FSAE制动系统的设计计算

目录

1绪论 (2)

1.1 制动系统工作原理 (2)

1.2 制动系统组成 (2)

1.3 设计制动系应满足的条件 (2)

2 制动系统方案分析及选型 (3)

2.1制动方案 (3)

2.2制动管路的多回路系统 (4)

3 赛车制动系统理论分析 (6)

3.1 制动时车轮的受力 (6)

F (6)

3.1.1 地面制动力

xb

3.1.2 制动器制动力 (6)

3.2 理想制动力分配曲线 (8)

3.3 实际制动力分配曲线 (10)

4 制动力分配系数的优化计算 (11)

4.1 目标函数 (11)

4.2 约束条件 (11)

4.3 实例计算 (12)

5制动系统相关参数的设计计算 (13)

5.1 整车参数与同步附着系数 (13)

5.1.1 赛车主要技术参数 (13)

5.1.2 同步附着系数的确定 (13)

5.2制动器参数计算与选用 (13)

5.3液压驱动机构的设计计算 (14)

5.3.1前后制动器制动力矩的计算 (14)

5.3.2轮缸直径和管路压力 (14)

5.3.3 轮缸的工作容积计算 (15)

5.3.4制动主缸的工作容积计算 (15)

5.4 制动踏板力和踏板行程 (16)

5.4.1 制动踏板力 (16)

5.4.2 制动踏板工作行程 (16)

6 制动系的作用效果的评价 (17)

6.1 制动减速度j (17)

6.2制动距离S (17)

1绪论

1.1 制动系统工作原理

汽车上用以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，从而对其进行一定强度的制动的一系列专门装置称为制动系统。其作用是使行驶中的汽车按照驾驶员的要求强制减速甚至停车，和使已停止的汽车在各种道路条件下稳定驻车，及使下坡行驶的汽车速度保持稳定。

制动系统的一般工作原理：利用车身（或车架）相连的非旋转原件和与车轮（或传动轴）相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。

1.2 制动系统组成

一般来说，每辆汽车的制动系都由供能装置，控制装置，传能装置，和制动器组成。其中制动器是保证汽车安全行驶的最重要的安全件。目前广泛使用的制动器是摩擦式制动器，即鼓式和盘式制动器。而F1上通常采用的是盘式制动器。

对于制动驱动机构，根据动力源的不同，可分为:简单制动，动力制动，以及伺服制动三类。简单制动又有机械式和液压式之分，机械式靠杆系和钢丝绳传力，其结构简单，造价物廉，工作可靠，但是机械效率低。此次设计一方面由于FSAE规则限定不允许使用拉索，一方面由于车辆重量较轻的缘故，选用简单液压制动最为合适。

1.3 设计制动系应满足的条件

赛车制动系应满足如下要求;

（1）应能适应国家标准和FSAE规则的规定。各项性能指标应该考虑规则的限定和国家标准。

（2）具有足够的行车制动效能。行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评价。

（3）工作可靠。FSAE规则规定，赛车应有两套独立的回路以保证在一条回路失

效时另一条回路能保证车辆减速停车。

（4）制动性能的热稳定性好。赛车在高速制动及短时间内频繁制动均会引起制动的温升过快，温度过高。这种情况下会使制动器摩擦副摩擦系数急剧下降，使得制动效能迅速下降发生所谓的热衰退现象。

（5）制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸过水后，会因水的存在而使摩擦副的摩擦系数急剧减小而发生所谓的水衰退现象。

（6）制动时汽车的操纵稳定性好。即以任何初速度制动，汽车均不应失去操纵稳定性和方向稳定性。为此，赛车前后轮制动器的力矩应该有适当的比例；同一轴左右制动器的制动力矩应相同。否则，当前轮先抱死而侧滑时将失去操纵稳定性，当后轮抱死而侧滑甩尾时，会失去方向稳定性；当左右轮的制动力矩差值超过15%时，会在制动时发生汽车跑偏。

（7）制动踏板的位置和形成应符合人机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便、舒适，能减少疲劳。各国法律规定，制动的最大踏板力一般为500-700N。

（8）刹车起作用滞后的时间要尽可能短。

（9）制动时不应产生过度的振动和噪声。

（10）与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。

2 制动系统方案分析及选型

2.1制动方案

在这不再介绍制动系统的类型及它们的优缺点。综合体积，效能，经济性，匹配性，可获得性等各方面因素，本次设计选用了固定式4活塞卡钳（卡钳活塞直径24mm）。四活塞卡钳的好处是利用更多的活塞来把刹车压力平均分配到整块刹车片上，可令同一面积的刹车片发挥更大的制动能力，更可避免刹车力度过分集中在刹车片的某一点上，导致刹车片出现局部过热，减弱了刹车效果和使用刹车片磨损不平均。

根据动力源的不同，制动驱动机构可分为简单制动，动力制动和伺服制动三大类，而力的传递又有机械式，液压式，气压式和气压-液压式的区别。

本次设计选用液压式的简单

制动系用于行车制动装置，其优

点是作用滞后时间段

（0.1s-0.3s），工作压力大

（10Mpa-12Mpa），缸径尺寸小，

结构简单，紧凑，质量小，造价

低。

图2.1制动驱动机构

2.2制动管路的多回路系统

根据FSAE规则规定，每辆赛车都应该有两套独立的制动管路以保证在一条管路失效时另一条管路能保证车辆减速停车。

第一种是前后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路形式。其特点是管路布置最为简单，两制动器独立制动当其中一套管路损坏时，另一套仍可以正常工作，保证汽车制动系的工作可靠性。当一套管路失效时，另一套管路仍能保持一定的制动效能。但此时制动效能低于正常时的50%。

第二种时前后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧制动器同属于一个回路，称交叉型，简称X型。其特点是结构简单，当一套制动管路失效时，另一套管路使对角制动器保持一定的制动效能。为正常时的50%,并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与政策负荷的适应性。

第三种是左、右前轮制动器的半数轮缸与全部后路制动器轮缸构成一个独力的回路，而两前轮制动器的另半数轮缸构成另一回路，可看成是一轴半对半个轴的分路形式。其特点是结构复杂。

第四种是两个独立的回路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的形式。结构较为复杂。

第五种是另个独立的回路均由每个钱，后制动器的半数轮缸所组成，即前、后半