制动系统设计

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第七章 制动系统设计

制动系是汽车的一个重要的组成部分。它直接影响汽车的行驶安全性。为了保证汽车有良好的制动效能，应该合理地确定汽车的制动性能及制动系结构。

7.1 制动动力学

7.1.1 稳定状态下的加速和制动

加速力和制动力通过轮胎和地表的接触面从车辆传送到路面。惯性力作用于车辆的重心，引起一阵颠簸。在这个过程中当刹车时，前后轮的负载各自增加或减少；而当加速时，情况正好相反。制动和加速的过程只能通过纵向的加速度a x 加以区分。下面，我们先来分析一辆双轴汽车的制动过程。

最终产生结果的前后轮负载ZV

F '和Zh

F '，在制动过

程中，图7.1随着静止平衡和制动减速的条件而变为：

()l h ma l l l mg F x V ZV

--=' （7.1a ） l h ma l l mg F x V Zh

+=' （7.1b ） 设作用于前后轴的摩擦系数分别为f V 和f h ,那么制动力为：

V ZV

XV

f F F

'= （7.2a ） h Zh Xh

f F F '=' （7.2b ）

图7.1双轴汽车的刹车过程

它们的总和便是作用于车辆上的减速力。

x Xh XV ma F F =+ （7.3）

对于制动过程，f V 和f h 是负的。如果要求两轴上的抓力相等，这种相等使 f V ＝f h ＝a x /g ，理想的制动力分配是：

)/(])([gl h a l l g ma F x v x XV --=

（7.4） )/(][gl h a gl ma F x v x Xh +=

（7.5）

这是一个抛物线F xh (F xv )和参数a x 的参数表现。在

图7.1的右半部分，显示了一辆普通载人汽车的理想制动力分配。实践中，向两边分配制动力通常被选用来防止过早的过度制动，或是由刹车片摩擦偏差而引起的后轮所死，因为后轮锁死后将几乎无法抓地，车辆将会失去控制。然而防抱死刹车系统将会减轻这个问题。

当然，每一个负载状态都有它各自的理想制动力分配。如果所有负载状态都必须由一个固定的分配去应对，那么最重要的条件往往就是空车载司机的情况。虽然，固定的分配在更多负载时无法实现最优化的制动力分配，b线显示了当后轴的制动力未超过理想值直到最大减速度为0.8g时的制动力分配情况。弯曲的分配曲线可通过如下方法应用。

图 7.2 半挂车的刹车过程

情况（c）使用一个后轴限压阀，情况（d）使用减压阀。那些负载变化巨大的车辆，比如说卡车，或

火车站货车及很多前轮驱动车，都有减压阀，并且带有一个可变的突变点，具体要看静止时的轴上负载（所谓的“制动力调节器”）。

在一辆双轴车上，轮子在制动中的负载只取决于减速度，而不取决于设定的制动力分配。但这对于有三个或以上轴的车辆来说并不适用。例如拖车，图7.2，高度协调了拖车接点的hk,h1和h2,拖拉机和拖车的重心，设定的制动力分配决定了连接力Fxk和F2k，从而决定了各轴上力的分布。

这里建立的制定过程等式仍然有效，对于加速，加速度为正值。

7.2、制动系统设计与匹配的总布置设计硬点或输入参数

新车型总体设计时能够基本估算如下基本设计参数, 这些参数作为制动系统的匹配和优化设计的输入参数.

7.3、理想的前、后制动器制动力分配曲线

7.3.1 基本理论

(1) 地面对前、后车轮的法向反作用力

在分析前、后轮制动器制动力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后车轮的法向反作用力。

图7.3.1

由图7.3.1，对后轮接地点取力矩得

g z h dt

du m

Gb L F +=1

式中：

1z F ——地面对前轮的法向反作用力；

G ——汽车重力；

b ——汽车质心至后轴中心线的距离；

m ——汽车质量；

g h ——汽车质心高度；

dt

du

——汽车减速度。 对前轮接地点取力矩，得

g z h dt

du m

Ga L F -=2 式中

2z F

——地面对后轮的法向反作用力；

a ——汽车质心至前轴中心线的距离。

则可求得地面法向反作用力为

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛

+=

dt du g h b L G F g z 1 ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛

-=dt du g h a L G F g z 2 （7.3.1）

(2) 前、后制动器制动力分配曲线

在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于附着力；并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即：

G F F ϕμμ=+21 11z F F ϕμ=

22z F F ϕμ=

消去变量ϕ，得

)]2(4[21112μμμF h Gb F G hgL b h G F g

g +-+=

（7.3.2）

7.3.2 计算算例与计算结果

由上述结果可以分别得出车型A 和车型B 的前、后车轮同时抱死时前、后制动器制动力的关系曲线——理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，简称I 曲线。

(1) 车型B 的I 曲线

下图为车型B 空载和满载时候的I 曲线

2μF （N ）

1μF

(2) 车型A 的I 曲线

下图分别为车型A 空载、满载的I 曲线

2μF （N ）