FSAE制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算DOC

1、1緒論1.11.21.3制動(dòng)系統(tǒng)工作原理. 制動(dòng)系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)制動(dòng)系應(yīng)滿足的條件2制動(dòng)系統(tǒng)方案分析及選型.2.1 制動(dòng)方案2.2制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)3賽車制動(dòng)系統(tǒng)理論分析.3.1制動(dòng)時(shí)車輪的受力3.1.1地面制動(dòng)力Fxb目錄.2223.23.33.1.2制動(dòng)器制動(dòng)力. 理想制動(dòng)力分配曲線 實(shí)際制動(dòng)力分配曲線4制動(dòng)力分配系數(shù)的優(yōu)化計(jì)算.4.1目標(biāo)函數(shù)4.2約束條件4.3實(shí)例計(jì)算5制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1整車參數(shù)與同步附著系數(shù).,5.1.1賽車主要技術(shù)參數(shù) 5.1.2同步附著系數(shù)的確定.5.2制動(dòng)器參數(shù)計(jì)算與選用.5.3液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.,5.3.1前后制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算 5.3.2

2、輪缸直徑和管路壓力 5.3.3輪缸的工作容積計(jì)算 5.3.4制動(dòng)主缸的工作容積計(jì)算5.4制動(dòng)踏板力和踏板行程.5.4.1制動(dòng)踏板力5.4.2制動(dòng)踏板工作行程6制動(dòng)系的作用效果的評(píng)價(jià).6.1 制動(dòng)減速度j6.2制動(dòng)距離S34.81011111112131313.141617131314141515161617.17211緒論1.1制動(dòng)系統(tǒng)工作原理汽車上用以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，從而對(duì)其進(jìn)行一定強(qiáng)度的制動(dòng)的一系列專門(mén)裝置稱為制動(dòng)系統(tǒng)。其作用是使行 駛中的汽車按照駕駛員的要求強(qiáng)制減速甚至停車，和使已停止的汽車在各種道路條 件下穩(wěn)定駐車，及使下坡行駛的汽車速度保

3、持穩(wěn)定。制動(dòng)系統(tǒng)的一般工作原理：利用車身（或車架）相連的非旋轉(zhuǎn)原件和與車輪（或 傳動(dòng)軸）相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。1.2制動(dòng)系統(tǒng)組成一般來(lái)說(shuō)，每輛汽車的制動(dòng)系都由供能裝置，控制裝置，傳能裝置，和制動(dòng)器 組成。其中制動(dòng)器是保證汽車安全行駛的最重要的安全件。目前廣泛使用的制動(dòng)器 是摩擦式制動(dòng)器，即鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器。而 F1上通常采用的是盤(pán)式制動(dòng)器。對(duì)于制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)動(dòng)力源的不同，可分為：簡(jiǎn)單制動(dòng)，動(dòng)力制動(dòng)，以及伺 服制動(dòng)三類。簡(jiǎn)單制動(dòng)又有機(jī)械式和液壓式之分，機(jī)械式靠桿系和鋼絲繩傳力，其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)物廉，工作可靠，但是機(jī)械效率低。此次設(shè)計(jì)一方面由于FSAE規(guī)則

4、限定不允許使用拉索，一方面由于車輛重量較輕的緣故，選用簡(jiǎn)單液壓制動(dòng)最為合 適。1.3設(shè)計(jì)制動(dòng)系應(yīng)滿足的條件賽車制動(dòng)系應(yīng)滿足如下要求；（1）應(yīng)能適應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和 FSAE規(guī)則的規(guī)定。各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)該考慮規(guī)則的限 定和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）具有足夠的行車制動(dòng)效能。行車制動(dòng)效能是由在一定的制動(dòng)初速度下及最大踏板力下的制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。（3）工作可靠。FSAE規(guī)則規(guī)定，賽車應(yīng)有兩套獨(dú)立的回路以保證在一條回路失效時(shí)另一條回路能保證車輛減速停車。（4）制動(dòng)性能的熱穩(wěn)定性好。賽車在高速制動(dòng)及短時(shí)間內(nèi)頻繁制動(dòng)均會(huì)引起制 動(dòng)的溫升過(guò)快，溫度過(guò)高。這種情況下會(huì)使制動(dòng)器摩擦副摩擦系數(shù)急劇下降，使得 制動(dòng)效

