純電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算方案設(shè)計(jì)

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1、 目 錄 前言 1 一、制動(dòng)法規(guī)基本要求 1 二、整車基本參數(shù)及樣車制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù) 2 2.1整車基本參數(shù) 2 2.2樣車制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù) 2 三、 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配 3 3.1地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力 3 3.2理想前后制動(dòng)力分配曲線及曲線 4 3.2.1理想前后制動(dòng)力分配 4 3.2.2實(shí)際制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù) 4 五、利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度法規(guī)驗(yàn)算 8 六、制動(dòng)距離的校核 11 七、真空助力器主要技術(shù)參數(shù) 12 八、真空助力器失效時(shí)整車制動(dòng)性能 12 九、制動(dòng)踏板力的校核 14 十、制動(dòng)主缸行程校核 16 十一、駐車制動(dòng)校核 17 1

2、、極限傾角 17 2、制動(dòng)器的操縱力校核 18 前言 BM3車型的行車制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓真空助力結(jié)構(gòu)。前制動(dòng)器為通風(fēng)盤式制動(dòng)器，后制動(dòng)器有盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器兩種，采用吊掛式制動(dòng)踏板，帶真空助力器，制動(dòng)管路為雙回路對(duì)角線（X型）布置，安裝ABS系統(tǒng)。 駐車制動(dòng)系統(tǒng)為后盤中鼓式制動(dòng)器和后鼓式制動(dòng)器兩種，采用手動(dòng)機(jī)械拉線式操縱機(jī)構(gòu)。 一、制動(dòng)法規(guī)基本要求 1、 GB21670《乘用車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》 2、 GB12676《汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》 3、 GB13594《機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法》 4、 GB7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》

3、 序號(hào) 項(xiàng)目 設(shè)計(jì)要求 （商品定義） 國標(biāo)要求 1 試驗(yàn)路面 —— 干燥、平整的混凝土或具有相同附著系數(shù)的其路面 2 載重 滿載 滿載 3 制動(dòng)初速度 100km/h 100km/h 4 制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性 —— 不許偏出2.5m通道 5 制動(dòng)距離或制動(dòng)減速度 空載≤42mm 滿載≤44mm ≤70m或≥6.43 6 踏板力 110~130（0.6g減速度） ≤500N 7 駐車制動(dòng)停駐角度 —— 20%( ) 8 駐車制動(dòng)操縱手柄力 180—210 ≤400N 二、整車基本參數(shù)及樣車制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù) 2.1整車

4、基本參數(shù) 項(xiàng)目 代號(hào) 單位 數(shù)值 質(zhì)量（整備/滿載） 1320/1845 軸距（整備/滿載） 2750 質(zhì)心距前軸中心線水平距離（整備/滿載） 1183/1486 質(zhì)心距后軸中心線水平距離（整備/滿載） 1567/1264 質(zhì)心高度（整備/滿載） 620/640 車輪滾動(dòng)半徑（195/65R15） 308 2.2樣車制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù) 項(xiàng)目 代號(hào) 單位 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 前/后制動(dòng)器制動(dòng)半徑 115/120 115/115 前/后制動(dòng)器效能因數(shù) —— 0.76/0.76 0

5、.76/2.3 制動(dòng)主缸直徑 23.81 23.81 制動(dòng)主缸總行程 15+15 15+15 前/后輪缸直徑 57.2/38.1 57.2/22.22 前/后輪缸行程 0.3/0.3 0.3/0.7 真空助力器規(guī)格 —— 8+9 8+9 真空助力比 7 7 制動(dòng)踏板杠桿比 3.34 3.34 駐車制動(dòng)手柄杠桿比 7.2 7.2 本車型要求安裝ABS 三、 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配 3.1地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力 在分析前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配比前，首先了解地面作用于前后車輪

6、的法向反作用力（圖1）。 由圖1，對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩得： ……………………（1） 式中：—地面對(duì)前輪的法向反作用力，N； —汽車重力，N； —汽車質(zhì)心至后軸中心線的水平距離，m； —汽車質(zhì)量，kg； —汽車質(zhì)心高度，m； —軸距，m； —汽車減速度。 對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得： ……………………（2） 式中：—地面對(duì)后輪的法向反作用力，N； —汽車質(zhì)心至前軸中心線的距離，m。 ……………………（3） 圖1制動(dòng)工況受力簡圖 3.2理想前后制動(dòng)力分配曲線及曲線 3.2.1理想前后

