F505-BM-DP-017标杆车制动系统计算校核报告

目 录

1．概述 ......................................................................................................................... 1 1.1 制动系统基本介绍 ........................................................................................... 1 1.2 计算目的 ........................................................................................................... 2 2．整车基本参数 ......................................................................................................... 2 3.1 前、后制动器制动力的分配 ........................................................................... 2 3.1.1 制动基本理论 ............................................................................................... 2 3.1.2 理想前、后制动器制动力分配 ................................................................... 3 3.1.3 实际前、后制动器制动力分配 ................................................................... 5 3.2 前、后制动器制动力分配曲线 ....................................................................... 6 3.2.1 实际制动力分配曲线 ................................................................................... 6 3.2.2 前后制动器制动力分配曲线 ....................................................................... 7 3.2.3 利用附着系数与制动强度法规校核 .......................................................... 8 3.3 制动主缸行程 ................................................................................................... 9 3.4 制动踏板力校核 ............................................................................................. 10 3.5 满载状态制动距离校核 ................................................................................. 10 3.6 部分回路失效时整车制动效能 ..................................................................... 11 4.驻车制动系统的计算 ............................................................................................. 11 4.1 驻车制动停驻的极限倾角 ............................................................................. 11 4.2 驻车制动操纵力的校核 ................................................................................. 13 5.结论 ......................................................................................................................... 14 参 考 文 献 ......................................................................................................... 14

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1．概述

1.1 制动系统基本介绍

汽车制动系统是汽车的一个重要组成部分，直接影响汽车的行驶及停驻安全性能。为了保证汽车有良好的制动效能和高速行驶的安全性，应该合理地确定汽车制动系统布置形式及制动系统各零部件的结构参数。另外也只有制动性能良好、制动系统工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。图1为F505制动系统布置图。

图1 F505制动系统的结构简图

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1.2 计算目的

在整车参数已知的条件下，对标杆车的制动系统参数进行验算，以验证是否满足相关法规要求。

2．整车基本参数

表1 整车基本参数

基本参数 轴距L（mm） 整车整备质量m（kg） 整备状态前轴载荷mf（kg） 整备状态后轴载荷mr（kg） 空载时质心高度hg（mm） 空载质心到前轴距离a（mm） 满载质量（kg） 满载状态前轴负载（kg） 满载状态后轴负载（kg） 满载时质心高度（mm） 满载质心到前轴距离（mm） 车轮滚动半径R（mm）

数值 2718 1216.6 615.3 601.3 603.42 1343.4 1816.6 719.4 1097.2 623 11.6 292 3．制动系统结构参数的计算

3.1 前、后制动器制动力的分配

3.1.1 制动基本理论

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对于一般的汽车而言，根据其前后轴制动器制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动器的制动力足够时，制动过程可能出现如下三种情况：

1)前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。 2)后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。 3)前后轮同时抱死拖滑。

情况1)是稳定工况，但在制动时汽车丧失了转向的能力，附着条件没有充分利用；情况2)后轴可能出现侧滑，是不稳定工况，附着利用率也低；而情况3)可以避免后轴侧滑，同时前转向轮只有在最大制动强度下才使汽车失去转向能力，较之前两种工况，附着条件利用情况较好。

3.1.2 理想前、后制动器制动力分配

在分析前、后轮制动器制动力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后车轮的法向反作用力。

图2 制动工况受力简图

由图2所示，对后轮接地点取力矩得：

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Fz1LGbmduhgdt （1）

式中：Fz1——地面对前轮的法向反作用力；

L——轴距；

G——汽车满载重力；

b—— 汽车满载质心至后轴中心线的距离；

m—— 汽车满载质量； hg—— 汽车满载质心高度；

dudt—— 汽车减速度。

对前轮接地点取力矩，得：

Fz2LGamduhgdt （2）

式中：Fz2 —— 地面对后轮的法向反作用力；

a —— 汽车满载质心至前轴中心线的距离。

则可求得地面法向反作用力为：

Fz1hgduGbLgdt （3）

Fz2hgduGaLgdt （4）

若在不同附着系数的路面上制动，前、后轮都能抱死（无论是同时抱死或分别先后抱死），此时du/dt=g。地面作用于前、后轮的法向反作用力为：

Fz1GbhgL （5） GahgL （6）

Fz2第 4 页 共 14 页

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式中： —— 地面附着系数，通常为0.8～1.0。取=0.8。 将表1参数代入（5）、（6）得：