5、能迅速下降發(fā)生所謂的熱衰退現(xiàn)象。（5）制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好。制動(dòng)器摩擦表面浸過(guò)水后，會(huì)因水的存在而使摩 擦副的摩擦系數(shù)急劇減小而發(fā)生所謂的水衰退現(xiàn)象。15%（6）制動(dòng)時(shí)汽車的操縱穩(wěn)定性好。即以任何初速度制動(dòng)，汽車均不應(yīng)失去操縱 穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性。為此，賽車前后輪制動(dòng)器的力矩應(yīng)該有適當(dāng)?shù)谋壤?；同一軸 左右制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)相同。否則，當(dāng)前輪先抱死而側(cè)滑時(shí)將失去操縱穩(wěn)定性， 當(dāng)后輪抱死而側(cè)滑甩尾時(shí)，會(huì)失去方向穩(wěn)定性；當(dāng)左右輪的制動(dòng)力矩差值超過(guò)時(shí)，會(huì)在制動(dòng)時(shí)發(fā)生汽車跑偏。500-700N。（7）制動(dòng)踏板的位置和形成應(yīng)符合人機(jī)工程學(xué)要求，即操作方便性好，操縱輕 便、舒適，能減少疲勞。各國(guó)法律規(guī)定，制

6、動(dòng)的最大踏板力一般為（8）剎車起作用滯后的時(shí)間要盡可能短。（9）制動(dòng)時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生過(guò)度的振動(dòng)和噪聲。（10）與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，在車輪跳動(dòng)或汽車轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起 自行制動(dòng)。2制動(dòng)系統(tǒng)方案分析及選型2.1制動(dòng)方案在這不再介紹制動(dòng)系統(tǒng)的類型及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。綜合體積，效能，經(jīng)濟(jì)性，匹配性， 可獲得性等各方面因素，本次設(shè)計(jì)選用了固定式4活塞卡鉗（卡鉗活塞直徑24mm。 四活塞卡鉗的好處是利用更多的活塞來(lái)把剎車壓力平均分配到整塊剎車片上，可令 同一面積的剎車片發(fā)揮更大的制動(dòng)能力，更可避免剎車力度過(guò)分集中在剎車片的某 一點(diǎn)上，導(dǎo)致剎車片出現(xiàn)局部過(guò)熱，減弱了剎車效果和使用剎車片磨損不平均。根據(jù)動(dòng)力源的

7、不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)，動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)三大類， 而力的傳遞又有機(jī)械式，液壓式，氣壓式和氣壓 -液壓式的區(qū)別。本次設(shè)計(jì)選用液壓式的簡(jiǎn)單制動(dòng)系用于行車制動(dòng)裝置，其優(yōu) 點(diǎn)是作用滯后時(shí)間段(0.1S-0.3S )，工作壓力大 (10Mpa-12Mpa，缸徑尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，質(zhì)量小，造價(jià) 低。IApply Brakefflsooa Hom ajtf wb*ks圖2.1制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2.2制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)根據(jù)FSAE規(guī)則規(guī)定，每輛賽車都應(yīng)該有兩套獨(dú)立的制動(dòng)管路以保證在一條管路 失效時(shí)另一條管路能保證車輛減速停車。第一種是前后輪制動(dòng)管路各成獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即一軸對(duì)一軸的分路形式。其特點(diǎn)

