基于MATLAB∕GUI的制动系统设计软件开发.pdf

基于 MATLAB/GUI 的 制动系统设计软件开发摘要根据整车制动系统开发需要，本文利用MATLAB平台开发了汽车制动 系统设计软件。该软件基于MATLAB/GUI界面设计进行设计，可以进行制 动系统的设计和性能仿真。该软件用户界面和模块化设计方法可有效缩短开 发时间，提高设计效率。首先介绍了制动系统设计时的一些理论知识，然后分别介绍了固定比值和 变比值制动力分配汽车的利用附着系数的计算分析方法。变比值制动力分配比 固定比值制动力分配汽车的计算分析方法复杂。作者对其计算方法进行了简化,使公式看起来更加简单明了，容易理解。并且对满载时四轮同时抱死时踏板力 计算方法进行了总结。基于以上理论，利用MATLAB软件为开发工具，编制出了汽车制动系 统设计软件，并以MATLAB/GUI为界面开发工具进行了界面开发，建立了 人机交互界面。该软件以MATLAB为平台，界面友好，具有很强的人机对 话能力，操作简单。软件除具有分析利用附着系数曲线是否与ECE制动法规要 求相吻合外，还能对汽车的制动力、轴荷等制动性能评价量进行单独计算，以 及踏板力计算值。而且分为带比例阀汽车、无比例阀汽车两种不同的界面，以 及Ml、N1、其它车辆三种不同的ECE法规线，使软件具有通用性，可以对 各种车辆进行制动系统性能设计与评测。最后以PK4X2（柴油车）为实例，对其各项性能指标进行了模拟计算，就 软件的实用性和可靠性进行了检验，结果令人满意。关键词 MATLAB；制动系统；软件开发AN AUTOMOBILE BRAKINGSYSTEM DESIGN SOFTWAREBASED ON MATLAB/GUI INTERFACEAb stractMATLAB platf orm is used to launch the design and perf ormance simulation sof tware of auto b rake system in accordance with the requirement f or development of auto b rake system.The user f riendly interf ace and modular design of this sof tware can ef f ectively reduce the R&D time,improve design ef f iciency.Firstly,the author introduces some of theoretical knowledge on the b raking system designed.Then introduces the method of analysis f or the utilization adhension coef f icient f or vehicles with proportioned b raking and f ixed ratio b raking f orce distrib ution.The method of proportioned b raking is much b etter yet more complicated than ones having f ixed ratio b raking-f orce distrib ution.The author simplif ies the method of its calculation so that the f ormula seems more simpleand clear,easier to understand.Moreover,the author sums up the calculation methods of pedal at the time of Anti-Lock.Bases on ab ove theory,uses Matlab as a tool to programme the sof tware of b raking system,and also take Matlab/GUI as the interf ace-exploiting tool to set up an interf ace of mutual communication b etween men and computers.Using Matlab as the platf orm,it has a very f riendly