7、制動(dòng)力分配 在附著系數(shù)為的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；并且前后制動(dòng)器制動(dòng)力、分別等于各自的附著力，即： ……………………（4） ………………(5) 3.2.2實(shí)際制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù) 實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力公式如下： ……………………（6） 式中：、：前后輪缸液壓，Pa； 、：前后輪缸直徑，m； 、：前后制動(dòng)器單側(cè)油缸數(shù)目（僅對(duì)于盤式制動(dòng)器而言）； 、：前、后制動(dòng)器效能因數(shù)； 、：前、后制動(dòng)器制動(dòng)半徑，m； ：車輪滾動(dòng)半徑，m。 又由公式： …………………

8、…（7） 由于 ……………………（8） 得到 ……………………（9） 根據(jù)以上計(jì)算，可繪出空、滿載狀態(tài)時(shí)理想前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線（I線）和實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線（線），如圖2： 圖2：I線和線 由公式： ……………………（10） 得實(shí)際同步附著系數(shù)，此時(shí)前、后同時(shí)抱死。 由以上計(jì)算公式，可以算出制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，空、滿載同步附著系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見下表： 表1制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，空滿載同步附著系數(shù) 名稱 符號(hào) 盤/盤中鼓式 盤、鼓式 制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù) 0.684 0.686 滿載同步附著系數(shù) 0.962 0.975

9、 空載同步附著系數(shù) 0.50 0.52 因?qū)嶋H滿載同步附著系數(shù)=0.962（0.975）與=1接近，會(huì)出現(xiàn)前后輪同時(shí)抱死的穩(wěn)定情況；空載狀態(tài)下同步附著系數(shù)=0.50（0.52）<=1,這需要通過BM3車裝配的ABS系統(tǒng)的EBD標(biāo)定來避免缺陷。設(shè)計(jì)方案可行。 在不同附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，前、后軸都抱死，此時(shí)前后軸的制動(dòng)力為： ……………………（11） 滿載狀態(tài)下，在不同附著系數(shù)里面上的前、后軸的制動(dòng)力如表2所示： 表2 滿載時(shí)前、后制動(dòng)力 （N） (N) 0.1 873 935 0.2 1830 1786 0.3 2872 2552 0.4 39

10、97 3235 0.5 5207 3833 0.6 6501 4348 0.7 7879 4778 0.8 9341 5123 0.9 10888 5385 1.0 12518 5563 將不同制動(dòng)力代入到公式（6）可得到理想前后制動(dòng)器的液壓，再減去ABS的波動(dòng)誤差0.1Mpa可得到0.1~1的路面附著系數(shù)的實(shí)際輪缸液壓具體如下表3所示： 表3 盤/盤中鼓式實(shí)際液壓分配 空載 滿載 PF/Mpa PR/Mpa PF/Mpa PR/Mpa 0.44 0.69 0.51 1.30 1.00 1.39 1.17 2.56 1.

11、61 2.00 1.88 3.69 2.25 2.52 2.65 4.70 2.94 2.95 3.48 5.59 3.66 3.30 4.37 6.35 4.43 3.57 5.32 6.99 5.24 3.74 6.32 7.50 6.08 3.83 7.38 7.89 6.97 3.84 8.50 8.15 盤/鼓式實(shí)際液壓分配 空載 滿載 PF/Mpa PR/Mpa PF/Mpa PR/Mpa 0.44 0.70 0.51 1.31 1.00 1.41 1.17 2.59 1.61 2.

12、02 1.88 3.74 2.25 2.55 2.65 4.77 2.94 3.00 3.48 5.67 3.66 3.35 4.37 6.44 4.43 3.62 5.32 7.09 5.24 3.80 6.32 7.61 6.08 3.89 7.38 8.00 6.97 3.89 8.50 8.27 表4 滿載前、后制動(dòng)器制動(dòng)力 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 P(Mpa) （N） （N） （N） （N） 1 1443 668 1443 659 2 2901 1343 2901 1325 3

13、 4358 2018 4358 1990 4 5816 2693 5816 2656 5 7274 3367 7274 3322 6 8731 4042 8731 3987 7 10189 4717 10189 4653 8 11647 5392 11647 5319 9 13104 6067 13104 5984 10 14562 6742 14562 6650 表2與表3的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以得出：前后制動(dòng)器提供的制動(dòng)力滿足制動(dòng)需求。 五、利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度法規(guī)驗(yàn)算 利用附著系數(shù)見圖3.法規(guī)要求： （1）、制

