制動系統平臺化開發策略研究

馬廣，吳新宇，劉易寒，張志明（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

制動系統平臺化開發策略研究

馬廣，吳新宇，劉易寒，張志明
（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

摘 要：借助于國外主流汽車企業的平臺化、模塊化開發模式，文章分析了制動系統設計開發的問題和關鍵點，闡述了制動系統平臺化開發的基本思路。通過對國外某汽車公司車型平臺制動系統設計的研究，得出平臺化設計原則，同時需要綜合考慮制動系統法規要求、制造工藝、輕量化設計等前提下，以最高標準要求和限制條件來開發設計制動系統，使之能夠在最大通用化情況下，較少對零部件進行更改。

關鍵詞：制動系統；平臺化；開發策略；制動器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.014

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-33-03

引言

汽車平臺化、模塊化開發已成為全球汽車行業的主流發展趨勢。特別是伴隨油耗法規的收緊，促使汽車公司將更多的資源向新能源方向傾斜，這就要求其余系統的開發成本要大幅降低，通用性則要大大提高。

目前，國內對汽車平臺化的研究才剛剛開始。本文根據公司近年來車型平臺開發項目，總結了制動系統平臺開發過程中的經驗，并結合國外先進的平臺開發案例，論述了制動系統平臺開發的關鍵點和設計原則。

1、制動系統平臺開發規劃

公司借鑒國外公司成熟的整車開發流程，建立了符合自身實際的整車開發流程。該流程規定，在項目初期階段需要確定基于目標市場、品牌定義、產品配置需求等限制條件的整車架構（包含目標市場法規需求、初始整車技術規范、主要系統概念、方案和技術要求、初始硬點等）。

制動系統平臺架構的開發要在整車開發流程內，同時兼顧所有建立在此平臺上的車型。制動系統必須同時要滿足車型品類的拓展和車型配置要求及性能。在企業內一般在底盤模塊下協調同步開發。

2、制動系統平臺化開發思路

制動系統平臺架構一般分為操作助力端、執行端和控制端三部分。制動系統平臺化開發目標是要在滿足所有平臺內車型的需求基礎上，增加共用零部件，降低開發費用，縮短開發周期。

2.1 操作助力端平臺化開發

操作助力端主要包括制動踏板、真空助力器（或電動助力器）帶制動總泵。是從車輛駕駛員觸發動作到制動系統對動作轉換的關鍵部分，其物理邊界與車身機艙及前圍結構有關，其基礎設計參數與人機布置空間、操作舒適性、制動踏板感覺相關。

制動踏板一般與油門踏板、離合踏板(統稱為三踏)共同作為操作模塊進行布置設計，其設計主要與人機布置，操作舒適性等相關。例如公司某平臺車型采用SAE 95%人體坐姿進行布置校核，制動踏板杠桿比初選為3.0，在同時滿足不同品類車型的人體坐姿下確定三踏的布置位置（圖1）。若考慮輕量化設計，則需要考慮在滿足布置空間的要求下，選用空心踏板臂式結構，實現制動踏板的輕量化設計要求。

真空助力器帶制動總泵通過螺栓將車身前圍與制動踏板連接到一起，布置位置位于前機艙內，布置中要考慮周邊件如車身前圍、前風窗下橫梁、搭載動力總成及相關附件等，同時考慮整車重量等因素下，確定真空助力器膜片的結構形式和規格（圖2）。如公司某緊湊級車型平臺在考慮整車質量、質心位置的前提下，可選擇單膜片11英寸規格或雙膜片7+8英寸兩種規格[1]，在考慮搭載動力總成和風窗下橫梁的結構后，全系列平臺選用雙膜片7+8英寸規格。若考慮輕量化設計，則應考慮貫穿式助力器結構以及鋁制殼體材質，滿足其輕量化要求。

制動踏板和真空助力器帶制動總泵布置設計完成后，可初步確定其物理邊界，為滿足不同品類及不同風格車型需求，在制動踏板主體沿用的前提下，可適當調整制動踏板踏面的狀態。對于真空助力器帶制動總泵，主要與制動踏板感覺關聯密切，因此在確保主體通用的前提下，可調整內部參數如助力比、空行程、始動力、跳躍值等參數，匹配不同風格車型對制動踏板感覺的要求。

2.2 執行端平臺化開發

執行端主要指車輪制動器（盤式制動和鼓式制動）。是制動系統執行制動動作的部分，因此其受力要求及工作環境也最嚴格。制動器物理邊界與車輪輪輞規格、懸架結構形式及轉向機布置位置相關，其基礎設計參數與制動力分配系數、制動熱容量、制動強度等性能指標相關。