interf ace,strong f unction of mutual communication b etween men and computers,and easy operational methods.In addition to the use of attachment coef f icient curve with the ECE regulations in line b raking,the system can calculate the power of b raking of the car and axle-load,evaluate the b raking perf ormance of vehicles,and the calculated value of the pedal.The sof tware includes two dif f erent interf aces,it can not only evaluate vehicles with proportional valve,b ut also no proportional valve car.It includes Ml,N1 and other vehicles three dif f erent lines of ECE regulations,so that the sof tware is universal.It can design and evaluate all kinds of vehicles,b raking system perf ormance.Finally,takes the PK4X2(diesel vehicles)as example,simulates the b raking perf ormance of it and gets a satisf ying result af ter the test on practicab ility and reliab ility of this sof tware.Keywords MATLAB,b raking system,sof tware design-ill-目 录摘要.IAb stract.II第1章绪论.11.1 课题来源.11.2 研究目的和意义.21.3 主要研究内容.3第2章 汽车制动系统设计内容及计算方法.42.1 制动系统设计相关知识.42.1.1 制动强度、利用附着系数与同步附着系数.42.1.2 制动力与制动力分配系数.52.2 制动性能分析与计算.62.2.1 理想的前、后制动力分配线.62.2.2 理想与实际液压分配线.72.2.3 实际制动力曲线.7224 ECE制动法规制动力分配线的要求.82.2.5 实际利用附着系数.112.2.6 制动助力器的输入、输出特性计算.122.3 本章小结.14第3章 制动系统的优化设计.153.1 无比例阀汽车制动系统匹配计算.153.1.1 整车参数.153.1.2 制动器参数.153.1.3 利用附着系数计算.153.2 带有比例阀汽车制动系统匹配计算.173.2.1 参数.173.2.2 利用附着系数计算.173.2.3 踏板力计算.213.3 计算结果分析.233.4 本章小结.23-IV-第4章 制动系统设计软件开发与验证244.1 制动系统设计软件.244.1.1 程序的基本功能.244.1.2 程序的输入.254.1.3 程序的输出.254.1.4 程序主界面.254.1.5 程序绘图界面.264.1.6 信息对话框.274.2 对所选车型进行制动性能分析评价.274.2.1 输入已知参数.27422计算轴荷、制动力、利用附着系数.294.2.3 作图评价制动性能.314.2.4 踏板力计算判断该车是否稳定.364.2.5 评测结果分析.384.3 本章小结.39结论.40致谢.41参考文献.42附录1.44附录2.49-V-第1章绪论1.1 课题来源制动系统是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的安全性。随着 高速公路的迅速发展和车流密度的日益增大，交通事故也不断增加。据有关资 料介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事 故为总数的45%o可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此 外，制动系统的好坏还直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保 证运输经济效益的重要因素。