14、動(dòng)強(qiáng)度在0.1-0.61之間，前后軸曲線應(yīng)在直線q=(z+0.07)/0.85以下。 （2）、車輛處于各種載荷狀態(tài)時(shí)，前軸的附著系數(shù)利用曲線應(yīng)位于后軸的附著系數(shù)利用曲線之上。但制動(dòng)強(qiáng)度在0.15~0.8之間的M1車輛，對(duì)于Z值在0.3~0.45時(shí)，若后軸利用附著曲線位于q=z+0.05以下，則允許后軸附著系數(shù)利用曲線位于前軸附著系數(shù)利用曲線之上。 圖3：利用附著系數(shù)曲線 六、制動(dòng)距離的校核 制動(dòng)距離公式為：……………………（12） —制動(dòng)初速度，100km/h； —最大制動(dòng)減速度，； +—制動(dòng)器起作用時(shí)間，

15、0.2~0.9s 取=0.2s 在=1的路面上，=9.8>6.43（=0.8，=7.84）制動(dòng)距離（=100km/h），44.9<70m（57.5m） 七、真空助力器主要技術(shù)參數(shù) 真空助力器采用雙模片式，膜片直徑為8+9英寸 真空助力比：7 八、真空助力器失效時(shí)整車制動(dòng)性能 助力器完全失效時(shí)，制動(dòng)力完全由人力操縱踏板產(chǎn)生，最大踏板力要求：M1類車≤500N，此時(shí)真空助力器輸入力： ……………………（13） —最大制動(dòng)踏板力，500N； —制動(dòng)踏板杠桿比，3.34； —踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，0.95,； 代入相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得到： 1586.5N 根據(jù)真空助力器輸入

16、輸出特性曲線可得到此時(shí)真空助力器的輸出力： 圖：真空助力器輸入輸出特性曲線 1283.29N 系統(tǒng)壓力通過下式計(jì)算： ……………………（14） 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： 2.88Mpa 在真空助力器失效后，制動(dòng)力將會(huì)明顯減小，首先需要判斷無真空助力時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)提供的制動(dòng)力時(shí)候大于地面對(duì)車輪的摩擦力，即車輪是否抱死。 滿載時(shí)，前后制動(dòng)器制動(dòng)力分別為： 表5 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 4140 4203.285 1917 2003.007 滿載時(shí)，在附著系數(shù)為0.7的路面上，前、后輪同時(shí)抱死時(shí)，地面對(duì)車輪的制動(dòng)力： 從結(jié)果可以看出

17、，當(dāng)真空助力器失效后，制動(dòng)器制動(dòng)力小于地面對(duì)車輪的摩擦力，因此在制動(dòng)過程中，前、后輪均不抱死。 由公式： ……………………（15） 可以算出減速度。 表6 反應(yīng)時(shí)間（0.2） 初速度 法規(guī)要求 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 減速度 —— —— 3.33 3.32 GB7258-2012 50km/h ≤38(a≥2.9) 31.7 m 31.45 m GB21670-2008 100 km/h ≤168m 121.3 m 121.8 m GB7258-2004 50 km/h ≤38 m 31.7 m 31.8

18、4 m GB12676-1999 80 km/h ≤93.3 m 78.5 m 78.8 m 由以上計(jì)算可知，當(dāng)真空助力器失效后，在滿載狀態(tài)下，制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離均滿足各法規(guī)的應(yīng)急制動(dòng)性能要求。 九、制動(dòng)踏板力的校核 分析整個(gè)制動(dòng)過程，在附著系數(shù)為（≤）的路面上制動(dòng)時(shí)，前輪的壓力首先抱死，當(dāng)管路中壓力繼續(xù)升高時(shí)，前輪制動(dòng)力不再隨管路中壓力的升高而增大，但后輪制動(dòng)力卻隨壓力的升高繼續(xù)增大，直到后輪也抱死，后輪抱死拖滑時(shí)，管路中的壓力已經(jīng)足夠大，此時(shí)的踏板力即是整車在附著系數(shù)（≤）的路面上制動(dòng)所需的最大踏板力，顯然，當(dāng)=時(shí)，前后輪同時(shí)抱死，此時(shí)所需要的踏板力即是整車制動(dòng)

