乘用车制动系统设计开发流程（PDF44页）

汽车制动系统设计开发流程2汽车制动理论分析3制动器总体布置4盘式制动器介绍5零部件设计1汽车制动系统介绍汽车制动系统概况液压制动系统介绍汽车制动系统遵循帕斯卡定律11AFPPAF222112AASS这里F2可视为制动轮缸产生的压力，F1为施加在制动主缸上的驱动力液压制动系统是将驾驶人员施加到制动踏板上的力放大并助力后反应到制动主缸，由制动主缸建立起整个制动管路的压力，压力将推动执行机构（制动器）限制车轮的转动而实现制动。rrtfuFcF2APFcPt)(42dAd压力P压力P压力P制动主缸压力直接驱动了制动器产生制动力矩，制动力矩换算到轮边的切向力称为制动器制动力，即上式中F液压管路布置形式对于制动系统要求比较苛刻的车辆通常需要更复杂的结构来保证制动系统的有效。力的关系地面附着力：地面可提供的昀大库仑力，对于整车来说附着力为定值。对于前后轴则取决于正压力及轮胎与地面间的摩擦系数。GuFb地面制动力：车辆制动时利用到的地面所提供的用于产生减速度的摩擦力，可以是静摩擦也可以是动摩擦。地面制动力昀大为附着力，在车轮未抱死之前等于制动器制动力。制动器制动力：由液压作用到制动器上产生的制动力矩转化到轮边的切向力。RruAptpFfbRe)(4汽车制动理论分析amFg汽车制动系统遵循帕斯卡定律11AFPPAF222112AASS这里F2可视为制动轮缸产生的压力，F1为施加在制动主缸上的驱动力AB制动力分布曲线h)()(BAhmaBAAmgFr)()(BAhmaBABmgFfmFba假设制动时车轮完全抱死，整车制动力就等于地面附着力mguFbu为地面提供的附着系数FfuFbfFruFbrFbFbrFbf联立上式可以得出前后地面制动力与地面附着系数的关系如下)()(BAuughgBmFbf)()(BAuughgAmFbr对同一车辆来说，上两式中，只有u为变量，取不同的u值便可得到不同Fbf和Fbr值。这便是理想制动力分配曲线，如下页（）实际制动力分配曲线R线组F线组理想制动力分配曲线F线组是前轮抱死时前后轮地面制动力的变化关系R线组是后轮抱死时前后轮地面制动力的变化关系在附着系数小于同步附着系数的路面上制动，前轮先抱死。反之后轮先抱死。这里需要分析三种情况，分别为￠￠0￠=￠0￠￠0见下页，第一种情况的分析hBmg0（）hAmg0在不带有压力调节装置的车辆,实际制动力分配曲线与理想制动力分配曲线只有一个焦点，这里约为0.5，称作同步附着系数，在此附着系数的路面上制动时前后轮同时抱死。实际制动力分配曲线R线组F线组理想制动力分配曲线前轮制动器制动力增量前轮地面制动力增量后轮制动器制动力亦地面制动力增量在附着系数等于0.3的路面上制动，随着制动器制动力的增加，当实际制动力与0.3的f线相交后，前轮抱死，此后前后轮的地面制动力沿0.3的f线变化，前轮地面制动力略有增加（重量前移）。后轮地面制动力按实际制动器制动力大幅增加，当0.3f线与理想制动力相交，后轮也抱死，制动器制动力再增加已无意义。实际制动力分配曲线R线组F线组理想制动力分配曲线前轮制动器制动力亦地面制动力增量后轮制动器制动力增量后轮地面制动力增量（负值）在附着系数等于0.9的路面上制动，随着制动器制动力的增加，超过同步附着系数仍未有车轮抱死。当实际制动力与0.9的r线相交后，后轮抱死，此后前后轮的地面制动力沿0.9的r线变化，后轮地面制动力有所减小（重量前移）。前轮轮地面制动力按实际制动器制动力大幅增加，当0.9r线与理想制动力相交，前轮也抱死，制动器制动力再增加已无意义。实际制动力分配曲线R线组F线组理想制动力分配曲线在附着系数等于0.5的路面上制动，随着制动器制动力的增加，地面制动力随之上升，当达到实际制动力与理想制动力的焦点时，前后制动器同时抱死。此后制动器制动力再增加已无意义。关于制动系统理论，如果在此分析将占用很大的篇幅，今后将在制动系统设计指南中详细分析，在此就不赘述了！卡钳的布置位置最佳位置次好位置面对车左侧面，左手为车前进方向，卡钳昀佳布置位置为时针四点半位置；昀佳位置，可以减小制动时的轴承载荷、有利于制动盘的冷却、有利于轴承及其他件的清洁。Benz一款MPV前桥布置。卡钳布置在昀佳位置，且转向节载荷较小，整体为昀佳效果。卡钳转向机从力学角度分析卡钳位置分析可发现，将制动钳后置在制动时施加在轴承上的径向载荷远小于制动钳前置的情况。