因盤式制動器散熱性好、重量輕及維修方便等優點，目前在乘用車車型中廣泛采用，因此公司某平臺車型全部采用盤式制動器，前制動器為浮動鉗、通風盤式結構，后制動器為浮動鉗、實心盤式結構。前制動鉗布置于前輪心前部，后制動鉗布置于后輪心后部，對其進行與后周邊件間隙分析，要求滿足零部件間隙要求。考慮后制動鉗為集成式電子駐車結構，運用后懸架運動模型在懸架全行程范圍內進行制動鉗與周邊件的運動校核分析驗證（圖3）。

相同的制動器匹配不同車型，要綜合考慮車型尺寸、整車重量、質心位置等因素，并要求對制動盤熱容量進行仿真分析，滿足其基本制動熱容量需求。以某車型后制動盤熱容量為例，以ANSYS中workbench進行模擬仿真分析[3]。

為實現執行端跨平臺共用，綜合考慮平臺內轎車、SUV、MPV的整車參數后，選用同一狀態制動鉗，確保制動鉗體、制動摩擦襯片、內部液壓活塞及接口尺寸相同，制動盤及制動鉗安裝支架因不同品類車型制動力分配系數不同而尺寸規格有所調整。

2.3 控制端平臺化開發

制動系統控制端主要指防抱死控制系統、車身穩定控制系統及傳感器部件，

其對整車安全性能起到極其重要的作用。基于此，公司某平臺全系車型采用博世公司研發的ESP9.0車身穩定控制系統。對于控制單元部分，為實現平臺共用，統一使用加強版控制單元模塊，其電機、控制器外殼體、線束接插端、油路接口技術狀態一致，全系車型布置位置也相同，統一布置于機艙左側，變速器上方、真空助力器前端，實現區域平臺化布置設計。

軟件控制策略部分因不同車型品類整車參數、搭載不同動力總成、輪胎規格及不同車型操縱穩定性評價標準不同等因素制約，目前尚無法實現平臺化設計。

3、國外制動系統平臺化案例分析

研究國外某汽車公司的車型平臺發現，該平臺制動系統執行端雖然不能完全通用，但其制動鉗部分可實現共用，在匹配不同品類車型如轎車相對SUV車型上，通過對制動盤盤徑做適當調整，滿足其制動系統設計要求。該平臺前制動鉗缸徑均為Φ54，在配置尺寸、質量較小的車型時，制動盤規格為Φ288×28mm，在配置質量較大車型時，制動盤規格為Φ315×28mm規格。根據制動盤直徑的調整，變更前制動器有效制動半徑，滿足不同質量參數車型的制動系統匹配需求。

該平臺后制動器也采用了同樣的設計思路。相同輪缸直徑后制動鉗根據匹配車型質量參數的不同對后制動盤直徑進行調整。此設計不僅能保證車輛性能，實現了最大化的零部件共用，同時也減輕了整車重量，實現了最優化設計。

4、結論

制動系統平臺化開發需要在全面掌握制動系統設計要點基礎上，將平臺化的特殊要點匯入設計思路中。制動系統平臺化總的設計原則是，綜合考量整車制動系統法規要求、性能目標、制造工藝、維修便利性等前提下，以最高標準要求和限制條件來開發制動系統，則在整車不同配置需求下可以適當的對零部件進行靈活更改。

參考文獻

[1] 方泳龍.汽車制動理論與設計[M].北京:國防工業出版社,2005.

[2] 劉惟信.汽車制動系的結構分析與設計計算[M].北京:清華大學出版社,2004.

[3] 張劍,夏長高.盤式制動器瞬態溫度場與摩擦因數分析[J].機械設計與制造,2014,(2):119-121.

[4] 蔡洪明,李躍武,樂志國等.汽車平臺及通用化研發模式探索[J].汽車工程師,2011,(11):15-18.

[5] 張純洪,吳迪.模塊化生產對汽車產業的影響及其后發優勢分析[J].科學學研究,2008,4:754-758.

Study of Braking System Platform Develop Strategy

Ma Guang, Wu Xinyu, Liu Yihan, Zhang Zhiming
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of Hebei, Hebei Baoding 071000）

Abstract:By the aid of platform strategy and modularization of mainstream foreign motor company, key points and issue of the design and develop strategy of braking system and guidelines of braking system has been introduced. With the study of braking system of a foreign company’s platform, the platform guidelines can be obtained. The braking system should be designed based on the braking system rules, manufacturing process and light weighting, with the highest standards and limits to make the components less changing by maximum general utilization.

Keywords:braking system; Platform; Design Development; brake

作者簡介：馬廣，助理工程師，就職于長城汽車股份有限公司，從事底盤布置設計開發工作。

中圖分類號：U463.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-33-03