液压制动系统制动踏板机构设计.pdf

设计研究汽车科技增刊2 0 0 8 年2 月一液压?制j 动系统制动踏板祈构。设计黼“制蛐“船越艄m 4 如m m 埘一乩铋涵融蜘岫“抽F d 褂。删”一阮仁新，彭刚(东风汽车公司技术中心，武汉4 3 0 0 5 6)摘要：踏板行程是决定车辆制动减速度的重要参数之一。制动踏板机构应具有足够的行程，但储备行程过大，当一个回路失效时，踏板行程增加较大，制动器起作用的时间会延长，引起制动距离增加。而且驾驶员可能会因为不熟悉的踏板位置而感到紧张。通过对车辆减速度与制动踏板行程关系的推导，阐述了液压制动系统制动踏板机构设计的一般方法。关键词：踏板行程；制动；减速度；储备行程中图分类号：U 4 6 3 5 2+1文献标识码：A文章编号：1 0 0 5 2 5 5 0(2 0 0 8)S 1-0 0 4 2-0 3液压制动系统中制动踏板机构的行程对制动性能有非常大的影响踏板机构应当具有恰当的行程。行程偏小，则达不到预期的制动性能要求但储备行程如果设计得过大，当一回路失效时。踏板行程增加幅度较大容易导致驾驶员紧张而发生事故。因此有必要对制动踏板行程的设计加以深入分析与研究。本文对制动踏板行程与制动减速度的关系进行了推导并以某越野车为例简要介绍制动踏板行程的设计方法。1踏板行程与减速度关系图1 为典型的液压制动系统。施加的踩踏力昂引起制动踏板位移距离y。踏板杆系引起主缸活塞产生位移X，其值小于踏板的位移y。工作面积为A 眦的主缸将制动液压入制动管路，从而形成液压制动的管路压力B。制动主缸总成助力嚣总威图1 液压制动系统简图液压制动管路中的压力只为：难竽业(1)A E式中，A K 为主缸活塞面积；B 为踏板力；工I 为踏板机构杠杆比；为踏板机构的效率；口为助力器助力比。收稿日期：2 0 0 7 1 2 2 74 2 汽车前轴产生的制动力如为：肛2(P 1 儡)柑吼，b()(2)式中，R 为制动器的推出压耗；仉为主缸之后的机械效率；A W C，为前制动器轮缸面积；k 1，为前制动器的制动效能因数；r 为制动器作用半径；R 为轮胎的有效半径；汽车后轴产生的制动力为：F x a t=2(学只-P o)柑仉以R(寺)(3)式中，卢为制动力分配系数；A 耽J 为后制动器轮缸面积；毛。为后制动器的制动效能因素。式(2)和式(3)的下标F 和R 分别代表前轴和后轴假定车辆装有四个完全相同的制动器。车辆的惯性力等于由制动器一轮胎系统产生的制动力当忽略推出压耗R 时，有如下关系式：胙2 孛州矗t(每)(4)式中，m 为汽车总质量；A 吼为制动器活塞面积。要求主缸产生的制动液排量可以用各车轮分泵容积和制动软管损失的函数来表示，该关系式为：V c=2,4“(1 切)(5)式中。口为补偿软管膨胀所需制动液占V-的比例一般取t，=0 3；d 为分泵活塞行程。对于盘式制动器制动效能因数和分泵活塞行程的对应关系可用下列近式关系式表示：d=(0 9-1)(6)将d=k。代入式(5)有：V m=2 A 1 4,(1 切)(7)联立式(7)和式(4)得：只y 庐訾(8)式中，仉的保守取值为0 8。式(8)左边压力和容积的乘积其实就是主缸输出的液力功。由主缸输出的液力功等于助力器所做 万方数据液压制动系统制动踏板机构设计，阮仁新彭刚设计一硼究的功与踏板功之和有：f 曰脚B y 庐业(9)J。曰僻P l y 庐詈(9)为计算简化起见，我们假定随y 值的增加，昂从零按照线性关系增加到最大值，昂的最大值一般取4 0 0N，如果制动力分配系数J B 不为定值，可取昭0 8g 时的J B 值。在车辆参数及助力比都已知的情况下，由式(9)容易求得y。2 行程利用率P 的选取分析制动踏板装置需有一定储备行程G B 7 2 5 8 和G B l 2 6 7 6 都规定：制动器装有间隙自动调整机构时，储备行程不得小于总行程的1，5。由式(9)计算出的y 值只是用于产生所需制动减速度的行程没有考虑空行程与储备行程。定义y 值与全部可能产生制动作用的行程之比为行程利用率P 则制动踏板行程的组成部分可表示如下：(1)空行程y l 一0 0 8 Y I p(1 0)(2)制动主缸推杆活塞产生制动压力所需的踏板行程Y 2 一-K Y I p(1 1)(3)制动主缸浮动活塞产生制动压力所需的踏板行程Y 3 一(1-K)Y I p(1 2)式中，K 为推杆活塞所需踏板行程y 与踏板机构能用于产生制动压力的行程之比；系数K 一般在0 9 6 与1 2 5 6 之问取值，其中，6 为后轴制动力与车辆总制动力的比值。