8、是管路布置最為簡(jiǎn)單，兩制動(dòng)器獨(dú)立制動(dòng)當(dāng)其中一套管路損壞時(shí)，另一套仍可以 正常工作，保證汽車制動(dòng)系的工作可靠性。當(dāng)一套管路失效時(shí)，另一套管路仍能保 持一定的制動(dòng)效能。但此時(shí)制動(dòng)效能低于正常時(shí)的50%第二種時(shí)前后輪制動(dòng)管路呈對(duì)角連接的兩個(gè)獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即前軸的一側(cè)車輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)側(cè)制動(dòng)器同屬于一個(gè)回路，稱交叉型，簡(jiǎn)稱X型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)一套制動(dòng)管路失效時(shí)，另一套管路使對(duì)角制動(dòng)器保持一定的制動(dòng)效能。為 正常時(shí)的50%,并且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒(méi)有變化，保證了制動(dòng)時(shí)與政 策負(fù)荷的適應(yīng)性。第三種是左、右前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸與全部后路制動(dòng)器輪缸構(gòu)成一個(gè)獨(dú)力的回 路，而兩前輪制動(dòng)器的另

9、半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路，可看成是一軸半對(duì)半個(gè)軸的分路 形式。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。第四種是兩個(gè)獨(dú)立的回路分別為兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器 所組成，即半個(gè)軸與一輪對(duì)另半個(gè)軸與另一輪的形式。結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。第五種是另個(gè)獨(dú)立的回路均由每個(gè)錢(qián)，后制動(dòng)器的半數(shù)輪缸所組成，即前、后半個(gè)軸對(duì)前、后半個(gè)軸的分路形式。這種形式的雙回路系統(tǒng)的制動(dòng)效能最好。但其結(jié) 構(gòu)也較復(fù)雜。T(h)2 TP U I MJ? 3 廣 Vg 廣'I Ji#4血斗4Ii>1II>r圖2.2制動(dòng)管路布置由于賽車采用的是雙主缸布置且制動(dòng)力的分配要依靠平衡桿來(lái)實(shí)現(xiàn)，故選用上圖中的（a）布置較為合適。下圖為F1賽車管

10、路布置圖：3賽車制動(dòng)系統(tǒng)理論分析3.1制動(dòng)時(shí)車輪的受力只有當(dāng)汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，汽車才會(huì)從一定的速度減低至較小 的車速甚至停車。這個(gè)外力或由地面或由空氣提供。但由于空氣阻力相對(duì)較小，所 以實(shí)際上這個(gè)外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力越大制動(dòng) 減速度越大，制動(dòng)距離也越短，所以地面制動(dòng)力對(duì)汽車制動(dòng)性具有決定性影響。3.1.1 地面制動(dòng)力Fxb圖4-1畫(huà)出了在良好路/Pz圖3.1制動(dòng)時(shí)車輪受力情況Tu面上制動(dòng)時(shí)車輪的受力情 況。圖中滾動(dòng)阻力矩和減速 時(shí)的慣性力、慣性力偶矩均 忽略不計(jì)。Tp是車輪制動(dòng) 器中摩擦片與制動(dòng)盤(pán)相對(duì)滑 轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩；Fxb是地 面制動(dòng)力；W為車

11、輪垂直載 荷、T為車軸對(duì)車輪的推 力、Fz為地面對(duì)車輪的法向 反作用力。顯然，從力矩平衡得到(3-1)Fxb = 0r式中，r為車輪半徑（m。附著力。地面制動(dòng)力是使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力，但是地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦 副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)間的摩擦力，一個(gè)是輪 胎與地面間的摩擦力3.1.2制動(dòng)器制動(dòng)力在輪胎周緣為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力成為制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)Fp表 示，相當(dāng)于把汽車架離地面，并踩住制動(dòng)踏板，在輪胎周緣沿切線方向推動(dòng)車輪直 至它能轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力，顯然(3-2)式中，Tp為制動(dòng)器的摩擦力矩（N- M。由式4-2可知，制動(dòng)器制動(dòng)力僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)

