线为:

ϕ f =

β • Z

( 9)

1
• (b + Z • H g )

L

求得后轴利用附着系数Φf 曲线为:

ϕ r =

(1 − β )• Z

( 10)

1
• (a − Z • H g )

L

将上述关系式绘成曲线, 即前后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线, 见图 3。

利用附着系数越接近制动强度, 则路面附着条件就发挥的越充分, 汽车制动力的分配合理性就越高。

按照利用附着系数曲线图来考虑, 为了防止后轮抱死并提高制动效率, 前轴利用附着系数曲线应总在 45 度对角线下方, 即总在后轴利用附着系数曲线下方, 同时还应靠近图中

ϕ = Z 曲线。

结论: 空满载状态下, 汽车制动力的分配比较合理。

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图 3 前后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线

5 制动系统结构参数的确定

5.1 制动管路布置的选择

经过比较各种布置型式, 可知: X 型回路其特点是一回路失效时仍能保持 50%的制动效

能, 而且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化, 保证了汽车制动时与整车负荷的适

应性。因此综合考虑, 选用常见的 X 型管路布置。

5.2 制动主缸的结构参数的确定

计算所用参数说明如下:

V ——全部轮缸工作容积容积;

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Vm = 1.1(V +V )

′
( 14)

主缸工作容积Vm =10408.629 mm3 。

5.2.4 主缸活塞直径的确定

制动主缸活塞直径 dm 和主缸行程 Sm 可由下式确定:

dm =
4Vm
( 15)

Sm •π

得出主缸活塞直径为 dm =19.19mm。由于主缸液压太高会对主缸缸径产生很大影响, 兼

顾制动管路的压力要求, 综合考虑, 主缸活塞直径应符合标准 QC/T311-1999,故选用主缸缸

径为 dm =22mm。

制动主缸直径为 dm =22mm。

5.2.5 主缸行程的确定

根据公式:

Sm =

Vm

( 16)

•π • dm
2

1/ 4

计算得到 Sm =27.395 mm<( 18+18) mm。

主缸行程应符合标准 QC/T311-1999 的规定尺寸系列。

主缸行程为 Sm =30 mm

5.3 踏板机构的选择

设 Fm ——主缸推杆的工作压力

Fp ——踏板力。按照 GB12676 的关于踏板力的要求, Fp 不大于 500N,取 Fp =400Nmax,

ip ——踏板力比

S p ——踏板行程

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λ ——助力器助力比

P ——工作压力。常见工作压力为 P = 8 Mpa。

5.4 制动踏板杠杆比的确定

制动踏板杠杆比初选 ip =3.5

即 ip =3.5

5.4.1 真空助力比的确定

根据机械原理得到公式:

Fm =
π • dm
2
• P
= Fp • λ • ip
( 17)

4

根据公式计算得到: λ =1.65。计算得到的真空助力比偏小, 因此将助力比调整到 λ =5 真空助力比为 λ =5。

5.4.2 踏板行程的确定

根据经验公式:

S p = Sm • ip
( 18)

即 S p =105mm。按照 GB7258- 规定, 踏板全行程乘用车不应大于 120 mm。因此该

踏板行程符合国标要求。

踏板行程 S p =105mm。

5.4.3 主缸最大压力的确定

设主缸的最大工作压力为 Pmax , 则根据公式:

π • d
m
2 • P
= Fp • λ • ip

max
( 19)

4

得 Pmax = 18.42 Mpa。

- 12 -

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主缸最大压力 Pmax = 18.42 Mpa。

5.4.4 主缸工作压力

根据理想的地面制动力与实际提供的制动器制动力相等的原则, 即

FB1 =
2C f • π / 4 • D f
2
• Pf • RB f

R

FB 2 =
2C
r
• π / 4 • D
2 • P • RB
r

r
r

R

即核算出主缸压力为: Pf = Pr =7.98 MPa

主缸工作压力为 P = Pf = Pr =7.98 MPa。

5.4.5 最大踏板力的确定

根据公式( 17)