制动踏板的最大行程由y。、y 2 及y 3 组成，即：s p。F y l+l，y 严1 0 8r O(1 3)在正常制动情况中推杆活塞和浮动活塞引起的实际踏板行程小于最大设计值y：和y，。则在制动管路系统无故障和有故障的情况下制动时踏板行程可由下式表示：(1)制动系统无故障时：S 产y l+p k r p W(1-K)Y p=(O 0 8 m-1)l，(1 4)(2)推杆活塞腔失效后S p=Y I+k r p w(1 一r,)r p：(锷盟+1-k)Y(1 5)r(3)浮动活塞腔失效后S p=Y I W k r p+(1-K)Y p：(I|+鼍生)y(1 6)由式(1 5)及(1 6)可知，制动主缸在某一腔失效后，所引起的踏板行程与制动主缸没有失效时相比。踏板行程有所增大。并且行程利用率P 值越小，踏板行程增加的越多。此时就可能会引起驾驶员紧张而发生事故。因此，合理选择踏板(主缸)行程利用率P有着重要意义。3 设计实例以某越野汽车为例来进行制动踏板的设计分析计算所需原始参数见表1。表1 车辆参数参数空载满载汽车总重，k g32 5 050 0 0助力器助力比6K0 5制动器作用半径m m1 1 0车轮滚动半径m m4 4 5汽车空载和满载时制动力分配系数均为0 5 其选取的计算方法在这里不作赘述。将上述车辆参数代人式(9)，得出产生制动所需减速度的行程y=1 0 lm m。将y=1 0 1m m 代人式(1 3)，得到所需制动踏板的最大行程为：s p。=1 0 8r p=1 0 9 pl n E i l将y 值代入式(1 4)、(1 5)、(1 6)可得到正常制动工况下和主缸某一回路失效时的制动踏板行程。将主缸局部失效的踏板行程与正常制动时的行程的比值作为行程利用率P 的函数。绘入图2 中，从某一回路失效的曲线可以看出。踏板储备行程过大。即P值较低。某一回路失效时会导致踏板行程过长。图2 踏板行程与行程利用率P 的关系曲线设计时取踏板行程利用率P 在O 6 7 左右时局部故障时踏板行程不会增加太多多个驾驶员的主观评价结果也验证了分析的正确性。在P 取值为O 6 7 时由式0 3)可得踏板行程空间至少需要1 7 6m m。4 3 蕾磷霉罐禽窖卜瞎车磐峭岬磷霉堪鲁留苗辞曰肇喀 万方数据设计研究汽车科技增刊2 0 0 8 年2 月周忠胜(东风汽车公司技术中心，武汉4 3 0 0 5 6)摘要：论述了侧倾转向和侧倾外倾系数的意义和获得方法然后以某汽车为例计算了侧倾转向系数和侧倾外倾系数，并对其进行了分析。探索了一种计算不同侧向加速度下侧倾转向和侧倾外倾系数的方法。关键词：汽车；车身侧倾角；侧倾转向系数：侧倾外倾系数中图分类号：U 4 6 1 6文献标识码：A文章编号：1 0 0 5-2 5 5 0(2 0 0 8)S 1-0 0 4 4-0 51侧倾转向系数和侧倾外倾系数文献 1 、2 在分析车辆的操纵特性时都是从最基本的两自由度模型人手来分析虽然两自由度模型非常简单但为车辆操纵性能分析提供了十分重要的基础。经过对二自由度基本模型的动力学分析得到了一个关于车辆操纵特性的基本概念即车辆的“不足或过度转向”特性。分析结果表明不足转向与过度转向的区别取决于一个重要物理量叫车辆的“稳定裕度”，定义为6 C c-a c f，其中，口和b 分别为前轴和后轴至车辆质心的距离，c f 和c r 分别代表了前后轮胎的综合侧偏刚度。如果稳定裕度为正值。车辆表现为不足转向；否则为过度转向。可以看出稳定裕度中收稿日期：2 0 0 7 1 2-0 3的第一项b c f 代表了“后轮产生力的能力”(更严格地讲指后轮产生的力绕车辆质心的力矩)；而第二项a-c f 代表了“前轮产生力的能力”。设计者利用前后轮胎力(或力矩)的平衡关系，扩展稳定裕度这一概念，并以此来理解以下因素的影响：与负载有关的车辆质心位置；与轮胎的结构、尺寸和胎压有关的轮胎侧偏刚度；前后轮外倾角；前后轴左右车轮的载荷转移；侧倾转向效应；变形转向效应。在车辆转弯过程中车身侧倾会导致前后轴左右车轮的载荷变化。会导致轮胎侧偏刚度、外倾角、侧倾转向效应、变形转向效应等多个因素的变化从而导致车辆稳态转向特性的变化。在车身侧倾时，特别是独立悬架。车轮定位参数的变化相当重要。