12、所決定，即取決于制動(dòng)器的 形式、結(jié)構(gòu)尺寸、制動(dòng)器摩擦副的摩擦因數(shù)以及車輪半徑，并與制動(dòng)踏板力，即制 動(dòng)系的液壓或空氣壓力成正比。3.1.3地面制動(dòng)力，制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力之間的關(guān)系在制動(dòng)時(shí)，若只考慮車輪的運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)與抱死拖滑兩種狀況，當(dāng)制動(dòng)踏板力較 小時(shí)，制動(dòng)器摩擦力矩不大，地面與輪胎之間的摩擦立即地面制動(dòng)力，足以克服制 動(dòng)器摩擦力矩而使車輪滾動(dòng)。顯然，車輪滾動(dòng)時(shí)的地面制動(dòng)力就等于制動(dòng)器制動(dòng)力， 且隨踏板力增長(zhǎng)成正比的增長(zhǎng)。但地面制動(dòng)力時(shí)華東摩擦的約束反力，它的值不能 超過(guò)附著力，即Fxb < Fq = F/P當(dāng)制動(dòng)器踏板力Fp或制動(dòng)系液壓力P上升到某一值、地面制動(dòng)力Fxb達(dá)到附著力 F

13、p時(shí)，車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。制動(dòng)系液壓力P> Pa時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力Fp由于制動(dòng)器摩擦力矩的增長(zhǎng)而仍按直線關(guān)系繼續(xù)上升。但是，若作用在車輪上的法 向載荷為常數(shù)，地面制動(dòng)力Fxb達(dá)到附著力 印的值后就不再增加了。由此可見(jiàn)，汽車的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受地面附著 條件的限制，所以只有汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)地面又能提供高的附著圖3.2 地面制動(dòng)力，制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力之間的關(guān)系3.2理想制動(dòng)力分配曲線對(duì)于一般汽車而言，根據(jù)其前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、載荷情況及道路附 著數(shù)和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)如下三種情況(1) 前輪先抱死拖滑

14、，然后后輪抱死拖滑。(2) 后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。(3) 前、后輪同時(shí)抱死拖滑。我們已知，情況(1)是穩(wěn)定工況，但在制動(dòng)時(shí)汽車將喪失轉(zhuǎn)向能力，附著條件沒(méi) 有得到充分利用；情況中，后軸可能出現(xiàn)側(cè)滑，屬于不穩(wěn)定工況，附著利用率也 不理想；情況(3)則可以避免后軸側(cè)滑，同時(shí)前轉(zhuǎn)向輪只有在最大制動(dòng)強(qiáng)度下才使汽 車失去轉(zhuǎn)向能力，較之前兩種工況，附著條件利用情況較好。因此，前、后制動(dòng)器 制動(dòng)力分配的比例將影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度，是設(shè)計(jì)汽 車制動(dòng)系必須妥善處理的問(wèn)題。在研究前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的比例以前，必須 先分析汽車在制動(dòng)時(shí)地面作用于前、后車輪的法向反作用力。圖4-3

15、為賽車制動(dòng)時(shí)受力示意圖，圖中忽略了汽車的滾動(dòng)阻力偶矩、空氣阻力以 及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力偶矩，其中：Fzi為汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)前軸車輪的法向反力，單位為N; Fz2為汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)后軸車輪的法向反力，單位為N;N; Fbi為前輪地面制動(dòng)力，單位為N; Fb2L為汽車軸距，單位為m Lia為汽車質(zhì)心到前軸的距離，單位為 m hg為汽車質(zhì)心高 度，單位為m G為汽車所受重力，單位為 為后輪地面制動(dòng)力，單位為N；aGa圖3.3賽車制動(dòng)時(shí)受力示意圖由力矩平衡可得:(3-3)FzjL =GL2 +M (du/dt hgFz2L =GL1 -M(du/dt)hg(3-4)令du/dt=Zg，