Fz1=10698.8 N Fz2=6830.7 N

3.1.3 实际前、后制动器制动力分配

标杆车制动系统的结构参数见表2：

表2 制动系统参数

前制动器参数 后制动器参数 制动盘有效半径r（mm） 制动盘摩擦系数 分泵直径d1（mm） 前轮缸工作行程S1（mm） 制动鼓内径D（mm） 制动效能因数K 分泵直径d2（mm） 后轮缸工作行程S2（mm） 104 0.38 54 0.7 239 2.2 22.22 4 9 22.22 总泵及助力器参数 制动踏板 驻车制动手柄 助力器外径（inch） 主缸内径Dm（mm） 总泵总行程（前+后）（mm） 18+15.8 助力比 输出最大液压Ps（MPa） 输入力FN（N） 杠杆比 杠杆比 6 11.3 456 4 7.7 6.3 后制动器驻车制动 杠杆比

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注：以上参数除制动总泵及真空助力器参数外均实测得出，制动总泵及真空助力器参数为根据同类型新产品估计值。

实际前、后制动器制动力计算公式如下：

Frd1 1=PS （7）

RF22KDd22=

4R 式中：

PS （8）

F1F2——前轴制动力； ——后轴制动力；

r——制动盘有效半径；

——制动盘摩擦系数； D——制动鼓内径； K——制动效能因数； d1——前制动器分泵直径； d2——后制动器分泵直径； Ps——总泵输出液压； R——车轮滚动半径。

将以上各已知参数代入（7）、（8）得：

F1F2比较发现：

=14155.8 N =8005.6 N

F1Fz1F>， 2>Fz2，因此F505车前、后制动器均能满足最大

制动力要求。

3.2 前、后制动器制动力分配曲线

3.2.1 实际制动力分配曲线

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实际制动器制动力分配系数计算按如下公式：

F1F1F24rd12(4rd1KDd2)22 （9）

将表2参数代入（9）得：=0.

0同时根据公式

Lbhg可求得同步附着系数：

0（空载）=0.555 0（满载）=0.917

3.2.2 前后制动器制动力分配曲线

前后轮同时抱死(理想制动力分配的条件):

F1F2GF1bhgF2ahg消去变量,得:

1G4hgLGbF2[b2F1(2F1)]2hgGhg及实际前、后制动器制动力分配曲线，见图3。

（10）

根据上述（9）、（10）两式用作图法可绘出理想前、后制动器制动力分配I曲线

图 3 制动力分配曲线（I线和线）

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3.2.3 利用附着系数与制动强度法规校核

frLz(bzhg) （11） L(1)z(azhg) （12）

前轴利用附着系数：

后轴利用附着系数：

为了确认F505标杆车前、后制动器结构参数是否能符合GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》制动法规的要求，根据上述（9）、（11）、（12）三式绘制了空载及满载状态下利用附着系数与制动强度的关系曲线，见图4、图5。

图4 空载利用附着系数与制动强度的关系曲线

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图5 满载利用附着系数与制动强度的关系曲线

GB12676-1999制动法规要求：

（1）利用附着系数在0.2～0.8之间时，前后轴利用附着系数曲线应在直线=（z+0.07）/0.85以下。

（2）车辆处于各种载荷状态时，前轴的利用附着系数曲线应位于后轴的利用附着系数曲线之上。但对于制动强度z在0.15～0.8之间的M1类车辆，当z值在0.3～0.45时，若后轴利用附着系数曲线位于=z+0.05以下，则允许后轴利用附着系数曲线位于前轴利用附着系数曲线之上。从以上两图中可看出，F505标杆车制动系统满足法规关于制动力在前后轴之间分配的协调性要求。

3.3 制动主缸行程

前、后分泵所需供油量V1 、V2可由以下公式得出：

2d1V1=2·πS1/4 （13）

2dV2=2×π2S2/4 （14）

将表2中的参数代入公式（13）、（14）得：

V1=3206.3mm3

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V2=3102.2mm3

考虑到软管变形，总泵所需排量为：

V=1.1×（V1+V2）=6939.3mm3

满足总泵所需排量的活塞行程为：

S=4V/（πDm2）=17.9mm

因此，实际行程/总行程=17.9/31.6=0.566。

按照GB 7258-2004《机动车运行安全技术条件》法规要求，达到完全制动时制动总泵的实际使用行程应小于总行程的四分之三。故可确定标杆车制动总泵的排量及活塞工作行程均满足要求。

制动踏板有效行程： 17.9×4=71.6

3.4 制动踏板力校核

制动踏板力计算可由如下公式得出：

2DmpSFt 4ipist （15）

式中：Ft ——制动踏板力；

ip ——真空助力比； is ——制动踏板杠杆比；

t ——踏板机构及液压传动效率，取t=0.85。

将表2中的参数代入公式（15）得出：

Ft=214.8N

GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》法规要求，在附着系数为0.6的路面上达到5.8m/s制动减速度时的最大踏板力不大于500N，可见标杆车满足该要求。

