FSAE方程式赛车制动系统设计
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作者简介：贺焕利（1984-），女，陕西宝鸡人，讲师，主要从事电 动汽车关键技术研究。基金项目：汽车动力传动与电子控制湖北省 重点实验室创新基金项目（2015XTZX0415）。
求不仅要满足赛事规则，在紧张激烈的比赛中，保证赛车制 动系统的结构可靠、性能稳定，而且应符合人机工程及轻量 化的要求，这无疑对制赛车动系统的设计者提出更高的要求。 本文依托湖北汽车工业学院东风 HUAT 车队 HUAT E12 方 程赛车研发项目，设计开发了一款结构安全可靠、性能稳定 且符合人机工程的赛车制动系统。
Technology, Hubei Shiyan 442002 )
Abstract: A new brake system of FSAE racing car was proposed, according to the FSAE rules on the braking performance. The force analysis of the braking process was carried out and the mechanical model was established. The simulation model of racing braking system is established in Simulink, and the optimal braking force distribution coefficient, synchronous attach -ment coefficient and key design parameters of braking system were obtained. The performance of the braking system was proved to be good by real vehicle test. Keywords: Formula Car; Brake System; Simulation; Brake Distance CLC NO.: U469.6+96 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)02-45-05
10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.02.016
FSAE 方程式赛车制动系统设计
贺焕利，李亮
（湖北汽车工业学院 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，湖北 十堰 442002）
摘 要：根据 FSAE 比赛规则对赛车制动性能的要求，提出了赛车制动系统的设计方案。通过对赛车制动过程进行 受力分析，建立了制动系统力学模型。借助 Simulink 软件平台建立了赛车制动系统仿真模型，得到了最优制动力 分配系数、同步附着系数以及制动系统关键设计参数。通过实车试验，验证了该制动系统具有良好的制动性能，能 够达到四轮同时抱死的设计目标。 关键词：方程式赛车；制动系统；仿真；制动距离 中图分类号：U469.6+96 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)02-45-05
Design for The Brake System of FSAE Racing Car
He Huanli, Li Liang ( HuBei Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronic Contral, HuBei University of Automotive
次设计选用卡瑞森的立式主缸。
制动盘的安装选用浮动连接，赛车制动盘在制动时，一
般负载较大，制动时产生大量热能，当制动盘受力不均时，
容易导致制动盘产生形变、动力不稳定，降低赛车的操控性
Baidu Nhomakorabea
能。选用浮动盘的结构，则可以通过轴向和径向的轻微移动，
在一定程度上缓解制动盘的变形，保证制动稳定性，也能使 制动盘两侧的摩擦片磨损更均匀。
（1）
式中，β：制动力分配系数；Fu1：前轴的制动器的制动 力；Fu2：后轴制动器的制动力。在车轮抱死前，车轮对轴的 力矩和摩擦片与制动盘产生的摩擦力矩是平衡的，由此可得：
开始瞬间，车轮受到的向下的力也能和后轮突然减少的载荷 部分抵消，使后轮制动力更线性，提升车辆的性能。而且前
引言
由美国车辆工程师学会于 1979 年开办的 FSAE（Formula SAE）国际学生方程式赛车，在国际上被视为是“学界的 F1 方程式赛车” [1]。近几年，FSAE 赛场上车队无论是数量还 是质量都在快速提升，随着竞争日趋激烈，比赛规则日趋完 善，同时对 FSAE 赛车的性能要求也日趋严格。制动系统作 为赛车的安全装置，重要性不言而喻，对制动系统的设计要
最大地面制动力：
的操控性。 赛车的前卡钳选择后置。当载荷向前转移时，前轮载荷
前、后轴制动力分配关系如下：
较大，产生大量热能，选用后置有利于散热，在制动开始瞬 间，车轮受到的向上的力也能和前轮突然增加的载荷部分抵 消，降低车轮附着力突变对制动的影响。后轴卡钳选择前置， 制动时载荷前移，导致后轮载荷小，热量相对较少，散热要 求相对较低，也能有效保证后轮制动温度不会过低。在制动
管路的布置，采用 H 型双回路布置。这种布置方便调节 前后轮的制动力，既可以达到规则要求的四轮同时抱死，配
图 2 车轮的受力简图 在车轮周缘产生的、用于克服制动器摩擦力矩所需要的 力称为制动器制动力，用 Fu 表示。
合左右管路等长的布置，也能保证制动不跑偏，还能根据赛 道的情况，在一定范围内对制动分配比进行调节，提升赛车
1 赛车制动系统设计方案
《中国大学生方程式汽车大赛规则》中对制动性能有明 确规定，考虑到 FSAE 方程式赛车对轻量化、人机工程等方 面的设计要求，选择了立式主缸布置形式。立式主缸的主要 优势在于可以设计更大的踏板传力比，将车手施加在踏板上
45
汽车实用技术