16、其中Z稱為制動(dòng)強(qiáng)度，代入以上二式得，地面對(duì)前、后輪的法向反力方程：Fz1 =G(L2 +Zhg)/L(3-5)Fz2 =G(L1 -Zhg)/L(3-6)xb當(dāng)在不同附著系數(shù)路面上行駛時(shí)，若前、后輪都抱死，則Fxb，此時(shí)地面對(duì)前后輪法向反力方程為：(3-7)Fz1 =G(L2 +護(hù) hg)/LFz2 =G(L1 - ®hg)/L(3-8)制動(dòng)時(shí)前、后輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用、制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性均較為有 利。此時(shí)前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力Ful和Fu2的關(guān)系曲線，常稱之為理想的前后輪制動(dòng) 器制動(dòng)力分配曲線。在任何附著系數(shù)的路面上，前、后輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng) 力之和等

17、于附著力；并且前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即同時(shí)滿足 下列三個(gè)式子：5+電=出5金1和 NFz2或滿足下列二式:(3-9)(3-10)(3-11)(3-12)Fpt+F歩 NGF/Fp = Fz1 / Fz2將 Fz1、Fz2 帶入上式，可得：Fp,/F賊=(L2 +®hg)/(L1 -®hg)消去變量W,則可得到前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系式為：(3-13)(3-14)(3-15)F七惡詈F(箒+2FH)由此式畫(huà)成的曲線即為前、后輪同時(shí)抱死時(shí)前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系曲線一理 想制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線。如下圖xb1應(yīng)當(dāng)指出的是，I曲線是踏板力增加到前、后輪同

18、時(shí)抱死拖滑時(shí)的前、后輪制動(dòng)器制 動(dòng)力的分配曲線。車輪同時(shí)抱死時(shí)， Fpi = Fxbi = F®，F(xiàn)p2 = Fxb2 = Fq，所以I曲線 也是車輪同時(shí)抱死時(shí)Fqj和Fq2的關(guān)系曲線。還應(yīng)進(jìn)一步指出，汽車前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力常不能按I曲線的要求來(lái)分配。制動(dòng)過(guò)程中常是一根軸先抱死，隨著踏板制動(dòng)力的進(jìn)一步增加，接著另外一根軸抱 死。顯然I曲線還是前、后輪都抱死后的地面制動(dòng)力Fxb1與Fxb2，即Fcp,和的關(guān)系 曲線。3.3實(shí)際制動(dòng)力分配曲線方程式賽車的前后制動(dòng)器制動(dòng)力之比常為一定值。常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與總制 動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)（常用P表示）。(3

19、-16)即：P =電(3-17)由上式可知：甩=氣F 應(yīng) 1-P由此可知 F彈=(1-P)Fp/P為一直線，通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，且其斜率為： tgS =0 -P)/ P 。這條直線為實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)稱P線，如圖所示。圖中P線與I曲線(滿載)交于某一點(diǎn)，此時(shí)的附著系數(shù)等于 化。P線與I曲線交點(diǎn)同步附著系數(shù) 后輪同時(shí)抱死,處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)。它是由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的，反映汽車制動(dòng)性能的 一個(gè)參數(shù)。同步附著系數(shù)說(shuō)明，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只有在一 種附著系數(shù)，即同步附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)才能使前后輪同時(shí)抱死。 可以用解析法求得。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，此時(shí)前、

20、綜合上面公式可以得到下式：(3-18)陷=(LP -L2)/hg4制動(dòng)力分配系數(shù)的優(yōu)化計(jì)算，而軸間制動(dòng)力分 制動(dòng)系的好壞又直接影響到車手的安全，F(xiàn)SAE賽車的前后軸制動(dòng)力分配比是定值(一般為 0.7左右) 配系數(shù)的確定直接影響到制動(dòng)性能的好壞， 所以有必要對(duì)賽車的軸間制動(dòng)力分配進(jìn)行優(yōu)化。4.1目標(biāo)函數(shù)附著系數(shù)W在制動(dòng)強(qiáng)度Z=0.5-1.4的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能接近防止車輪抱死所需 的附著系數(shù)，此時(shí)地面的附著條件發(fā)揮的越充分，汽車軸間制動(dòng)力分配為最佳。由 于賽車為單人駕駛，且駕駛員重量較固定，整車重心位置在各工況下變化很小，故 只考慮單一滿載工況即可。所以當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度Z=0.5-1.4范圍變化時(shí)，根據(jù)