19、的極限踏板力。若不考慮ABS作用，管路的抱死壓力應(yīng)該是在地面的附著系數(shù)達(dá)到同步附著系數(shù)時(shí)管路中的壓力，滿載狀態(tài)時(shí)，=1，校核前輪剛要抱死時(shí)的踏板力。 此時(shí)， 代入公式（6），得 P=8.60Mpa 由液壓公式（13）得滿載狀態(tài)下， 表5 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 0.6G 滿載前輪制動(dòng)力 6501 6501 系統(tǒng)液壓（Mpa） 空載 3.66 3.66 滿載 6.35 6.44 踏板力 （Mpa） 空載 87 87 滿載 151 153 1G 滿載前輪制動(dòng)力 12518 12518 系統(tǒng)液壓（Mpa）

20、 空載 6.97 6.97 滿載 8.60 8.60 踏板力 （Mpa） 空載 166 166 滿載 202 202 所需踏板力：踏板力小于500N，符合法規(guī)對(duì)制動(dòng)踏板的要求，設(shè)計(jì)方案合理。 十、制動(dòng)主缸行程校核 制動(dòng)主缸工作行程可通過下式計(jì)算： ……………………（16） 軟管膨脹量計(jì)算： ……………………（17） 式中：、 前、后制動(dòng)器制動(dòng)行程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：0.2~0.4，取0.3； 、、 前、后輪缸及軟管因膨脹而吸收的液量，； 常數(shù)，； 前、后輪缸及軟管因膨脹而吸收的液量通過做試驗(yàn)得到。 當(dāng)

21、在附著系數(shù)為的路面上，管路抱死壓力見表3， 表3 由上圖曲線得到前、后輪缸的需液量分別為，。 軟管膨脹量： = 總需液量： 主缸工作行程：<30 缸有效行程大于主缸全行程的60%，建議將主缸行程增大至18+18。 十一、駐車制動(dòng)校核 1、極限傾角 根據(jù)汽車后軸車輪附著力與制動(dòng)力相等的條件，汽車在角度為的上坡路和下坡路上停駐時(shí)的制動(dòng)力、分別為： 可得汽車在上坡路和下坡路上停駐時(shí)的坡度角、分別為： 因此，滿載時(shí)汽車可能停駐的極限上、下傾角見表6。 表6 0.1 3.14 3.00 0.2 6.42 5.85 0.3

22、 9.81 8.55 0.4 13.31 11.10 0.5 16.88 13.51 0.6 20.51 15.77 0.7 24.16 17.89 0.8 27.80 19.89 0.9 31.41 21.76 1 34.96 23.51 2、制動(dòng)器的操縱力校核 駐車制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)主要有杠桿比、駐車制動(dòng)器效能因數(shù)（或杠桿比、杠桿長度）。滿載時(shí)，在坡度為的坡道上駐車，理論上所需制動(dòng)力： （2-14） 式中： 坡度為的坡道上駐車所需的制動(dòng)力，N； 汽車滿載質(zhì)量，kg； 駐

23、車制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力矩平衡，有： （2-15） 故： （2-16） 駐車制動(dòng)手柄力，N； 汽車滿載質(zhì)量，kg; 車輪靜半徑，； 駐車制動(dòng)器效能因數(shù)； 制動(dòng)器駐車制動(dòng)半徑，； 駐車制動(dòng)手柄杠桿比； 制動(dòng)器拉桿杠桿比； 駐車制動(dòng)效率； 后制動(dòng)器為盤式制動(dòng)器且與駐車機(jī)構(gòu)共用一個(gè)制動(dòng)器，駐車機(jī)構(gòu)采用雙向增力。表2-2為駐車制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。 表7 駐車機(jī)構(gòu) 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 摩擦因數(shù) 0.38 0.38 上坡效能因素 3.5 2.3 下坡效能因素 3.5 2.3 制動(dòng)器駐車有效半徑 86.5mm 115 制動(dòng)手柄杠桿比 7.2 7.2 制動(dòng)器拉桿杠桿比 6 6.27 駐車制動(dòng)效率 0.5 0.5 得到滿載時(shí)。駐車手柄力為 表8 盤/盤中鼓式 盤/鼓式 166.7 182.7 法規(guī)要求≤500N，通常設(shè)計(jì)階段≤200N,能滿足要求。 第 19 頁 / 共 14頁