制动系统设计计算

工作原理及设计计算

制动调节装置

2011年9月8日

汽车制动系统构成

2011年9月8日

行车制动系管路布置形式常见的布置形式有：交叉工( 前后分开式( 前轮双重式、 常见的布置形式有：交叉工(X型)、前后分开式(H型)、前轮双重式、 前轮双重后轮分开式

X型

H型

2011年9月8日

说明所有的计算都是在主机厂整车参数确定下进 行。 计算结果必须得到实验的验证，否则要进行 修正。 设计依据的标准：GB12676 —— 2000 GB7258 —— 2000

2011年9月8日

行车制动系统——制动力调节装置的设置一般汽车根据前、后制动器制动力分配的比例、载荷情况以及道路附 着系数和坡度等因素，当制动器制动力矩足够时，车轮与地面间的侧 向附着力完全消失的制动过程可能出现三种情况： 1 前轮先抱死滑移，而后轮滚动，就不能继续转向； 2 后轮先抱死滑移，而前轮滚动，就易造成甩尾； 3 前、后轮同时抱死拖滑，达到理想制动状态。 由于甩尾，造成的事故更多更为严重，所以，对一般道路的汽车 应尽量避免在制动时后轮抱死滑移，并在此前提下，尽可能充分利用 附着条件，产生尽可能大的制动力，人们采用不同的装置调节汽车后 轮的制动力，并把这种装置命名为“制动力调节装置”,使前后轮的 制动管路压力的实际分配曲线，在不同程度上接近于理想的分配曲线。

2011年9月8日

制动跑偏制动时汽车跑偏的两个原因： 1)汽车左右车轮，特别是前轴左右车轮(转 向轮)制动器的制动力不相等； 2)制动时悬架导向杆系与转向拉杆在运动学 上的不协调(互相干涉)。 第一个原因是制造、调整误差造成的；第二 个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左 (或向右)一方跑偏。

行车制动系统——制动力调节装置的安装 制动力调节装置是行车制动 系统中的辅助装置，多装在 后轮制动管路中，其作用是 当前轮制动管路压力增长到 一定程度以后，即自动限止 或节制后轮制动管路压力的 增长，以减少后轮抱死的概 率，并在更广大的附着系数 范围内提供较高的制动强度 的附着系数利用率。2011年9月8日 7

行车制动系统——制动过程的动力学分析制动时，作用在车轮上的摩擦力矩为制动器的 制动力矩Mμ,滚动的车轮对地面施加一个向前的制 动周缘力Fμ,同时地面对车轮作用一个向后的地向 反力Fβ——地面制动力Xb 。Xb

=

M r

µ

地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力， 它取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制 动蹄摩擦片制动鼓间的摩擦力；另一个是轮胎与地 面间的摩擦力——附着力。 和正常行驶时路面作用

于车轮的牵引力一样， 地面的制动力Fβ是滑动摩擦约束反力, 它的最大值 不可能超过车轮与地面间的附着力 F。 制动力矩 M µ = X b × r 原始数据咨询表2011年9月8日 8

行车制动系统——前后轮载荷的分配把整部汽车看成一个刚性体，沿汽车重心的前、后方向进行制动时，受力分析： 把整部汽车看成一个刚性体，沿汽车重心的前、后方向进行制动时，受力分析： 当汽车静止时， 后轮载荷为： 1、当汽车静止时，前、后轮载荷为：F FZ 1

= =

Z 2

L1 L L 2 L

G G

2、当汽车制动时，前、后轮载荷为： 当汽车制动时， 后轮载荷为：W1 = W2 1 j (G L 2 + G L1 H ) L g 1 j = ( G L1 G L1 H ) L g

制动减速度——j j 制动减速度

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行车制动系统——理想制动力分配特性欲使汽车在制动时总制动力和减速度达到最大值，应使前、 欲使汽车在制动时总制动力和减速度达到最大值，应使前、后轮有可 能被制动到同步抱死滑移，即前、 能被制动到同步抱死滑移 ， 即前 、后轴的制动周缘力能在同一瞬间达 到各该轴的附着力的数值(理想状态) 到各该轴的附着力的数值(理想状态)。 根据制动时整车受力分析，考虑到制动时的轴荷转移，可求得前、 根据制动时整车受力分析 ， 考虑到制动时的轴荷转移 ， 可求得前 、 后 轴附着力与制动减速度j的函数关系： 轴附着力与制动减速度j的函数关系：F Fφ1

= =

G φ L G φ L

(L (L

2

+

j g j g

H) H)

φ 2

1

令

q

=

j g

=

F G

β

汽车总的制动力 F β = F φ 1 + F φ

2

= G

j = G q g

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行车制动系统——理想制动力分配特性在前、后轴附着力同时被充分利用， 在前 、 后轴附着力同时被充分利用 ， 即全部车轮都抱死滑移的制动 工况下， q=φ 工况下，则 q=φFβ = Fβ 1 + Fβ 2 = F φ 1 + Fφ 2 = G φ