21、汽車滿載前、后軸實(shí)際附著系數(shù)，以實(shí)際利用曲線和理想曲線間差值的平方和為最小來(lái)建立 目標(biāo)函數(shù)。即：1.4(4-1)MinF(P )=送岸f -Z)2 +(件-Z)2zT.54.2約束條件汽車在任何載荷下都要滿足 ECE制動(dòng)法規(guī)要求。賽車為單人駕駛可劃入 M1類車輛。ECE制動(dòng)法規(guī)和GB12676-1999對(duì)M1類汽車前后制動(dòng)力分配做了如下要求(1)制動(dòng)強(qiáng)度Z=0.1-0.8之間時(shí)，前軸利用附著系數(shù)曲線申f應(yīng)在后軸利用附著系數(shù)曲線叫的上方，且兩軸都應(yīng)滿足申蘭z + O.07 ；0.85當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度Z=0.3-0.8之間時(shí)，車輛處于各種載荷時(shí)，前軸利用附著系 數(shù)曲線Wf應(yīng)在后軸利用附著系數(shù)曲線 叫之上

22、；若后軸利用附著曲線不 超過(guò)直線® = Z +0.05 ,允許后軸利用附著系數(shù)曲線 竹在前后利用附著曲 線Wf的上方。但是本次設(shè)計(jì)的為賽車，車速高，安全起見(jiàn)不允許后輪先抱死。綜上所述,/k可得數(shù)學(xué)約束條件為:一津.0；0.85丿0.2迄蘭4(4-2)G2 =Z +0.07、_I0.85 丿 0.204(4-3)(4-4)G3二他宀0.2生.4“4.3實(shí)例計(jì)算以FSAE賽車制動(dòng)系為例進(jìn)行仿真計(jì)算總重G （車重質(zhì)心咼質(zhì)心距前質(zhì)心距軸距前后軸荷分配260kg駕駛員hg軸距離后軸距重 70Kg)離3234N280mm880mm7201600mm45:55表4.1整車參數(shù)根據(jù)之前建立的制動(dòng)系優(yōu)

23、化數(shù)學(xué)模型，對(duì)應(yīng)為數(shù)學(xué)上的有約束非線性優(yōu)化問(wèn)題, 使用MATLAB7.（優(yōu)化工具箱中的fmincon函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)行程序，求解可得優(yōu)化后制動(dòng)力分配系數(shù)P為0.7045制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1整車參數(shù)與同步附著系數(shù)5.1.1賽車主要技術(shù)參數(shù)總重G（駕駛員重70Kg）質(zhì)心咼hg質(zhì)心距前軸距離軸距前后軸荷分配輪胎參數(shù)（輪徑20.5英寸，13寸的輪輞，）制動(dòng)力分配系數(shù)P3234N280mm880mm1600mm45:55Hoosier20.5*7-13R25B0.704表5.1賽車主要技術(shù)參數(shù) 5.1.2同步附著系數(shù)的確定280hg茁 PL-L2 0.704*1600 -720 廠 屮0 =