长期以来，制动系统的设计计算都是手工进行的，且影响制动性能的参 数众多，故繁琐而效率低下。为改善设计人员的工作状况、减少设计时间并提 高工作结果的直观性，有必要对汽车制动设计计算专家系统进行研究开发。目 前，国外不仅研究开发了各部件总成的专家系统，还涉及到整车设计专家系统 的研究开发。专家系统可视为一类具有大量专门知识的计算机智能程序系统，它能运用 特定领域众多专家提供的专门知识和经验，采用人工智能中的推理技术来求解 和模拟通常由专家才能解决的各种复杂问题，达到与专家具有同等解决问题的 能力，它可使专家的特长不受时间和空间限制。我国对于专家系统的研究工作起步较晚，因此国内开发汽车制动设计专家 系统尚处于初级阶段，有待进一步扩展和延伸。制造业企业已经广泛采用CAX(CAD/CAE/CAPP/CAM)技术进行产品创 新设计。但是目前的CAX技术的应用，主要是由于各个阶段分别由各类专业 人员分别进行，前阶段的专业人员常常不能及早考虑后阶段可能产生的问题，造成设计与制造脱节，常因后期工装制造产生的问题，而不得不反过来修改产 品设计，使整个生产装备过程重复循环，造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高，制约了 CAX技术作用的发挥。CAX软件的分散独立的模式,造成了 企业的软件投资过大，尤其是三维CAD软件、CAE软件的投入，对于希望 提高企业核心竞争能力的企业而言无疑是巨大的投资，这种投资同时也意味着 一种风险。目前国内关于汽车制动系CAD研究还很少，1996年天津市汽车研究所-1-钱国平研制了“汽车制动系性能计算通用程序软件“，该软件在“UCDOS”和“汉 化LOTUS-123”支持下工作，主要用于M1,M2,N1,N2类液压车辆的制动性能 预测，未涉及汽车制动性能的优化设计。1994年日本五十铃公司开发了小型车 制动系专家设计系统，主要用于汽车制动性能的推理设计。从整车开发角度口叫制动系统的开发流程主要包括系统方案设计、产 品开发和试验验证二大环节。制动系统的方案设计主要包含结构选型、参数选 择、性能仿真与评估，方案确定4个环节。以前，制动系统设计软件都是在 完成整个流程后，根据仿真结果对初始设计参数修正。因此，设计人员往往要 反复多次方可获得良好的设计效果，而且，在调试过程中，一些参数在特定情 况下的相互影响不易在调试中发现，调试的尺度很难把握。1.2 研究目的和意义人类在政治、经济、文化和军事活动中，总会有人的出行和物的运输环节,随着社会的发展，出行与运输的范围越来越广，频率越来越高，节奏越来越快。所以人类对出行和运输所用的工具特别重视，不断的开发新品种。汽车就是人 类开发出的杰出产品之一，并己成为人类社会活动中难以离开的必需品。进入 20世纪以来，全世界的汽车保有量越来越多，特别是第二次世界大战以后汽 车保有量增加很快，交通事故数量也急剧上升。制动系是汽车总成中的一个重要部分“止】，它既可以使行使中的汽车减 速，又可保证停车后的汽车能驻留原地不动。汽车制动系对于汽车行驶的安全 性和停车的可靠性起着重要的保证作用。当今，随着高速公路路网的不断扩展、汽车车速的提高以及车流密度的增 大，对汽车制动系的工作可靠性要求显得日益重要。只有制动性能良好、制动 系工作可靠的汽车才能充分发挥其高速行驶的动力性能并保证行使的安全性。汽车制动系统设计计算工作一般分为两个部分M3。,一是整车制动性能 设计，二是制动系结构参数设计，这两项工作常常交叉进行。由于汽车制动系 结构复杂，零部件数目较多，且因车型不同各零部件的结构和布置也各不相同,所涉及的计算方法也不一样，因而制动系设计计算工作量相当大。以制动性能 设计为例，汽车的制动性能高低不但与整车参数有关，而且与汽车的使用条件（路面、载荷和行驶车速）有关，还受制动系各零部件结构参数的影响。在手工 设计计算过程中，为了获得比较满意的制动性能，往往需要-2-多次修改多次试算，最终得到的可能还不是最佳设计方案。因此开发研制汽车制动系设计计算软件对于提高设计效率、缩短新产品开 发周期，特别是提高整车制动性能都具有非常重要的意义。1.3 主要研究内容汽车制动系统十分重要，关系着行车安全性以及人身安全，制动系统性 能好坏关乎生命，然而对于一个制动系统的性能评价却十分复杂，因此我想 用GUIDE图形用户界面实现这个算法，普通用户也能实现汽车制动系统性 能评价，操作简单，界面友好，数据输入快捷方便，数据存取容易，计算速 度快。