大学生方程式赛车制动系统设计方案分析

大学生方程式赛车制动系统设计方案分析

摘要：本文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分析与选择，确定方案采用简单人力液压制动双回路前后盘式制动器。最后对制动性能进行了详细分析。

关键词：方程式赛车，制动，盘式制动器

Abstract：This paper mainly introduces the design of breaking system of the Formula Student.First of all,breaking system's development,structure and category are shown.Then analysis and the choice of the braking system are done.At last, the plan adopting hydroid two-back-way brake with front disc and rear disc.Finally,the paper shows analysis of brake performance.

Keywords：formula car,braking,braking disc

随着社会的迅速发展和人民生活水平的不断提高，汽车越来越成为现代交通工具中用得最多、最普遍、也运用得最方便的一种。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。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。现在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，汽车配备十分可靠的制动系统显得尤为重要。

一、制动系统的设计分析

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：制动效能：即制动距离与制动减速度；制动效能的恒定性：即热衰退性；制动时汽车方向的稳定性。

二、制动装置的选择分析

制动器是制动系统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。因此，制动器的选择十分重要。

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制动器和盘式制动器两大类。而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；盘式制动器又分钳盘式和全盘式两大类。盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点：

1）制动效能稳定性好；

2）制动力矩与汽车运动方向无关；

3）易于构成双回路，有较高的可靠性和安全性；

4）尺寸小、质量小、散热好；

5）制动衬块上压力均匀，衬块磨损均匀；

6）更换衬块工作简单容易；

7）易于实现间隙自动调整；

8）衬块与制动盘间的间隙小，缩短了制动协调时间。

综合以上优缺点最终确定本次设计采用前后盘式制动器，且均为浮钳盘式制动器。

对于制动驱动机构的机构形式选择，根据动力源的不同，制动驱动机构可分为简单制动、动力制动及伺服制动三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压式、气压-液压式的区别。根据赛规及经验要求，确定本次设计采用简单液压制动。

对于液压分路系统的形式的选择，为了提高制动工作的可靠性，应采用分路系统，即全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或更多的相互独立的回路，其中一个回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制动作用。

而双轴汽车的双回路制动系统分路形式则选择交叉型（X型），即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对策车轮制动器同属一个回路。

对于液压制动主缸，则是双回路制动系统的制动主缸——串联双缸制动主缸，单缸制动主缸已经被淘汰。采用这种主缸的双回路液压制动系，当制动系统中任一回路失效时，串联双缸制动主缸的另一腔仍能够工作，只是所需踏板行程加大，导

致汽车制动距离增长，制动力减小。大大的提高了工作的可靠性。

三、制动性能的分析

汽车的制动性是指汽车在行驶中能利用外力强制地降低车速至停车或下长坡时能维持一定车速的能力。

汽车的制动性能主要从以下三个方面来评价：

制动效能，即制动距离与制动减速度。制动效能是制动性能中最基本的评价指标。制动距离越小，制动减速度越大，汽车的制动效能就越好。

制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。因为制动过程中实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后能保持在冷态时的制动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。

制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。常用制动时汽车给定路径行驶的能力来评价。

制动跑偏的原因有两个：

1）汽车左右车轮，特别是转向轴左右车轮制动器制动力不相等；

2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调（相互干涉）。

前者是由于制动调整误差造成的，是非系统的。而后者是属于系统性误差。侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况时高速制动时后轴发生侧滑。防止后轴发生侧滑应使前后轴同时抱死或前轴先报死后轴始终不抱死。

综上所说，制动性能的评价最终还是要在实际操作中进行。

四、总结

以上就是对大学生方程式赛车的制动系统的设计进行的分析。要想让赛车在大赛中脱颖而出，就要对各方面都考虑周全，才能选出最好的方案，设计出最好的赛车。

参考文献：

余志生《汽车理论（第5版）》、王国权《汽车设计课程设计指导书》、刘惟信《汽车设计》、刘涛《汽车设计》、王望予《汽车设计》