24、 1.455.2制動(dòng)器參數(shù)計(jì)算與選用（此處可以直接購(gòu)買(mǎi)與輪胎輪輞尺寸相配套的制動(dòng)器，如Wilwood品牌的）Ni等合金，制動(dòng)盤(pán)在工作時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊的法向和切向 為了改善冷卻效果，制動(dòng)盤(pán)往往制成具有徑向通風(fēng)槽的形 此次選用 13寸輪輞，通過(guò)匹配，選用1000mn制動(dòng)盤(pán)為最1）制動(dòng)盤(pán)的直徑D希望盡量大些，這樣作用半徑增大，這樣可以提供較大的制 動(dòng)力矩，但同時(shí)制動(dòng)盤(pán)的大小又受輪輞直徑的限制。制動(dòng)盤(pán)一般為珠光體灰鑄鐵制 成，有的還添加了 cr、 力，而且承受著熱負(fù)荷， 狀，這樣可以助于散熱。佳。2）制動(dòng)盤(pán)厚度選擇制動(dòng)盤(pán)的厚度直接影響到制動(dòng)時(shí)的溫升和制動(dòng)系質(zhì)量。為使溫升不至于過(guò)大，制動(dòng) 盤(pán)質(zhì)量不能太

25、輕；為使制動(dòng)系質(zhì)量不至于過(guò)重，制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量又不可過(guò)大。由于賽車質(zhì)量輕，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力矩小，溫升情況影響較小，又兼顧輕量化，用4mn制動(dòng)盤(pán)。3) 摩擦材料與摩擦系數(shù)0.5。制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有較為穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不應(yīng)在溫升到某一素 質(zhì)后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水性和低的壓縮率，低 的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓，抗打，抗剪切，抗彎曲和耐沖擊性能，制 動(dòng)時(shí)不應(yīng)長(zhǎng)生噪聲，不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料，目前廣泛采用 的為模壓材料。由于此次的卡鉗所配套的摩擦片為賽用材質(zhì)，摩擦系數(shù)較高取為4) 制動(dòng)鉗由于考慮到輕量化采用了鋁合金材質(zhì)。5.3液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)

26、計(jì)計(jì)算5.3.1前后制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算對(duì)于選取較大 咒值的各類車輛，應(yīng)保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸 的最大制動(dòng)力矩。當(dāng)WA化時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度qwW，故所需的后軸和前軸的 最大制動(dòng)力矩為：G3234Tr®hg)Wre = Y* (0.88 -1.45* 0.28)*1.45* 0.26 = 361.2NP0.704Tf = Tr =* 361.2 =859N m1 -P1-0.704180.6 N m一個(gè)車輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為按上列公式所計(jì)算結(jié)果的半值 每個(gè)后車輪所提供的制動(dòng)力矩為每個(gè)前車輪所提供的制動(dòng)力矩為429.5 N m輪缸直徑已定，假設(shè)此次購(gòu)買(mǎi)的卡鉗為

27、對(duì)4活塞,5.3.2輪缸直徑和管路壓力賽車所用卡鉗由市面上購(gòu)得，單活塞直徑24mm下面校核管路壓力。根據(jù)每個(gè)車輪所要提供的制動(dòng)力矩可計(jì)算出單個(gè)活塞要對(duì)摩擦片的作用力大小根據(jù)公式：T =2fNRm (此處取摩擦片作用半徑Rm為100mm得NfTf429.52fRm 2*0.5*0.1 =4295NNrTr2fRm180.6=1806N2* 0.5* 0.1因?yàn)閱蝹?cè)有2活塞，2P S=NPf = Nf4295=4.75M Pa2*空2*3.14* 242Pr18062 =2.00M Pa2*叱22* 3.14*2442 -5.3.3輪缸的工作容積計(jì)算(5-1 )根據(jù)公式"¥嚴(yán)式中：dw- 一個(gè)輪缸活塞的直徑;n 輪缸活塞的數(shù)目;5 - 一個(gè)輪缸完全制動(dòng)時(shí)行程，右取0.3mm得一個(gè)活塞的工作容積Vm二31* 242* 0.3 = 135.6mm34左右輪卡鉗內(nèi)的輪缸總工作容積Vl,Z Vm =4* 135.6 = 542.6mm35.3.4制動(dòng)主缸的工作容積計(jì)算V =V