之前有关于汽车制动性能评价的软件的研究，但大多是运用VC或VB 为语言基础编写的，而我运用GUI,基于MATLAB的界面设计，相对来说，界面更加友好，功能强大，开放性强；而且很少有人运用GUI去做关于汽车方 面的界面设计。我的软件做成以后，一般的用户也可以使用，不需要懂得相关 软件或者理论知识，只要输入相关的参数，软件就会自动分析汽车制动性能，然后把分析结果呈现给用户，简单快捷，给用户带来方便。-3-第2章汽车制动系统设计内容及计算方法制动系统是影响汽车行驶安全的重要部分，其主要功能如下“421：可以 降低行使汽车的车速，必要时可以在预定的短距离内停车，且维持行使方向的 稳定性；下长坡时能维持一定的车速；驻车制动功能，也就是对己行驶的汽车,特别是在坡道停驶的汽车，应使其可靠地驻留原地不动。制动性能是衡量汽车主动安全性的主要指标，如何在较短的开发周期内设 计性能良好的制动系统一直是各汽车公司争相解决的课题。2.1 制动系统设计相关知识2.1.1 制动强度、利用附着系数与同步附着系数1)制动强度汽车制动过程中所产生的制动减速度也可表示为d t(2-1)d t其中Z为制动强度，它可以评价制动减速度的大小，是无量纲的数值。地面制动力由于受到附着力的限制，其最大值为：居1皿=的加。口(2-2)故最大制动强度为：Zmax=。(2-3)。为利用附着系数，一般情况下，制动力小于最大制动力。2)利用附着系数。就是汽车制动时路面提供的要利用的附着系数呼。制动强度总是小于或等于利用附着系数。只有前后轮同时抱死拖滑时，即制 动强度等于利用附着系数，才能充分利用路面提供的附着系数。显然，制动强度越接近利用附着系数，地面的附着条件发挥得越充分，汽车的制动力分配的合理程度越高。通常以利用附着系数与制动强度的关系曲 线来描述汽车制动力分配的合理性。最理想的情况是利用附着系数总是等于制 动强度这一关系。在ECE制动法规的曲线上，把前轴利用附着系数和后轴利 用附着系数表示出来，那么可以判定制动力分配的合理性。一是要看前轴利用 附着系数和后轴利用附着系数是否满足ECE法规要求，二是要看前轴-4-利用附着系数是否靠近。=Z理想曲线。3）同步附着系数同步附着系数是汽车制动时前后轮同时抱死时的路面的附着系数，可以 用。来表示。前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有1个或最多2个同 步附着系数（考虑空满载时）。但是，前、后制动器制动力为变比值的汽车，至 少有2个以上的同步附着系数。对于前后制动器制动力为固定比值的汽车来说，其同步附着系数取决于汽 车的结构参数。对于前后制动器制动力为变比值的汽车来说，同步附着系数不 仅与汽车的结构参数有关，而且还与调节制动力的比例阀的结构参数有关。2.1.2 制动力与制动力分配系数制动器制动力：6=2,它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。晨式中7）制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与 车轮旋转方向相反，N-m；re车轮有效半径，mo号与地面制动力&的方向相反，当车轮角速度大于。时，大小相等。且 Ff仅由制动器的结构参数所决定。即取决于制动器的结构型式、结构尺寸、摩 擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压或气压 成正比。当加大踏板力以加大“时，Ff 与 Fb均随之增大。但地面制动力受附着条件的限制，其值不可能大于附着力 F,，即尸齐尸尸工。式中。轮胎与地面间的附着系数；Fz地面对车轮的法向反力。当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据汽车前、后轴的轴荷分配，以及前、后车轮制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等，制动过程 可能出现的情况有3种，即1）前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑；2）后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑；3）前、后轮同时抱死拖滑。上述三种情况，第3）种情况的附着条件利用得最好。前后车轮同时抱死的条件为：-5-31+F,2=尸Bl+/8 2=护(2-4)FfJFfl=FBJFB2=&+曲&）/区曲g）（2-5）式中Ffi前轴车轮的地面制动力，Fj.