制动系统设计指南

五、制动系统的设计1.前言1.1适用范围1.2引用标准1.3轿车制动规范对制动系统制动性的总体要求1.4制动系统的设计方法1.5整车参数1.6设计期望值2 行车制动系统的设计2.1制动器总成的设计2.2人力制动系和伺服制动系2.3踏板总成的设计2.4传感器设计2.5 ABS的设计3 应急制动及驻车制动的设计五、制动系统的设计1.前言1.1适用范围：本设计指南适用于在道路上行驶的汽车的制动系统1.2引用标准GB 7258—1997 ******1.3轿车制动规范对制动系统制动性的总体要求汽车应设置足以使其减速、停车和驻车的制动系统。

设置对前、后轮分别操纵的行车制动装置。

应具有行车制动系。

汽车应具有应急制动功能和应具有驻车制动功能。

汽车行车制动、应急制动和驻车制动的各系统以某种方式相联，它们应保证当其中一个或两个系统的操纵机构的任何部件失效时(行车制动的操纵踏板、操纵连接杆件或制动阀的失效除外)仍具有应急制动功能。

制动系应经久耐用，不能因振动或冲击而损坏。

1.4制动系统的设计方法1.4.2制动系统方案的确定1.4.3制动系统方案确定的顺序1.5整车参数1.5.1整车制动系统布置方案参数项目空载满载前轴负荷(kg)后轴负荷(kg)总质量G(kg)重心高度hg(mm)轴距L(mm)车轮滚动半径(mm)最大车速(km/h)重心距前轴距离a(mm)重心距后轴距离b(mm)1.6设计期望值1.6.1制动能力汽车制动时，地面作用于车轮的切线力称为地面制动力Fxb，它是使汽车制动而减速行驶的外力。

在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩Mu所需的力称为制动器制动力Fu。

地面制动力是滑动摩擦约束反力，其最大值受附着力的限制。

附着力FΦ与F xbmax 的关系为Fxbmax＝FΦ＝Fz·Φ。

Fz为地面垂直反作用力，Φ为轮胎—道路附着系数，其值受各种因素影响。

若不考虑制动过程中Φ值的变化，即设为一常值，则当制动踏板力或制动系压力上升到某一值，而地面制动力达最大值即等于附着力时，车轮将抱死不动而拖滑。

踏板力或制动系压力再增加，制动器制动力Fu 由于制动器摩擦力矩的增长，仍按直线关系继续上升，但是地面制动力达到附着力的值后就不再增加了。

制动过程中，这三种力的关系，如图1所示。

汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受轮胎。

道路附着条件的限制。

所以只有当汽车具有足够的制动器摩擦力矩，同时轮胎与道路又能提供高的附着力时，汽车才有足够的地面制动力而获得良好的制动性。

图2是汽车在水平路面上制动时的受力情形 (忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩) 。

此外，下面的分析中还忽略制动时车轮边滚边滑的过程，附着系数只取一个定值Φ，惯性阻力为：GF jF xb2F Z 2F Z1F xb2a.地面对汽车的法向反作用力：b.制动距离图3.汽车的制动能力常用制动效能反映。

制动效能是指汽车以一定初速迅速制动到停车的制动距离或制动过程中的制动减速度。

制动过程中典型的减速度与时间关系曲线如图3所示。

其中，ta为制动系反应时间，指制动时踏下制动踏板克服自由行程、制动器中蹄与鼓的间隙等所需时间。

一般液压制动系的反应时间为0.015—0.03s，气压制动系为0.05—0.06；tb为减速度增长时间，液压制动系为0.15—0.3s，气压制动系为0.3—0.8s。

制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系。

制动距离是指在一定制动初速度下，汽车从驾驶员踩着制动踏板开始到停住为止所驶过的距离。

根据图1所示的典型制动过程，可求得制动距离S：S＝v(ta +21tb)+max22jv＝？ Mc.理想的制动力分配曲线在任何轮胎－地面附着系数之下，汽车在水平路面制动时均能使双轴汽车前、后轮同时接近抱死状态的前、后制动器制动力分配曲线称之为理想制动器制动力分配曲线，通常称为I曲线。