由车身侧倾引起的重要的位移变量有：绕z 轴转动的车轮转向角(6)；绕戈轴转动的车轮外倾角(y)。当车身侧倾角较小时以上两个变量与车身侧4 结论道路试验结果和驾驶员的主观评价表明该越野汽车的制动踏板的设计是成功的。失效试验时驾驶员对新的踏板位置感觉比较适应。制动踏板的设计和制动主缸及助力器的设计是紧密联系的三者应统一考虑。参考文献：1 余志生汽车理论 M 北京：机械工业出版社，1 9 9 9 2 张洪欣汽车设计 M 北京：机械工业出版社，1 9 9 9 3 L 鲁道夫汽车制动系统的分析与设计 M 张蔚林，陈名智，译北京：机械工业出版社1 9 8 5 4 4 T h eR e s e a r c ho fB r e a kP e d a lD e s i g ni nH y d r a u l i cB r a k i n gS y s t e mR U A NR e n-x i n P E N GG a n g(D F MT e c h n i c a lC e n t e r，W u h a n4 3 0 0 5 6，C h i n a)A b s t r a c t=P e d a lt r a v e li so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e rw h i c ha f f e c t st h eb r a k i n gd e c e l e r a t i o no fv e h i c l e B r a k ep e d a lm e c h a n i s mm u s th a v ee n o u g ht r a v e l a st h er e s e r v e dt r a v e li st o ol o n g,w h e no n eo ft h ec i r c u i ti n v a l i d，t h ep e d a lt r a v e lw i l li n c r e a s e，i tw i l li n c r e a s et h et i m et l l a tb r a k e st a k e se f f e c t t h e nl e a d st Ot h ei n c r e a s eo ft h eb r a k ed i s t a n c e，b e s i d e s。t h ed r i v e rm a yf e e ln e r v o u sb e c a u s eo ft h eu n f a m i l i a rp e d a ll o c a t i o n T h i sa r t i c l ed e r i v a t e st h er e l a t i o nb e t w e e nv e h i c l eb r a k i n gd e c e l e m-t i o na n db r a k ep e d a lt r a v e l，s t a t e sag e n e r a lm e t h o do fh y d r a u l i cb r a k i n gs y s t e mb r e a kp e d a lm e c h a n i s md e s i g n K e yw o r d s：p e d a lt r a v e l；b r a k e；d e c e l e r a t i o n；r e s e r v e dt r a v e l 万方数据液压制动系统制动踏板机构设计液压制动系统制动踏板机构设计作者：阮仁新，彭刚，RUAN Ren-xin，PENG Gang作者单位：东风汽车公司,技术中心,武汉,430056刊名：汽车科技英文刊名：AUTOMOBILE SCIENCE&TECHNOLOGY年，卷(期)：2008，(z1)被引用次数：0次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.余志生 汽车理论 19992.张洪欣 汽车设计 19993.L鲁道夫.张蔚林.陈名智 汽车制动系统的分析与设计 1985 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 方泳龙.胥向欣.