=Fb产心Ffl 后轴车轮的地面制动力，Ff2=FB2=“2；FbFb2前后轴车轮的地面制动力；FZ1、Fz2地面对前后轴车轮的法向反力；G-汽车重力；4、L2-汽车质心矩前、后轴的距离；hg汽车质心高度。汽车制动器制动力分配系数（制动力分配系数）：B Fb（2-6）Ff Fb/81+尸B22.2制动性能分析与计算2.2.1 理想的前、后制动力分配线根据前、后地面制动力的公式：3尸二 KF+“oG Z1(2-7)可以做出理想的制动力分配曲线（I）曲线 式中BF、BR前、后地面制动力（N）；FZ1 Fz2-前、后轴荷（N）；G汽车总重（N）；hg-质心高度（mm）；L-轴距（mm）；。附着系数。-6-2.2.2 理想与实际液压分配线(1)理想的前、后液压分配曲线根据前、后制动器效能因数的定义,得如下的前、后液压表达式:+42口(3石厂)/.口4口2口足斗|BFo RTr+PS iPF=PR 二(2-8)三 22口(3/),.口4 口。/水。式中PF、PR 一刖、后轮液压(Pa)；BF、BR _、一乙 一刖、后轮地面制动力(N)；RTRT-1一乙刖、后轮滚动半径(mm)；PSf、PS-刖、后轮缸液压损失(Pa)；Df、Dr刖、后轮缸直径(mm)；后制动器有效半径(mm)；L1J i-、L1jr刖、(BEF)f、(BEF)r前、后轮制动器效能因数。(2)实际液压曲线比例阀的特性曲线分为两段表示,其中，折点前线段的表达式为：PF=PR(PFPoi)(2-10)式中POi比例阀折点的液压(MPa)；tand-折点后的斜率。2.2.3 实际制动力曲线前、后地面制动力曲线：BF=2d(BEF)-D2pF-PS、RBf(2-11)f 4/L-7-BR=2n(BEF)匹D?PF-PS、RB,(2-12)令 J=2o(BEF)三0 2 RBf,则有/=2d(BEF)nRBrf f“口 f 口 r r口，口 口4 f RT t 4RT装有比例阀时实际制动力分配线由两部分组成，即折点前线段和折点后线 段。折点前线段的表达式为：jBF=j d PS PS+fo BR(2-13)/L r/J T r折点后线段的表达式为：(1-tan仇)+尸，ax ctan 0-PSBF=-(PF)ulaiid-口/max 01 1jf(PF-P)tan9 口乙+尸面面的(2/4)max 01 1 J r 1式中PFmax根据最大液压而定2.2.4 ECE制动法规制动力分配线的要求为保证制动时汽车的方向稳定性和足够的附着效率，欧洲经济委员会(ECE)制动的ECE-R-13制动法规，对双轴汽车的前后制动器制动力提出了明确的要 求。1、车辆的分类M类：至少具有4个车轮，用于载客的机动车辆。M类分为Ml、M2、M3三种类型车辆。Ml类：用于载客的乘客座位(驾驶员座位除外)不超过8个的载客车辆。M2类：具有8个以上的乘客座位(驾驶员座位除外)且最大总质量小于 或等于5t的载客车辆。M3类：具有8个以上的座位(驾驶员座位除外)且最大总质量超过5t 的载客车辆。-8-N类：至少具有4个车轮，且用来装载货物的机动车辆。N类车辆可以分 为Nl、N2、N3三种车辆。N1类：最大总质量小于、等于3.5t的载货车辆。N2类：最大总质量大于3.53但小于或等于12t的载货车辆。N3类：最大总质量超过12t的载货车辆。另外还有。类牵引车、T类农用和林业拖拉机和G类越野车辆。2、ECE制动法规1）对于Ml类车辆的规定11对于Ml车辆ECE-R-13制动法规制动力分配线有如下规定：。制动强度Z=0.10.61之间，前轴利用附着系数为应在后轴利用附着 系数”曲线的上方（。），且满足。=Z+0O7的关系。r f r 0.850当制动强度Z=0.3-0.45时，在后轴利用附着系数可曲线不超过直线。=Z+0.05的条件下，允许后轴利用附着系数圆曲线在前轴利用附着系数。/曲 线的上方。并且，利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件发挥得越充 分，汽车制动力分配的合理程度越高。最理想的状况就是利用附着系数等 于制动强度这一关系，即Z=。把。二上竺和。=Z+0.05两条直线分别描绘在前、后地面制动力坐 0.85标图上，就可以得到实际制动力分配线限制范围。也就是说利用附着系数R.2-0.8范围内实际制动力应该在该范围之内。Ml类车辆只要在Z=0.3-0.45区间内不超过。=Z+0.05的条件下，允许后轮先抱死，在其它范围内都不 允许后轮先抱死。