此时，前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力。

F u1F u2h gFZ1FZ2理想制动器制动力分配曲线与实际线性制动器制动力分配曲线（单位汽车重力）1.6.2 制动踏板力与制动力的关系在制动踏板上加力F，在车轮刹车上就会产生如下的制动力F S S P MBB ⋅⋅⋅=*γiP B ：活塞压强 S B ：活塞端面面积S M ：制动主缸活塞端面面积 i ：真空助力器增益系数 γ：制动踏板杠杆比（R/r ） F ：踏板输入力1.6.3驻车制动能力()020rF F RBF K I F H X -⋅⋅⋅⋅⋅=η式中，F x ：为手制动器制动力[kg]； r ：为轮胎滚动半径[mm]； R ：制动盘/鼓有效半径 [mm] F H ：为驾驶员施加的手力[kg] F 0：无效操作力[kg]BF 2：后鼓式制动器效能因数 η：传递效率……70%左右 K 0：动力系数I ：手制动增益系数表示汽车在坡道角为α的上坡路上停驻时的受力情况，由此可得出上坡停驻时的后轴附着力为：制动盘 活塞制动器主缸制动主缸真空助力器制动踏板mgm g co sαm g si nαF x b2F Z2FZ1汽车在上坡路上停驻时的受力情况汽车在下坡路上停驻时的后轴附着力为：汽车可能停驻的极限上坡路坡道角αl可根据后轴上的附着力与制动力相等的条件求得，即由得到同理可推导出汽车可能停驻的极限下坡路坡道角空载满载上坡时下坡时2.行车制动系统的设计2.1制动器总成的设计2.1.1前转向节带盘式制动器总成前转向节带盘式制动器总成主要有以下零部件组成：如下图所示。

在下面一张图片当中可以看到，前转向节带盘式制动器总成既和转向机的横拉杆连接又和控制臂、前滑柱还有传动轴等连接。

在总成当中转向节就相当于一个平台，平台上搭载了制动钳，轮毂、轴承、制动盘零部件，轴承安装在转向节的方式根据轴承不同而采取压装或是通过螺栓连接到转向节上，传动轴与轮毂通过花键联接,转向节上端与滑柱通过螺栓连接，下端与控制臂的横拉杆通过球头销连接，控制臂与副车架连接，总成围绕控制臂与副车架的连接点为圆心上下移动，前端安装制动钳，后端与转向机横拉杆连接，转向时围绕球头销旋转。

转向节一般多为铸造件，也有的转向节是锻造件，其中以锻造件为佳，但是锻造件的模具比较复杂，不易加工。

我公司现有的产品当中B11和S11的转向节都是铸造件，A11、A15的转向节是锻件。

铸造的转向节材料是球墨铸铁（QT450-10 GB1348），因为铸铁的韧性不是很好，所以要求铸件必须100％进行球化率检测，应达到85％以上，并且要求对铸件百分之百探伤，不得有气孔，缩松夹渣和硬点，不得有裂纹。

同时因为转向节经常在比较复杂的变载荷情况下工作所以对转向节的疲劳试验要做特别要求，这是B11前转向节的技术要求，具体如下：锻造件A11A15的材料是45＃钢或者是免调质钢，因为钢具有较好的刚度和强度，锻造转向节的性能大大优于铸造转向节。

下面简单的介绍一下轴承的发展我们的产品当中，A11A15前轮轴承、S11前后轮轴承均为一代轴承，一代轴承在前转向节中需要采用压装，对轴承与转向节的过盈配合、压装力以及传动轴锁止螺母的预紧力均要求很严格，所以将来的趋势是逐渐淘汰一代轴承。