刘玺.FANG Yong-long.XU Xiang-xin.LIU Xi 制动主缸与踏板行程专家系统知识库的建立-江苏大学学报（自然科学版）2007,28(6)根据专家的经验知识和设计思路,分析了制动主缸和踏板行程计算中的各个影响因素.结合开发汽车制动专家系统的实践,采用C+编程语言,在VisualStudio.NET2005开发环境中,充分利用面向对象的知识表达方法和模块化程序设计方法,建立了制动主缸和踏板行程知识库.并利用已有的某车型参数对知识库的计算与分析功能进行了测试,结果显示汽车制动专家系统主缸与踏板行程知识库已达到预期设计目标.2.学位论文 刘晨 电动汽车复合制动踏板设计与开发 2008 目前，复合制动技术已经成为电动汽车关键技术之一。通常，电动汽车复合制动系统的结构方案主要有采用加速踏板实现对复合制动的控制和采用制动踏板实现对复合制动的控制两种结构方案。但是，采用加速踏板的结构方案存在与传统驾驶习惯不一致、主观感觉不好的缺点；采用制动踏板的结构方案存在系统结构过于复杂的不足。本文针对现有复合制动系统结构方案的不足，提出了通过复合制动踏板实现对复合制动控制的结构方案。该方案结构简单，同时符合驾驶员传统驾驶习惯，但需要在复合制动踏板方案、制动踏板感觉、传感器集成与可靠性等方面进行深入的研究。首先，本文在分析了复合制动踏板设计的影响因素的基础上，对复合制动踏板总体方案进行了设计；并基于此，对复合制动踏板主要零部件进行了结构设计。该复合制动踏板结构简单、拆装方便，为进一步工作奠定了基础。其次，本文针对复合制动踏板感觉进行了台架实验研究，并基于踏板力与踏板位移、制动管路油压与踏板位移之间的关系对复合制动踏板感觉进行了客观评价。实验结果表明，复合制动踏板与原制动踏板感觉相比，除了踏板行程和预紧力参数略有变化外，其它参数几乎没有变化。这说明，复合制动踏板与原制动踏板相比，几乎具有相同的制动踏板感觉。然后，本文基于原制动踏板及其支架结构，提出了复合制动踏板角位移传感器的集成方案。通过台架安装表明，该方案充分利用了现有空间，能够有效的对复合制动踏板角位移进行测量。最后，本文基于信号可靠性的要求，提出了通过低通滤波及硬件冗余的方法，有效地提高了传感器信号的可靠性。实验结果表明，采用低通滤波的方法可以有效地去除高频噪声，提高传感器信号的质量；采用硬件冗余并结合一套基于小波变换的信号冗余策略的方法，可以有效地检测出传感器的故障信息，并跟据各故障信息计算出可靠的制动踏板位移。总之，本文设计的复合制动踏板具有结构简单、制动踏板感觉良好、制动踏板角位移信号可靠性高等特点，为其在实际中的应用奠定了基础。3.期刊论文 周玉存.ZHOU Yu-cun 汽车制动辅助系统BAS-汽车电器2005,(6)制动辅助系统(BAS)隶属于汽车的主动安全系统.本文对应用汽车制动辅助系统的优势进行了分析,介绍制动辅助系统的功能、结构原理和工作过程.4.期刊论文 郑宏宇.宗长富.高越.朱天军.田承伟.ZHANG Hong-yu.ZONG Chang-fu.GAO Yue.ZHU Tian-jun.TIANCheng-wei 线控制动系统的踏板力模拟研究-系统仿真学报2008,20(4)汽车制动踏板力感模拟是汽车线控制动系统的重要组成部分,通过对传统制动系统进行分析得出踏板力与行程之间的关系,建立-种能够模拟传统车踏板力与踏板行程关系的踏板力模拟算法.仿真结果表明,研究的控制算法能较为精确的模拟传统车踏板力与踏板行程关系,为线控制动系统中踏板力的模拟提供了依据.5.学位论文 陈熔 反力式制动试验台计算机测控系统研究 2000 该文针对目前汽车检测线全自动、准确、快速检测车辆的需要,在不改变制动试验台原有的结构和测控电路的基础上,开发研究了一套独立的计算机测控系统.该系统以坚实的力学理论为依据,以先进的传感器、电子技术为检测手段,用智能化的计算机作为控制和分析中枢,能快速准确地检测汽车的轴重、阻滞力、制动力、制动协调时间、制动器的踏板力、踏板行程,并能实时、动态地显示制动力增长情况,以曲线、模拟仪表指针和数字三种方式显示.该计算机测控系统从检测站的实际情况出发,以反力式滚筒制动试验台为机械台架.6.期刊论文 何仁.胡青训.HE Ren.HU Qing-xun 带有制动能量再生系统的公共汽车制动过程-江苏大学学报（自然科学版）2005,26(5)带有制动能量再生系统汽车的制动过程与传统汽车的制动过程有所不同.