2）对于N1类车辆的规定对于N1车辆ECE-R-13制动法规制动力分配线有如下规定：制动强度在Z=01-0.61之间，利用附着系数。与Z制动强度满足。二-关系。0.85Q）第1种情况当制动强度在ZR.15-0.3之间，把“二Z-0.08和。=Z+0.08代入制动力,如果代入。=Z+0.08的制动力大于代入。=Z-0.08的制动力时，则有：当Z=0.15-0.3时，要满足0=Z 0.08的关系；当Z=0.3-0.5时，要满足0=Z+O.O8的关系；-9-当Z=0.5-0.61时，要满足Z 021的关系;0.5把以上几条直线方程分别描绘再前、后地面制动力关系图上，就可以得到 实际制动力分配线的限制范围，利用附着系数。=020.8范围内实际制动力应 该在该范围之内。0第2种情况当制动强度在Z=0.15-0.3之间,把。=Z 008和。=Z+0.08代入制动力，如果代入。=Z+0.08的制动力小于代入。=Z-0.08的制动力时,则有：当Z=0.15-0.3时，要满足。=Z+0.08的关系；当Z=0.3-0.5时，要满足0=Z+O.O8的关系；当ZR.5-0.61时，要满足。=Z 一0-21的关系;0.5把以上几条直线方程分别描绘再前、后地面制动力关系图上，就可以得到 实际制动力分配线的限制范围，利用附着系数。=020.8范围内实际制动力应 该在该范围之内。以上分析可知，第1种情况中，在Z=0.15-0.3区间，不允许后轮先抱死 区域比第2种情况更窄，即条件更严格；在。=0.2-0.8区间内，允许后轮先抱 死；Z=0.5-0.61区间允许后轮抱死区域增大。3）对除Ml、N1类以外车辆的规定对除M1、N1类以外车辆ECE-R-13制动法规制动力分配线有如下规定：制动强度在Z=0-0.61之间，利用附着系数。与Z制动强度满足。二，关 系。0）第1种情况当制动强度在ZR.15-0.3之间，把“二Z-0.08和。=Z+0.08代入制动力，如果代入=Z+0O8的制动力大于代入。=Z-0.08的制动力时，则有：当ZW.3-0.61时，要满足。二Z 002的关系;0.74把以上3条直线方程分别描绘再前、后地面制动力关系图上，就可以得 到实际制动力分配线的限制范围，利用附着系数。=020.8范围内实际制动力 应该在该范围之内。0第2种情况当制动强度在ZR.15-0.3之间，把“二Z-0.08和。=Z+0.08代入制动力，如果代入。=Z+0.08的制动力小于代入0=Z-0.08的制动力时，则有：当Z=0.15-0.3时，要满足0=Z+O.O8的关系；当Z=0.3-0.61时，要满足。=/的关系;0.74-10-(2-15)(2-16)(2-17)(2-18)(2-19)把以上3条直线方程分别描绘再前、后地面制动力关系图上，就可以得 到实际制动力分配线的限制范围，利用附着系数。=0.2-0.8范围内实际制动力 应该在该范围之内。以上分析可知，第1种情况中，在Z=0.15-0.3区间，不允许后轮先抱死 区域比第2种情况更窄，即条件更严格；在。=0.2-0.8区间内，允许后轮先抱 死；Z=0.3-0.61区间除Ml、N1类之外车辆后轮抱死区域比N1类车辆后轮抱 死区域更大，比N1类车辆要求更宽裕。对于Ml类、N1类车辆还是对除Ml类、N1类以外的车辆，都要求制动强度在Z=0.1-0.61之间并满足。=Z十007的关系。这条要求的意义是汽车 0.85总制动力不能太小。也就是实际制动力线不能落在该线所确定的曲线下方。2.2.5 实际利用附着系数1、制动效能与制动力1)前轮制动效能：输出制动力矩“IBEFf=输入制动力矩二P%/4 x。J x的2)后轮制动效能：mom 一输出制动力矩 M2BEb Jr-输入力矩-X-/4 x 义 RB0 r3)装有比例阀拐点处前轮制动力：F=(BEF f*7z74xO/xR3x)/心4)装有比例阀拐点处后轮制动力：F=(BEF r*tz74xQ2xR3xP)/rk 2 r 02、比例阀拐点处的制动强度zo=(Fi+F2)*2/G3、前后路面制动力1)前轮路面制动力：拐点前：-11-M+M2拐点后：Ff=2*H+AF尸2*M*P/rk+G*(Z-Z。)*Ml+f*M22)后轮路面制动力：拐点前：(2-20)(2-21)Fr二M2M+M2*G*Z拐点后:Fr=2*F2+AF2=2*M2*P0/rk+G*(Z-Z0)*f*M2Ml+f M2(2-22)(2-23)4、轴载荷 前轴：口 hgaGF=G+nZz,1 L(2-24)后轴:F=G-nZz2 2 l(2-25)5、利用附着系数(地面制动力与轴载荷的比值)前轮：f 尸 F/&f 2二3后轮:(2-26)(2-27)2.2.6制动助力器的输入、输出特性计算当踩下制动踏板推动助力器，打开大气阀之前输出为0o但要克服阀回位 弹簧力和阀座弹簧力。