大学生方程式赛车制动系统设计和优化

大学生方程式赛车制动系统设计和优化Prepared on 22 November 2020摘要Formula SAE比赛由美国车辆工程师学会（SAE）于1979年创立，每年在世界各地有600余支大学车队参加各个分站赛，2011年将在中国举办第一届中国大学生方程式赛车，本设计将针对中国赛程规定进行设计。

本说明书主要介绍了大学生方程式赛车制动的设计，首先介绍了汽车制动系统的设计意义、研究现状以及设计目标。

然后对制动系统进行方案论证分析与选择，主要包括制动器形式方案分析、制动驱动机构的机构形式选择、液压分路系统的形式选择和液压制动主缸的设计方案，最后确定方案采用简单人力液压制动双回路前后盘式制动器。

除此之外，还根据已知的汽车相关参数，通过计算得到了制动器主要参数、前后制动力矩分配系数、制动力矩和制动力以及液压制动驱动机构相关参数。

最后对制动性能进行了详细分析。

关键字：制动、盘式制动器、液压AbstractFormula SAE race was founded in 1979 by the American cars institute of Engineers every year more than 600 teams participate in various races around the world,China will hold the first Formula one for Chinese college students,the design will be for design of the provisions of the Chinese calendar.This paper mainly introduces the design of breaking system of the Formula of all,breaking system's development,structure and category are shown,and according to the structures,virtues and weakness of drum brake and disc brake analysis is done. At last, the plan adopting hydroid two-backway brake with front disc and rear , this paper also introduces the designing process of front brake and rear break,brakingcylinder,parameter's choice of main components braking and channel settings and the analysis of brake performance.Key words:braking,braking disc,hydroid pressure目录10111212123344446799922222344 789第1章绪论制动系统设计的意义汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。

汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。

汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。

随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。

本次毕业设计题目为大学生方程式赛车制动系统设计。

制动系统研究现状车辆在形式过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。

当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐步减小到0，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们从三个方面来对制动系统进行分析和评价：1）制动效能：即制动距离与制动减速度；2）制动效能的恒定性：即热衰退性；3）制动时汽车方向的稳定性；目前，对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行，由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量，因此，多数有关制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上的行驶，其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据，在汽车道路试验中，如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化，则可为汽车整车制动性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。

本次制动系统应达到的目标1）具有良好的制动效能；2）具有良好的制动效能稳定性；3）制动时汽车操纵稳定性好；4）制动效能的热稳定性好；大学生方程式赛车制动规则和要求制动系统——概况赛车必须配备有刹车系统。

并且作用于所有四个车轮上，而且只被一个控制器控制。

1）它必须有两套独立的液压回路，以防系统泄漏或失效时，至少在两轮上还保持有有效的制动力。

每个液压回路必须有其专属的储油罐（可用独立储油罐或用原厂的储油罐）。

2）单个刹车作用时，有限的滑移差是可以接受的。

3）刹车系统必须在以下的测试中，能够抱死所有四个轮。

4）线控制动是禁止的。

5）没有保护的塑料刹车线是禁止的。

6）刹车系统必须装有碎片护罩，以防传动系失效或小碰撞（引起的碎片破坏制动系统）。

7）从侧面看，安装在赛车簧上（簧上质量：指悬架支撑的质量）部分上的刹车系统的任何部分都不可以伸到车架或者承载式车身的下表面以下。

（新内容）制动测试刹车系统将在动态中测试。

并且必须能四轮抱死，并且不跑偏，同时能够在由制动性能检查官员指定的加速赛尽头停车。

刹车踏板超程开关1）车上必须装有一个刹车踏板超程开关。

在万一刹车踏板超程引起刹车系统失效时，这个开关必须能够被启动并停止发动机。

该开关必须能够彻底断绝点火，同时切断传给任何电动燃油泵的电力。

2）重复启用此开关不能恢复给这些部件的动力。

并且它必须被设计成不能被车手重置。

3）开关只有被相似的部件代替才可，而不是通过依靠逻辑程序控制器、发动机控制单元，或有相似功能的数字控制器来替代。

刹车灯1）赛车必须配备有至少15w，或可以从后面看等效的清晰可见的红色刹车灯。

如果使用了LED（发光二极管）灯源，它必须在非常强的日光下也清晰可见。

2）刹车灯必须安置在两轮之间的中线并在垂直方向上和车手的肩膀的高度齐高，并且在侧面，接近赛车的中线。

本次制动系统设计任务1）学习大学生方程式赛车的相关规程2）根据整车基本参数对制动系统的主要部件制动器进行设计计算，并选择合适的制动器部件。

合理设计制动系统，满足赛车相关要求3）计算并得出赛车的I曲线和β线，论证制动系统设计的合理性。

4）设计过程中要考虑具有刹车踏板超程开关、刹车灯，要求完成其控制电路设计。

5）绘制制动系统装配图6）将方案论证的结果及设计计算的结果整理，完成毕业论文。

第2章制动系统方案论证分析与选择制动器形式方案分析汽车制动器几乎均为机械摩擦式，即利用旋转元件和固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。

一般摩擦式制动器按旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。

鼓式制动器鼓式制动器是最早形式汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛应用于各类汽车上。

鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。

内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半轴套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件作为制动鼓。

车轮制动器的制动鼓均固定在轮毂上。

制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦蹄片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。

外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面与制动带摩擦片的内圆弧作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。

在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构，鼓式制动器按蹄的类型分为:1) 领从蹄式制动器如图2-1所示，若图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向（制动鼓正向旋转），则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。

汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转，则相应得使领蹄与从蹄也就相互对调了。

这种当制动鼓正、反反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄使制动器。

领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有增势作用，故又称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有减势作用，故又称为减势蹄。

增势作用使领蹄所受的法向反力增大，而减势作用使从蹄所受的法向反力减小。

领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进与倒车时的制动性能不变，且结构简单，造价较低，也便于服装驻车制动机构，故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。

图2-1领从蹄式制动器2) 双领蹄式制动器若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器，则称为双领蹄使制动器（如图2-2所示）。

显然，当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为双向领蹄式制动器。

如图所示，两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动，两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的，因此，两蹄对制动鼓的作用的合力恰好相互平衡，故属于平面式制动器。

双领蹄式制动器有高的正向制动效能，但倒车时则变为双从蹄式，使制动效能大降，这种结构经常用于中级轿车的前轮制动器，这是因为这类汽车前进制动时，前轴的动轴荷及附着力大于后轴，而倒车时则相反。

图2-2双领从蹄式制动器3) 双向双领蹄式制动器当制动鼓正向和反向旋转时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器（如图2-3所示）。

它也属于平衡式制动器。

由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变，因此广泛应用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前后轮，但用作后轮制动器时，则需另设中央制动用于驻车制动。

图2-3 双向双领蹄式制动器4) 单向增力式制动器单向增力式制动器如图2-4所示两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支承在其上端制动地板上的支承销上，由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一种非平衡式的制动器。

单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高，且高于前述的各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。