3.5 满载状态制动距离校核

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制动距离计算可由如下公式得出：

''1'2V2S(2)V3.6225.92jmax （16）

式中：S ——制动距离；

V ——制动初速度，按法规取80km/h；

jmax—最大制动减速度。当=0.8时，jmax=g=7.84m/s2；

'2''22—制动器起作用时间，一般为0.2～0.9s。取为0.5s。

将各已知参数代入公式（16）得出：

S=42.6m

GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》法规要求，制动距离S<50.7m，可见标杆车满足该要求。

3.6 部分回路失效时整车制动效能

由于制动管路采用H型布置(前后轮分别采用两套回路)，其特点是当任一回路失效时，仍能保证个剩余两个车轮制动器的工作。根据以上计算我们可知前后轮均抱死时,后制动器制动力所占比例约为36%。即，任一回路失效时，仍能剩余36％以上的制动力，故当地面附着系数为0.8时，制动减速度为2.83m/s2，大于制动法规规定的剩余制动效能：满载1.7m/s2，空载1.5 m/s2。符合法规要求。

4.驻车制动系统的计算

4.1 驻车制动停驻的极限倾角

汽车在上坡路面上停驻时的受力情况，如图6表示。

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图6 驻车制动工况受力简图

由此不难得出停驻时的后桥附着力为：

Fz2·=m·g··（a·cos+hg·sin）/L （17）

在上坡路面上能够停驻，后桥上的附着力应等于制动力即

m·g··（a·cos+hg·sin）/L=m·g·sin （18） 同理，汽车在下坡路面上停驻时的后桥附着力为：

Fz2′·=m·g··（a·cos-hg·sin）/L （19）

在下坡路面上能够停驻，后桥上的附着力应等于制动力即

m·g··（a·cos-hg·sin）/L=m·g·sin （20） 由公式（18）、（20）得出：

u＝arctan a （21）

L－hgd＝arctan a （22）

Lhg式中：u——汽车在上坡时可能停驻的极限上坡倾角；

d——汽车在下坡时可能停驻的极限下坡倾角。

因此，可求得空载及满载状态时不同利用附着系数下的汽车可能停驻的极限倾角，计算结果见表3。

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标杆车制动系统计算校核报告 上海双杰科技有限公司  0.5 0.6 0.7 0.8 满umax(°) 18.4 22.3 26.2 30.1 空umax(°) 15.8 19.2 22.7 26.2 满dmax(°) 14.6 17.0 19.3 21.4 空dmax(°) 12.5 14.6 16.5 18.4 表3 汽车可停驻坡度倾角 按照法规规定，驻车制动必须能使车辆在18％（10°）的坡道上停驻,可见F505标杆车完全满足该要求。

4.2 驻车制动操纵力的校核

根据上面求出的满载状态下利用附着系数=0.8时的最大停驻坡度57.97％（30.1o）的路面来校核。

能在57.97％（30.1o）的路面上停驻所需条件为，单个固定在制动器上的拉索输入力F1提供的制动力矩不小于单个后轮制动力矩。取相等，即：

F1·K·（D/2）·i1=FB2·R/2 （23） FB2=m·g··（a·cos+hg·sin）/L （24） 式中：FB2——后轮制动力；

F1 ——拉索输入力； D——制动鼓内径； K——制动效能因数； R——车轮滚动半径；

i1——后制动器驻车制动杠杆比，i1=136/27.2=5； m——整车满载质量。

将各已知参数代入公式（23）、（24）可得：

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FB2=8783.6N F1=819.4N

停驻时所需的作用在驻车制动操纵机构上的制动力为：

F驻=2*F1/i2 （25）

式中：i2——驻车制动踏板杠杆比。 因此，得出： F驻=2*819.4/7.7=212.8N

GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》法规要求，M1类车驻车制动时操纵力不超过400N，可见标杆车满足该要求。

5.结论

通过以上计算分析，F505制动系统的各项性能参数均能满足法规要求。且此处计算均是基于未考虑ABS的前提条件下进行的，在实车ABS的情况下，前后制动力的分配将更趋于合理。

参 考 文 献

1．GB 7258-1997·机动车运行安全技术条件

2．GB 12676-1999·汽车制动系统结构、性能和试验方法 3．清华大学·余志生主编·汽车理论·机械工业出版社·2002年 4．刘惟信主编·汽车设计·清华大学出版社·2001年 5．汽车工程手册－设计篇·人民交通出版社·2001年

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