当打开大气阀时，输出力突然从零值升到一定的值，此 值称为跳跃力。此跳跃力的计算公式为F=S%+S匕一%口供(2-28)-12-。=焦1。33(2)(2-29)式中SV,阀座弹簧力(N)；S&阀回位弹簧力(N)；%-大气阀面积(m2)；Po-真空压力；Pv真空度。当大气阀打开后，真空助力器开始工作。当助力最大时的作用力为F2(满负荷工作状态)时,(2-30)式中A-膜片有效面积(m2)Dm-主缸直径(m)；Sp回位弹簧力(N)；f柱塞阀滑动阻力(N)；J跳跃力(N),由试验而定的数据；K助力比：作用于主缸活塞上的推杆力与输入到真空助力器的踏板力之比，也就是真空助力器的输出力与输入力之比，即K=。尸入输出力的计算方法如下：当有真空度时，即尸0。时F入FF F,F=F+P,A-u)入 2 出 入 o I 4 nli(2-31)(s+/)p当无真空度时，即尸。=0时乐 WSp+f&=0(2-32)=(Sp+/)|J-13-2.3本章小结本章主要介绍了制动系统的基础知识，如制动系统相关参数的概念以及其 影响因素，制动强度的定义以及求取方法，制动性能评价的基本方法等，这 些基础知识为以后的制动系统设计做了很好的铺垫。只有理解了这些理论知识,才能进行后续深入设计计算。本章还重点介绍了 ECE制动法规对车辆的要求，ECE制动法规是评测车 辆制动性能的标准，是最重要的依据。-14-第3章 制动系统的优化设计在制动系统设计中需预先给定整车参数，而对汽车制动性能有重要影响的 制动器参数有：制动力及其分配系数、同步附着系数、制动强度、附着系数利 用率、最大制动力矩与制动器因数等。汽车的实际制动力分配的合理性，可以用以下三种方法来描述：一是用理 想制动力分配线与实际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；三是以路面附着系数利用率来描述。本文主要采用第二种 方法进行分析计算。3.1 无比例阀汽车制动系统匹配计算3.1.1 整车参数表3-1制动系统匹配计算所需整车参数空载总载荷Gokg满载时后轴载荷G2kg满载总载荷Gkg空载时质心高度hgomm空载时前轴载荷Goikg满载时质心高度hgmm空载时后轴载荷G02kg前轮制动力矩MiN 7n满载时前轴载荷kg后轮制动力矩m2N-m空载重心距前轴距离劭mm满载重心距前轴距离。mm空载重心距后轴距离bomm满载重心距后轴距离bmm轴距Lmm轮胎的滚动半径rkmm车辆的类别 M1.M2.M3.N1.N2.N33.1.2 制动器参数选用制动器类型(盘式或鼓式)，型号；前轮轮缸直径Df(mm)；后轮轮 缸直径Dr(mm)；制动器工作半径RB(mm)；制动力矩。3.1.3 利用附着系数计算1、地面制动力-15-空载时前轮地面制动力：F,=o G,pZ+M2空载时后轮地面制动力：r M 2 厂F?=-二-口01nz M+M2 满载时前轮地面制动力：M 小7F,=-jGjZ1 陷+也 满载时前轮地面制动力：R-o Go Z2 m+m22、轴载荷空载时前轮载荷:当=Goi+hgotGodZ/L空载时后轮载荷:I；,2=G02-hg0LG0dZ/L满载时前轮载荷:玛=G1+hgnGnZ/L满载时后轮载荷：F=G-hgnGnZ/L z2 23、利用附着系数空载时前轮利用附着系数：-储空载时后轮利用附着系数：=匕2满载时前轮利用附着系数：f尸尸 满载时前轮利用附着系数：f/0 0比例阀拐点处斜率/o3.2.2 利用附着系数计算1、比例阀拐点处制动力空载时装有比例阀拐点处前轮制动力：陷 71 2板呼呼助口尸、加口刖口丹四口瓶口尸F=-=-=2r(3-9)一 h空载时装有比例阀拐点处后轮制动力：M2 71 2B EFi-DP 丁无助口出口。F 二 4().，()2 二 一jRBdPoivi lT-A一 h(3-10)满载时装有比例阀拐点处前轮制动力：_ _ M1 兀 2、r BEFi 2 2-r Q-uDfo RBjP0 1口 aDf#B小)口自加庶 4 Mo P石=_4_ _ _4_=_口1 o1 (3-11)满载时装有比例阀拐点处后轮制动力:F；-r BEFi-2r dD,火Baf t4 -4_ M2 n 2,-、,n-aDr dRBdPqo DnRBo Pa 4 M cP-U2 0/o 12-17-2、比例阀拐点处的制动强度 空载：_(Fi+F2)n2_2(A/i+M2)nR)(3-13)满载:(F+F)n2 2(M+M)np,(3-14)3、前、后路面制动力1)空载时(1)前轮比例阀拐点前，前制动力所占比例:1 M+比例阀拐点后，前制动力所占比例:M+fo M(3-16)前轮路面制动力:，时,即比例阀拐点前,=口杷(3-17)时，即比例阀拐点后,勺2*+3(3-18)(2)后轮比例阀拐点前，后制动力所占比例:比例阀拐点后，后制动力所占比例:(3-20)-18-后轮路面制动力:当z4，时,即比例阀拐点前,工二4班.