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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。 密级: 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 编制: 日期: 校对: 日期: 审核: 日期: 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
2、 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
3、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 ......................................................
4、 - 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 -
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 ............................
6、 - 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、 - 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 ............................
8、 - 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 ...........................................................................
9、 - 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
10、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、 - 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、 - 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、 - 13 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 5.4.5 最大踏板力的确定 ......................................................................................................- 13 - 6 驻车性能的计算 ....................
14、 - 13 - 7 制动性能的校核 .................................................................................................................. - 14 - 7.1 制动减速度的计算 ..................................................
15、 - 15 - 7.2 制动距离的计算 .................................................................................. 错误! 未定义书签。 8 结论 .......................................................................................................................
16、 - 17 - 参考文献 .................................................................................................................................. - 17 - - 1 - 中国高水平汽车自主创新能力建设
17、 制动系统设计计算书 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
18、 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
19、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 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设
20、计计算书 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
21、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 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 汽车制动时的受力如图 1 所示。 对后轮接地点取力矩,
22、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。
23、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
24、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 -
25、 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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 •
26、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
27、 、 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。 - 4 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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, D
28、r =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:
29、 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
30、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 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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
31、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; - 6 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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 。
32、 (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 )•
33、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。
34、 - 7 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 - 8 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书
35、 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; - 9 - - 10 - 中国高水平汽
36、车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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 =22m
37、m。 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 =400Nm
38、ax, ip ——踏板力比 S p ——踏板行程 - 11 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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
39、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
40、 max ( 19) 4 得 Pmax = 18.42 Mpa。 - 12 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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
41、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 MP
42、a, 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
43、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。 - 13 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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
44、 = 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:
45、 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 ＝
46、 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 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 S = 1 (τ 2' + τ '' ) u0 + u 2 2 0 ( 26) 3
47、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
48、 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。 -
49、16 - 中国高水平汽车自主创新能力建设 制动系统设计计算书 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
50、 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
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