通过对城市公共汽车再生制动力矩和车轮液压制动模型的分析,把再生制动力矩折算成相应的液压制动踏板行程,从而使再生制动力矩产生的制动感觉和液压制动感觉一致.对纯再生制动模式、紧急制动模式和一般制动模式三种情况下的制动距离进行分析计算,提出了城市公共汽车再生制动的控制策略.结果表明,制动安全主要取决于紧急制动距离,而制动能量回收的多少主要取决于纯再生制动模式和一般制动模式下的制动距离.推导出的紧急制动距离公式在设计带有能量再生制动系统汽车时,可用于计算、校核其制动安全距离.7.会议论文 何仁.胡青训 带有制动能量再生系统的城市客车制动过程分析 2005 分析了带有制动能量再生系统的城市客车的制动过程.通过对汽车再生制动力矩和车轮液压制动模型的分析,把再生制动力矩折算成相应的液压制动踏板行程,从而把再生制动感觉统一到传统制动感觉上来.对三种再生制动模式下的制动距离进行了计算分析,在此基础上提出了市区公交客车的再生制动控制策略.8.学位论文 王超勇 车辆电子驻车制动(EPB)控制系统的硬件设计研究 2009 电子驻车制动系统（Electronic Parking Brake，EPB）是汽车线控制动系统的一类，也是车辆驻车制动系统的发展方向。它用电线取代传统手制动装置的拉索和传动机构，用电制动器代替传统的制动器，用电子控制单元结合车辆驻车环境的状况控制驻车制动力的大小和各轮驻车制动力的分配，并具有辅助驾驶员坡道起步和智能驻车/解除功能，是车辆驻车制动系统的革新。本文主要对电子驻车制动系统电控部分的硬件原理电路进行了研究与设计开发。本文首先介绍了汽车电子技术的发展趋势，以及电子驻车制动系统的应用现状、原理、优点与难点。然后详细描述了电子驻车制动系统的硬件总体方案的设计与软件设计的总体要求。按照系统电控部分的硬件功能要求，本文设计了电子驻车制动系统的中央控制单元ECU（Electronic ControlUnit）、左、右车轮ECU、车辆参数采集节点模块及其外围接口电路，设计了满足要求的H桥电机驱动模块电路，组成了电子驻车制动系统的硬件部分，并以CAN总线为脉络组成控制器局域网进行了调试。在车辆参量采集节点模块的设计中，采用了模块化设计的理念，主要包括：车速采集节点、发动机转速采集节点、驻车坡度采集节点、驻车电流采集节点，驻车制动盘压力采集节点、踏板（离合器和刹车踏板）行程采集节点，通过这些节点实现了与电子驻车制动系统相关的车辆状态信息的采集与处理，以供中央ECU及车轮ECU根据设定的安全策略和控制程序，实现对车辆驻车的安全控制。另外，在本系统电控部分的硬件设计中对停驻在上坡的汽车的坡道起步辅助控制进行了探索；考虑到信息在不同节点上的共享性、电子驻车制动系统的可扩展性以及与其他控制系统的可融合性，在系统硬件各节点的开发设计中均搭建了CAN网络数据通讯接口，并通过制定相应的CAN应用层协议，使左、右车轮制动节点接收CAN网络的信息，完成驻车制动功能。电子驻车制动装置与传统的手动驻车制动装置相比，不论在汽车起步，还是停驶驻车时，驾驶员都不需要再操作手动制动手柄，这大大降低了驾驶员的操作难度，提高了驾驶的舒适性和制动性能，同时也提高了驾驶的安全性、有利于环保，而且对电子行车制动系统的开发起到推进作用。所以说，电子驻车制动系统的开发具有极其重要的意义。9.期刊论文 花庆荣.陈士杰 轿车制动感觉评估与制动感觉指数-上海汽车2008,(6)制动感觉较多地影响了人们对轿车制动系统的评估.建立在大量试验数据统计基础上的制动感觉指数评价体系,通过对各阶段的制动踏板行程、制动踏板力及相应的制动减速度的测量,能很好地反映、评估制动感觉.运用实例可知,这种主观评估客观试验化的方法,相对简化、易操作,并在保证正确性的同时,使相关的工程开发改进的人员、时间、成本得以有效降低.10.期刊论文 郭晋晟.王家明.杨林.卓斌.GUO Jin-sheng.WANG Jia-ming.YANG Lin.ZHUO Bin 基于模糊控制的柴油混合动力客车制动回馈-上海交通大学学报2008,42(8)以集成化起动/发电机(ISG)柴油混合动力客车整车控制策略为基础,提出一种基于模糊控制的制动回馈策略.该策略根据模糊控制原理,以瞬时车速、制动踏板行程及其变化率为模糊输入,确定电机和制动器的制动转矩分配.仿真结果表明,该策略与普通逻辑控制相比,前者更加有利于制动能量的回收.本文链接：http:/