2.1.1.1a）b)c)二代轴承轴承外圈与轮毂集成，一般多用于非驱动轮。

d)三代轴承轴承内圈、外圈、轮毂集成为一体，ABS传感器也可以根据需要集成，使装配模块化，简单化。

e)2.1.1.2a）b）c）d）e）f）2.1.1.3a)b)2.1.1.42.1.1.5a)b)2.1.1.6a)b)现在轴承一般都很少重新开发，供应商根据主机厂所提供的以上参数从现有的产品当中挑出一款或是几款轴承来布置。

这是轴承偏置距（轴承中心线和轮胎中心线的距离）与轴承寿命曲线图，由此图可见，轴承偏置距对轴承的影响是很大的。

在简单介绍完轴承以后，在下面再简单的介绍一下制动钳。

制动器的原理就是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩，固定元件就是制动钳、摩擦块，旋转件就是制动盘，制动时驾驶员踩踏板产生制动油压，制动钳对摩擦片和制动盘施加正压力，制动的整个过程就是把动能转化为热能的过程。

a.b.c.d.e.综合起来就是：上面介绍的是制动时的原理，下面我们来看一下制动完以后的回位原理：a.b.c.2.1.2后转向节带盘式制动器总成与前转向节带盘式制动器总成不同，后转向节带盘式制动器总成除了要行车制动以外，还要兼作驻车制动后钳的驻车原理如下：但是，在驻车完以后还要考虑回位和间隙补偿的问题2.1.3 2.1.3.12.1.3.22.1.3.32.1.3.42.1.4 2.1.4.12.1.4.22.1.4.32.1.5鼓式制动器2.1.5.1鼓式制动器:鼓式制动器是摩擦制动器中的一种,它的摩擦副中的旋转元件为制动鼓,工作表面为圆柱面2.1.5.2鼓式制动器有内张型(Internal expanding drum brake)和外束型(external contracting drum brake), 内张型的制动鼓以内圆柱面为工作表面,在汽车上应用广泛,目前奇瑞现有车型A11,A15,S11的后制动器采用的都是这种鼓式制动器,外束型制动鼓的工作表面则是外圆柱面,目前只有极小数汽车用作驻车制动器.因此在下面的篇幅中我们主要介绍内张型鼓式制动器.2.1.5.3内张型鼓式制动器都采用带摩擦片的制动蹄作为固定元件,位于制动鼓内部的制动蹄在一端承受促动力时,可绕其另一端的支点向外旋转,压靠到制动鼓内圆面上,产生摩擦力矩(制动力矩).目前奇瑞车型上所采用的都是这种轮缸式制动器,此处还有用凸轮促动装置的凸轮式制动器(cam brake) 和用楔促动装置的楔式制动器(wedge brake)2.1.5.4鼓式制动器的工作原理:图1．鼓式制动器工作原理图1、2-制动蹄；3、5-支承销；4-制动鼓图1显示了鼓式制动器的工作原理.带有摩擦片的制动蹄1、2通过支承销5、3铰装在制动底板上。

制动时轮缸活塞对制动蹄施加国P，使其绕支承销转动，并抵靠在制动鼓4表面上。

这时制动蹄1、2分别受到制动鼓4表面上。

这时制动蹄1、2分别受到制动鼓作用的法向力Y1、Y2（此处假定合力作用在中心线上）和切向力X1,X2,而制动蹄的切向反力对制动鼓产生一个与其旋转方向相反的制动力矩(X1+X2)Rb(Rb为制动鼓工作半径)。

由图可见，制动蹄1张开时的转动方向与汽车前进时制动鼓旋转方向（即正向旋转，如箭头所示）相同，由于力X1与力P绕支承销5的力矩方向相同，使蹄对鼓的压紧力和相应的摩擦力增大，即产生了使效能增高的“助势”作用，因而被称作领蹄L。

反之，制动蹄2张开时的转动方向与制动鼓旋转方向相反，力X2与力P绕支承销3的力矩方向也相反，使蹄对鼓的压紧力和摩擦力减小，即产生的“减势”作用，因而被称作从蹄T。