某轎車制動系統(tǒng)關鍵部件的匹配設計

叢銘 翁智逸 吳子涵 高浩杰 龔安東

南京林業(yè)大學汽車與交通工程學院 江蘇省南京市 210037

1 引言

近年來，我國汽車工業(yè)快速發(fā)展，新車型不斷涌現(xiàn)。本文結合某款轎車開發(fā)過程中的實際需求，在兼顧汽車制動性能和駕駛員駕駛感受的同時，對制動系統(tǒng)進行了匹配和設計計算。

2 制動系統(tǒng)匹配設計條件

在進行制動系統(tǒng)的設計之前，關于整車的一些基本參數(shù)需要作為設計匹配的前提條件進行輸入選擇，包括的內容如表1和表2。

3 制動系統(tǒng)關鍵部件的設計

3.1 制動器結構形式的選擇

由于轎車的行駛速度遠大于客車和貨車，制動時應充分考慮制動器的制動效能恒定性。由于鼓式制動器制動效能因數(shù)較大，便于安裝駐車制動，但是制動器因發(fā)熱引起的的制動效能變化幅度大，如果遇到長時間制動或者較長的下坡路段會導致制動器的熱穩(wěn)定性變差，嚴重會導致剎車失靈。而盤式制動器制造成本較高，制動效能因數(shù)較小，但制動效能恒定性較好，所以本車最終采用前盤后鼓式的結構方案。盤式制動器分為通風盤和普通盤兩種。普通盤采用實心盤，制造加工方便，對表面粗糙度和加工精度要求較低，而通風盤采用空心盤，加工精度要求相對較高，制造工藝要比實心盤加工復雜，但是散熱效果更好，制動效能比實心盤更加穩(wěn)定可靠，大大減少了駕駛員對剎車失靈的擔心，所以該車前輪采用浮動鉗盤式制動器，有效增加散熱，提高制動時的穩(wěn)定性和安全性，制動盤選擇通風盤。后輪采用效能穩(wěn)定，結構簡單的領從蹄式制動器。

3.2 盤式制動器的設計計算

（1）制動盤直徑D1

本次設計中制動盤直徑選為輪輞直徑的75%，則制動盤直徑D1為：

表1 整車的質量參數(shù)

表2 車輛的尺寸參數(shù)

（2）制動盤厚度h

為減小制動盤質量，其厚度不宜過大，此外制動盤厚度與制動效能的熱衰退性能有很大的關系，為降低制動時的溫升，其厚度又不宜過小。本次設計中采用通風式盤式制動器，厚度h選為25mm，材料為合金鑄鐵。

（3）摩擦襯塊內半徑R1和外半徑R2

為防止制動力矩產(chǎn)生較大變化，摩擦襯塊的外半徑R2與內半徑R1的比值不大于1.5。本次設計中取摩擦襯塊的外徑R2=305÷2mm=152.5mm。內半徑為：R1=R2÷1.5=152.5÷1.5mm=101.7mm

（4）摩擦襯塊工作面積

摩擦襯塊圓心角取α=90°

單個摩擦襯塊面積A=2×1 0 1.4=202.8cm2

（5）摩擦襯塊摩擦系數(shù) f

各種制動器摩擦材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定值約為0.3～0.5。為提高摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感度，故選擇摩擦系數(shù)f=0.4。

3.3 鼓式制動器的設計計算

（1）制動鼓內徑Dr

對于鼓式制動器，其制動鼓直徑與輪輞直徑之比 D/Dr 的范圍如下：

乘用車 D/Dr=0.64-0.74

商用車 D/Dr=0.70-0.83

在本次設計中Dr=406.4×0.7=284.5mm取Dr=285mm

（2）摩擦襯片寬度b和包角β

摩擦襯片寬度b影響摩擦成片的使用壽命，襯片取窄，則磨損速度快，壽命短，若襯片取寬，則質量大不易加工，增加了成本。本次設計中摩擦襯片寬度b選為30mm，摩擦襯片包角選為100°。

3.4 制動驅動機構的設計計算

（1）制動輪缸

由整車參數(shù)可求出汽車滿載時前后輪的制動力矩，由于制動管路壓力一般不超過10～12MP，對于盤式制動器可以取更高，在本次設計中取p=12MPa。根據(jù)制動輪缸對制動塊施加的張開力F0與輪缸直徑d和制動管路壓力p的關系求出前后軸制動器輪缸直徑分別為48.16mm和11.9mm。輪缸直徑d應在標準規(guī)定的尺寸系列中選取（HG2865-1997），因此取前輪制動輪缸直徑為50mm，取后輪制動輪缸直徑為19mm。

（2）制動主缸

為提高汽車安全性，現(xiàn)代汽車都采用雙回路制動系統(tǒng)，即串列雙腔主缸組成的雙回路液壓制動系統(tǒng)。

取輪缸活塞在完全制動時的行程δ＝2mm。

制動主缸應有的工作容積為V0=V＋V'，式中V為所有輪缸的總工作容積，V'為制動軟管的變形容積。在初步設計時，制動主缸的工作容積可為：對于乘用車V0=1.1V。

取活塞直徑d0等于主缸活塞行程S0求得d0=23.26mm。

主缸的直徑d0應符合QC/T311-1999中規(guī)定的尺寸系列，所以取得d0=28mm。

4 匹配結果仿真

4.1 利用附著系數(shù)

由式（1）、（2）可以求出該車型在空滿載情況下汽車的利用附著系數(shù)，并與ECE法規(guī)進行比較，如圖1。

從圖1中可看出，該制動系統(tǒng)在空載情況不滿足GB21670要求，但該車標配ABS，制動力分配將更加合理，可以滿足法規(guī)要求。

4.2 制動效率

空滿載情況下不同附著系數(shù)下的制動效率可由式（3）、（4）求得

由上圖分析可知：在空滿載情況下，路面附著系數(shù)在0.2到0.8之間時，汽車的制動效率基本在80%以上說明該車的β較為合理。

5 結語

本文所做的設計為一種綜合浮鉗盤式制動器和領從蹄式制動器并采用液壓驅動的制動器。首先設計了盤式制動器和鼓式制動器的主要參數(shù)，然后進行仿真。仿真結果證明了利用此方法匹配出的制動系統(tǒng)是完全滿足法規(guī)要求的，同時也驗證了此種匹配計算方法是具有實際意義的。

圖1 利用附著系數(shù)與制動強度曲線

圖2 前后軸制動效率曲線