的力进行放大。目前，方程式赛车中常见的立式主缸品牌有 滑转时的摩擦力矩； Fu：制动器制动力； r：车轮滚动半径。 三个，即 tilton、AP Racing 和卡瑞森，出于经济性考虑，本
求不仅要满足赛事规则，在紧张激烈的比赛中，保证赛车制 动系统的结构可靠、性能稳定，而且应符合人机工程及轻量 化的要求，这无疑对制赛车动系统的设计者提出更高的要求。 本文依托湖北汽车工业学院东风 HUAT 车队 HUAT E12 方 程赛车研发项目，设计开发了一款结构安全可靠、性能稳定 且符合人机工程的赛车制动系统。
Technology, Hubei Shiyan 442002 )
Abstract: A new brake system of FSAE racing car was proposed, according to the FSAE rules on the braking performance. The force analysis of the braking process was carried out and the mechanical model was established. The simulation model of racing braking system is established in Simulink, and the optimal braking force distribution coefficient, synchronous attach -ment coefficient and key design parameters of braking system were obtained. The performance of the braking system was proved to be good by real vehicle test. Keywords: Formula Car; Brake System; Simulation; Brake Distance CLC NO.: U469.6+96 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)02-45-05
10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.02.016
FSAE 方程式赛车制动系统设计
贺焕利，李亮
（湖北汽车工业学院 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，湖北 十堰 442002）
摘 要：根据 FSAE 比赛规则对赛车制动性能的要求，提出了赛车制动系统的设计方案。通过对赛车制动过程进行 受力分析，建立了制动系统力学模型。借助 Simulink 软件平台建立了赛车制动系统仿真模型，得到了最优制动力 分配系数、同步附着系数以及制动系统关键设计参数。通过实车试验，验证了该制动系统具有良好的制动性能，能 够达到四轮同时抱死的设计目标。 关键词：方程式赛车；制动系统；仿真；制动距离 中图分类号：U469.6+96 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)02-45-05
Design for The Brake System of FSAE Racing Car
He Huanli, Li Liang ( HuBei Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronic Contral, HuBei University of Automotive
次设计选用卡瑞森的立式主缸。
制动盘的安装选用浮动连接，赛车制动盘在制动时，一
般负载较大，制动时产生大量热能，当制动盘受力不均时，
容易导致制动盘产生形变、动力不稳定，降低赛车的操控性
Baidu Nhomakorabea
能。选用浮动盘的结构，则可以通过轴向和径向的轻微移动，
在一定程度上缓解制动盘的变形，保证制动稳定性，也能使 制动盘两侧的摩擦片磨损更均匀。
（1）
式中，β：制动力分配系数；Fu1：前轴的制动器的制动 力；Fu2：后轴制动器的制动力。在车轮抱死前，车轮对轴的 力矩和摩擦片与制动盘产生的摩擦力矩是平衡的，由此可得：
开始瞬间，车轮受到的向下的力也能和后轮突然减少的载荷 部分抵消，使后轮制动力更线性，提升车辆的性能。而且前
引言
由美国车辆工程师学会于 1979 年开办的 FSAE（Formula SAE）国际学生方程式赛车，在国际上被视为是“学界的 F1 方程式赛车” [1]。近几年，FSAE 赛场上车队无论是数量还 是质量都在快速提升，随着竞争日趋激烈，比赛规则日趋完 善，同时对 FSAE 赛车的性能要求也日趋严格。制动系统作 为赛车的安全装置，重要性不言而喻，对制动系统的设计要
最大地面制动力：
的操控性。 赛车的前卡钳选择后置。当载荷向前转移时，前轮载荷
前、后轴制动力分配关系如下：
较大，产生大量热能，选用后置有利于散热，在制动开始瞬 间，车轮受到的向上的力也能和前轮突然增加的载荷部分抵 消，降低车轮附着力突变对制动的影响。后轴卡钳选择前置， 制动时载荷前移，导致后轮载荷小，热量相对较少，散热要 求相对较低，也能有效保证后轮制动温度不会过低。在制动
管路的布置，采用 H 型双回路布置。这种布置方便调节 前后轮的制动力，既可以达到规则要求的四轮同时抱死，配
图 2 车轮的受力简图 在车轮周缘产生的、用于克服制动器摩擦力矩所需要的 力称为制动器制动力，用 Fu 表示。
合左右管路等长的布置，也能保证制动不跑偏，还能根据赛 道的情况，在一定范围内对制动分配比进行调节，提升赛车
1 赛车制动系统设计方案
《中国大学生方程式汽车大赛规则》中对制动性能有明 确规定，考虑到 FSAE 方程式赛车对轻量化、人机工程等方 面的设计要求，选择了立式主缸布置形式。立式主缸的主要 优势在于可以设计更大的踏板传力比，将车手施加在踏板上
45
汽车实用技术
的力进行放大。目前，方程式赛车中常见的立式主缸品牌有 滑转时的摩擦力矩； Fu：制动器制动力； r：车轮滚动半径。 三个，即 tilton、AP Racing 和卡瑞森，出于经济性考虑，本