二心口品血(32)当z4，时,即比例阀拐点后,=2口尸+AF _2口叫/皿 口6口屹-Z)(3-22)，2 2q Mi+fo M2 2)满载时(1)前轮比例阀拐点前，前制动力所占比例：比例阀拐点后，前制动力所占比例：=M M 0-24)前轮路面制动力：当z Z时，即比例阀拐点后(2)后轮比例阀拐点前,比例阀拐点后,2dM?,%=2居+居=3后制动力所占比例：A 二 2 m+m2后制动力所占比例；&=M+nGo(Z-Z)M+/M 7(3-26)Ml+fo M2(3-27)(3-28)fM2-19-后轮路面制动力:当Z Z时即比例阀拐点后，F=2nF+AF_ 2口区啕 Jf 训Ga(Z-Z)(3-30)一 rk M.+fo M：)4、轴载荷空载时前轮载荷：FZi=G01+hg0EG0aZ/L(3-31)空载时后轮载荷：房二Go2-hgocGotiZ/L(3-32)满载时前轮载荷：F7=G l+hgnGnZ/L(3-33)满载时后轮载荷：F(=G-hgnGnZ/L z2 2(3-34)5、利用附着系数空载时前轮利用附着系数：F(3-35)空载时后轮利用附着系数：%干rz2(3-36)满载时前轮利用附着系数：f =Ff(3-37)满载时前轮利用附着系数:-20-6、附着系数利用率:(3-38)8X=Z/f,(3-39)3.2.3踏板力计算1、从作出的利用附着系数曲线中可以得到四轮均抱死时所在路面的附着系数，此时z=,可以求出满载状态下，前后轴荷 F根据。=人 此时制动力矩 M=Fxo rk/2 Fzi式中Fx-地面制动力；Fzi轴荷；rk车轮滚动半径，单位为emo1)四轮抱死时前轮制动力矩M=。尸/2 1 zl k2)四轮抱死时后轮制动力矩忆=。口危口22、前轮抱死所需油压：g gM(/)口F nr/2p 4=zl k1 M M3、后轮抱死所需油压：sM。口F 厂/2P 一 口2 二 口2 k_2 m2 m24、踏板力计算1)助力器有效面积：兀A=2 2 2严 一4-4)式中d 膜片有效直径(mm)；di-橡胶反作用盘直径(mm)；d2-滑柱直径(mm)。Fzi、Fz2。(k g-cni)(k g-cm)(k g.cm(jcg-cm99(3-40)(3-41)(3-42)(3-43)(3-44)2)真空度计算：一般发动机进气管真空度可维持在65k Pa左右，按此-21-计算最大助力：尸=0.065oAei77(N)(3-45)(/7一般取0.95,传递效率)由尸+尸=尸和三助力比得：F=助力比尸入 助 出决 出助力比-1助3)前轮抱死所需总泵推力：格=肩口。2弓(依)(3-46)式中？前轮抱死所需油压；D-总泵直径(cm)。4)将前轮抱死所需总泵推力与最大助力进行比较，求得前轮抱死所需踏 板力。若尸前尸(最大助力)，则前轮抱死所需踏板力为：“山 VW)47)若尸前,尸，则前轮抱死所需踏板力为：分产(尸入+生一盘)/(/)(3-48)式中I踏板杠杆比。5)有比例阀汽车，后轮制动管路经比例阀接制动器，后轮比例阀起作用 点的油压：综,(1)后轮抱死所需的总油压：Ph=Po+(PP。/(4/C)(3-49)(2)后轮抱死所需总泵填力：P=P-D2(k g)(3-50)h 46)无比例阀汽车后轮抱如所需总泵推力：P=P-D2(k g)(3-51)2 47)将后轮抱死所需总泵推力与最大助力进行比较，求得后轮抱死所需踏 板力。若尸尸(最大助力)，则后轮抱死所需踏板力为：-22-Pe2=(P-F)/(/D77)(3-52)若尸尸（最大助力），则后轮抱死所需踏板力为：尸0=（以+尸一？）/（/）（3-53）5、比较前轮抱死所需踏板力P0与后轮抱死所需踏板力 之,若%P0，则后轮不会先抱死，属于稳定工况。3.3 计算结果分析前两节对汽车制动系统匹配计算计算方法进行了归纳总结，同时也进行了 简化，这些公式将被用于软件设计中，以这些公式为基础进行编程，开发软件。对于计算所得的利用附着系数要进一步绘成“利用附着系数制动强度”关系曲线，与ECE法规线进行比较分析，判断是否符合ECE法规要求，从 而得出结论：制动安全性。并且，利