后轮同步抱死的制动工况下的各轴理想制动力(理想制动周缘力) 前 、 后轮同步抱死的制动工况下的各轴理想制动力 (理想制动周缘力)F F F Fβ 1

= = = =

F G F G

µ 1

=

F

φ1

( q (L2

= +

φ ) φ H)

φL =

φ1

β 2

µ 2

F

φ 2

φ 2

φL

(L

1

φ

H)

因此可求得对应于一系列参变数φ值的前、 因此可求得对应于一系列参变数 φ值的前 、 后轴制动力的理想关系曲 通常称为理想制动力分配曲线(可简记为I曲线) 线，通常称为理想制动力分配曲线(可简记为I曲线)。2011年9月8日 11

制动系统组成——理想制动压力分配特性在理想状态下，即车轮的周缘制动力矩等于制动器的制动力矩： 在理想状态下，即车轮的周缘制动力矩等于制动器的制

动力矩：M M Mµ

= = =

M

µt

= r1

K

t

= = G

π

4

D

2

2

R +

P

µ1

Fµ1 Fµ 2

φL

(L

φ φ

H) H)

r1 r2

µ 2

r2

G

φL

(L 1

若汽车的制动器的布置为前盘后鼓的形式，则理想制动压力分配的数学模型为： 若汽车的制动器的布置为前盘后鼓的形式，则理想制动压力分配的数学模型为：P1 = G

φ

πG

L

(L D 12

2

+

φKt1

t2

H) R1 H) R2

r1

4 P2 =

φL

(L D2 2

1

φK

r2

π4

因此可求得对应于一系列参变数 值的前、后轴制动压力的理想关系曲线，通 因此可求得对应于一系列参变数φ值的前、后轴制动压力的理想关系曲线， 值的前 常称为理想制动压力分配曲线。理想的制动压力分配曲线与理想的制动力分配 常称为理想制动压力分配曲线。 抛物线是成比例的。 抛物线是成比例的。 制动压力的计算还于前、后制动器的数量有关， 制动压力的计算还于前、后制动器的数量有关，要充分考虑制动系统的效率 12 2011年9月8日 。

行车制动系统——利用附着系数路面提供的附着系数可称为利用附着系数，利用附着系数 路面提供的附着系数可称为利用附着系数， 就是汽车制动时路面提供的利用附着系数。 就是汽车制动时路面提供的利用附着系数。 从车辆制动过程的分析，一般有三种情况： 从车辆制动过程的分析，一般有三种情况：1、前轮先抱死拖滑，后轮后抱死拖滑：q< φ; 前轮先抱死拖滑，后轮后抱死拖滑： 后轮先抱死拖滑，前轮后抱死拖滑： 2、后轮先抱死拖滑，前轮后抱死拖滑：q< φ; 后轮同时抱死拖滑： 3、前、后轮同时抱死拖滑： q=φ

后轮轴制动力与前、 前、 后轮轴制动力与前、 后轴载荷的比为路面的利用附着 π D K R P 系数 F 4 rφ1 =µ12 1 t1 1 1

W1

=

1

1 ( G L 2 + q G L1 H ) L

π

φ2 =

Fµ 2 W2

=

4 r2 1 ( G L1 q G L1 H ) L13

D 22 K t 2 R 2 P2

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行车制动系统——计算的评价对M1类车辆： 类车辆：制动强度q 61之间 前轴利用附着系数φ 应在后轴利用附着系数φ 的上方( 之间， 1、制动强度q=0.1~0.61之间，前轴利用附着系数φ1应在后轴利用附着系数φ2的上方( φ1> φ2 ), 且附着系数： 且附着系数： q + 0. 07φ =0. 85= q + 0 . 05 45时 后轴利用附着系数φ 的条件下， 2、当q=0.3~0.45时，后轴利用附着系数φ2曲线不超过直线 φ 的条件下，允许 后轴利用附着系数φ 在前轴利用附着系数φ 的上方( 后轴利用附着系数φ1在前轴利用附着系数φ2的上方( φ2> φ1 )。 对N1类车辆： q + 0. 07 制动强度q 61之间 附

着系数φ与制动强度q满足： 之间， 1、制动强度q=0.1~0.61之间，附着系数φ与制动强度q满足： φ = 0. 85 2、当q=0.1时， φ=0.2 61时 3、当q=0.61时， φ=0.8, q 0. 21 φ = 对M1、N1类以外的车辆： 0. 5 1、制动强度q=0.1~0.61之间，前轴利用附着系数φ1应在后轴利用附着系数φ2的上方( φ1> φ2 ), 制动强度q 61之间，前轴利用附着系数φ 应在后轴利用附着系数φ 的上方( 之间 且附着系数： 且附着系数： φ = q + 0. 07