Fm =
π • dm
2
• P
= Fp • λ • ip

4

计算最大制动踏板力。代入相关参数,

dm =22mm, P =7.98 MPa, λ =5, ip =3.5。

计算得到:

最大踏板力 Fp =241 N


( 20)

( 21)

根据法规 GB7258- 规定, 制动的最大踏板力对于乘用车不应大于 500 N。设计时,

紧急制动( 约占制动总次数的 5％～10％) 踏板力的选取范围, 轿车为 200～300N。

因此此制动踏板力满足条件。

6 驻车性能计算

根据汽车在上坡路停驻时的受力情况, 由此能够得到汽车在上坡路停驻时的后轴车轮

的附着力,同理得到汽车在下坡路停驻时的后轴车轮的附着力.根据后轴车轮附着力与制动力相等的条件可求得汽车在上坡路和下坡路停驻时的极限坡度角。

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7.1 制动减速度的计算

按照 GB7258- 机动车运行安全技术条件规定的路面进行满载和空载制动试验, 路面附着系数要求ϕ ≥0.7, 因此, 计算当 ϕ =0.7 且无 ABS 时的制动减速度。

满载时, 路面附着系数ϕ =0.7 小于满载同步附着系数 ϕ0 =0.864, 制动时前轮先抱死, 后轮后抱死, 可能得到的满载最大总制动力为:

FXb max 2
=
Gbϕ

b + (ϕ 0
− ϕ)H g

制动减速度:

j
＝
FXb max 2
＝

bϕ
g
( 24)

max2

m

b + (ϕ0 − ϕ)H g

空载时, 路面附着系数ϕ =0.7 大于同步附着系数为 ϕ0 =0.41, 制动时后轮先抱死, 前

轮后抱死, 可能得到的空载最大总制动力为:

FXb max1
=

Gaϕ

a + (ϕ − ϕ0 )H g

制动减速度:

j

＝
FXb max1

＝

aϕ

g
( 25)

max1

m

a + (ϕ − ϕ0 )H g

计算结果如下:

空载时制动减速度: jmax1 ＝ 6.22 m/s2

满载时制动减速度: jmax2 ＝ 6.46 m/s2

结论:

GB7258- 规定: 满载时, 乘用车的平均减速度应大于等于 5.9m/s2; 空载时, 乘用车的平均减速度应大于等于 6.2m/s2。制动系的制动减速度在空满载情况下均满足法规规定。

7.2 制动距离的计算

制动距离公式为:

- 15 -

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S =
1
(τ 2' +
τ ''
) u0 +
u 2

2
0
( 26)

3.6
2
25.92 jmax

u0 ——制动初速度, km/h;

jmax ——最大制动减速度, m/s2;

τ '
+ τ ''
'
+
τ 2''

2
2
——制动器起作用时间 0.2s～0.9s, 取(τ

)=0.25s。

2

2

在 ϕ ＝0.7,且未安装 ABS 时, 计算结果如下(制动减速度按 7.1 结果代入计算):
当 u0 =80 km/h, 得: S满 ＝43.78m、 S空 ＝45.25m。

当 u0 =50 km/h, 得: S满 ＝18.4m、 S空 ＝18.97m。

结论:

按 GB 12676-1999 规定, 车辆在ϕ ≥ 0.7 的试验场进行制动试验, 制动初速度为 80km/h, 制动距离≤50m。因此车的制动距离满足法规要求。

按 GB7258- 规定, 车辆在ϕ ≥ 0.7 的试验场进行制动试验, 制动初速度为 50km/h, 满载的制动距离≤20m, 空载的制动距离≤19m。因此车的制动距离满足法规要求。

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8 结论

制动系统计算参数结果列于表 4.

表 4
参数输出表

基本参数项目
代号

单位
参数数值
备注

同步附

满载
φ0

0.864

着系数

空载

0.474

制动力分配系数
β

0.662

轮缸

前
DF

50

直径

mm

后
Dr

40

主缸活塞直径
dm

mm
22

主缸行程
Sm

mm
30

主缸容积
Vm

mm3
10408.629

真空助力比
λ

5

最大踏板力
Fp

N