0. 85

2、当q=0.3~0.45时，后轴利用附着系数φ2曲线不超过直线 φ = 45时 后轴利用附着系数φ 附着系数φ 在前轴利用附着系数φ 的上方( 附着系数φ1在前轴利用附着系数φ2的上方( φ2> φ1 )。 对车辆都要求制动强度在q=0.1~0.61之间满足 φ = 对车辆都要求制动强度在q 61之间满足 0. 85 太小，实际制动为曲线不能落在该线所确定的曲线的下方。 太小，实际制动为曲线不能落在该线所确定的曲线的下方。 2011年9月8日q + 0. 07

q 0. 02 0. 74

的条件下，允许后轴利用 的条件下，

的关系，要求是车辆总制动力不能 的关系， 14

行车制动系统——制动力调节阀参数的选择现在大多数汽车制动主缸输出到前、后制动管路的压力是相等的， 后轮的制动力( 现在大多数汽车制动主缸输出到前 、 后制动管路的压力是相等的 ， 前 、 后轮的制动力 ( 制动 力矩)是定值。因此，在结构形式、几何尺寸和摩擦副的摩擦系数确定的情况下， 力矩 ) 是定值 。 因此 ， 在结构形式 、 几何尺寸和摩擦副的摩擦系数确定的情况下 ， 制动器的 制动力矩取决于制动管路的压力。 制动力矩取决于制动管路的压力。 任何一种车型有了前、后轮制动力分配曲线，也就是有了前、后轮制动压力分配曲线。 任何一种车型有了前、后轮制动力分配曲线，也就是有了前、后轮制动压力分配曲线。 调节装置的主要参数是减压系数m和空、满载的拆点压力Ps 调节装置的主要参数是减压系数m和空、满载的拆点压力Ps 。 制动压力调节的参数设计采用以下三个步骤： 制动压力调节的参数设计采用以下三个步骤： 确定汽车理想的前、后制动管路的制动力及制动压力特性曲线； 1 确定汽车理想的前、后制动管路的制动力及制动压力特性曲线； 选定最接近理想特性的最隹的调节装置特性——拆点压力Ps和减压系数m。 拆点压力Ps和减压系数m 2 选定最接近理想特性的最隹的调节装置特性 拆点压力Ps和减压系数 由工作压力空载： MPa;满载： 12MPa的要求，确定空、满载的参数， MPa的要求 a) 由工作压力空载 ：6~8MPa;满载：8 ~12MPa的要求，确定空、 满载的参数，空 、满载曲 线

的减压系数是由空载曲线确定。满载的减压系数与空载的相同。 线的减压系数是由空载曲线确定。满载的减压系数与空载的相同。 确定后的参数，要使制动强度与利用附着系数曲线满足标准要求。 b)确定后的参数，要使制动强度与利用附着系数曲线满足标准要求。 确定调节装置的结构参数，选择合适的产品结构，以保证所选定的调节装置特性的实现。 3 确定调节装置的结构参数，选择合适的产品结构，以保证所选定的调节装置特性的实现。 作为调节装置的生产厂家，一般不进行1 的计算， 作为调节装置的生产厂家 ， 一般不进行 1 、 2 的计算 ， 而是按汽车厂家的确定的调节装置的参 数进行设计。 数进行设计。

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行车制动系统——标准规定根据GB7258、GB12676(ECE R13)标准中的规定 GB7258 7.2.8 7.2.9 7.13.1.3 踏板为力：乘用车 踏板行程不大于全行程 带自调装置的不大于 踏板行程 进行制动性能检验时的制动踏力或制动气压应符合以下要求： a)满载检验时 气压制动系：气压表的指示气压 液压制动系：踏板力，乘用车 其它机动力 b)空载检验时 气压制动系：气压表的指示气压 液压制动系：踏板力，乘用车 其它机动力 7.14.1.2 7.14.1.1 机动车类型 乘用车、总质量≤3500kg货车 其它汽车、汽车列车 B 空载和满载状态下测试均应满足此要求。 GB12676:1 踏板力：动、静态：M1类车≤500N,其它车辆≤700N;反应时间≤0.4s。 汽车制动协调时时间，对液压制动的汽车不应大于0.35s。 汽车、汽车列车在制动检验台上测出的制动力应符合要求 制动力总和与整车重量的百分比 空载 ≥60 ≥60 满载 ≥50 ≥50 ≥60* ≥60* 轴制动力与轴荷的百分比 空载 满载 ≥20* ≤700N ≤600kPa ≤400N ≤450N ≤额定工作气压 ≤500N ≤500N 3/4, 4/5 ≤120mm

A 用平板制动检验台检验乘用车时应按动态轴荷计算

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