为了减小簧下质量，在赛车上将制动钳与制动盘移至传动轴内球笼一侧，从而由簧下质量变为簧载质量。这样的好处多方面的。可以用小的减振器，刚度小的弹簧…制动盘的布置位置理想情况是轮胎中线线及制动盘中心还有轴承中心在y方向重合，这样在制动时在轴承及轮毂上就不会产生附加的弯矩。制动盘的冠部尺寸要尽可能的小，这样可以提高制动盘的刚度，还可以减小制动盘受热时的锥形效应制动盘的轴向位置还受控制臂外球销位置的限制，如果制动盘过于对中，则外球销点将被迫内收，结果是磨胎半径增大，对于ABS车辆制动时前轮作有摆、及单回路失效时的制动跑偏都将有可能出现。主销偏距对制动稳定性的影响－正主销偏距主销偏距对制动稳定性的影响－负主销偏距悬架形式对主销偏距的影响主销偏距不但影响着制动时的方向稳定性，也同时影响着加速时是否跑偏，所以一般功率比较大的车辆上很少见麦弗迅悬架，昀典型的教训便是AlfaRomeo164。到166的时候已经改进成了双横臂悬架盘式制动器介绍制动钳大致分浮动钳、摆动钳、固定钳浮动钳：在液压作用下，活塞与制动钳体沿相反的方向运动，分别推、拉内外侧摩擦块贴近制动盘，卡钳体只承受轴向力，切向力由支架来承受。制动结束活塞密封圈弹性变形复位，带动活塞回到原位，同样卡钳也回到原位。随正压力的撤离，制动摩擦力也减小为零。随制动盘的再次转动，制动块逐渐脱开制动盘，详细内容在设计指南中有叙述。固定钳：固定钳活塞的行进与回位方式与浮动钳完全一样，不同之处在于固定钳的卡钳体时不动的，轴向力与切向力都时由卡钳体来承受。卡钳工作原理浮动钳在强制动过程中由于内外侧夹紧力不在同一线上，很容易造成内外侧制动块的不均匀磨损，另外由于支架的变形使得导向销滑动受阻，卡钳体移动不畅很容易造成外侧制动块压力不够，而内侧制动块压力过大，内侧制动块磨损加剧。所以浮动钳在经常需要强制动的跑车中几乎是看不到的。浮动钳特点由于浮动钳制造成本低、且无外侧活塞，所以需要更小的空间等优点，在普通车辆上使用相当普遍。固定钳特点固定钳在普通制动和强制动过程中两侧的夹紧力始终在同一线上，制动比较稳定，制动盘、摩擦块的磨损比较均匀。由于固定钳优良稳定的性能，但相对较高的制造成本使得，这种卡钳只有在高档车尤其高性能跑车中使用。另外对于固定钳很难将驻车机构与行车制动集成起来，一般需要另外设计一驻车制动器兰博基尼前轮制动器，对置8活塞固定钳兰博基尼后轮制动器，对置4活塞固定钳,另带有一驻车制动器活塞的数量根据公式：F=P×A在面积相等的情况下，如何选择活塞的数量。活塞少的卡钳结构简单，成本低廉；活塞多的卡钳性能优越可以拥有更大的制动块工作面积；所以在对于制动性能要求比较苛刻的跑车上都采用了多缸固定卡钳。VS制动盘的设计制动性能及稳定性散热能力热容量能力抵抗热变形的能力热裂纹问题振动及噪声轻量化设计加工与成本防锈处理制动盘有效半径制动盘有半径是保证制动器产生制动力矩的关键参数，在需要增大制动力矩的时候，首选增大有效半径。在此方案无法实现的时候才可选增大制动器轮缸直径。增大制动有效半径，通常意味着制动盘的重量的增加，提高了热容量。但对于悬架来说则是不利的因素：簧下质量增大了。制动盘的稳定性意味着，制动盘与摩擦块之间的摩擦系数能尽可能的恒定，当然这一点更取决于摩擦块材料的稳定性及制动盘材料。制动盘的性能要求及稳定性热容量能力V动能222121iiJvMKe车辆的动能在制动的时候将全部转化为热量，其中70-80%被前制动盘吸收，制动盘的温度升高量将可计算出来smKeT2%70这里m为制动盘的重量；S为制动盘材料的比热，常用的制动盘材料为HT250.从公式可看出,Ke、s均为定值，要想降低温升只有增加m.这又与减小簧下质量原则相冲突，所以不能为了追求大的热容量而无限制增大制动盘质量。假如温升超过450摄氏度，一般就需要采用通风盘。散热能力通风盘增加了气流量，实际上就是一强制风冷机构，但增加了铸造的难度，成本相应的也要增加，这里要特别注意的一点是，由于风道的内壁为铸造毛皮面，在机加工时对制动盘进行动平衡矫正时必要的。通风盘不能降低制动时制动盘的昀高温度，但在制动过后可以提高制动盘的冷却速度。制动盘通风筋的个数一般取素数（只能被1和它自己整除，如37、41)，原因是素数可以保证在制动盘圆周上不会行程一个闭合的振动波形。抵抗热变形的能力普通结构制动盘热变形后，将引起诸多问题，制动块偏磨，制动盘局部过热，进而磨损加剧制动盘的变形还可能和制动钳发生干涉，引起拖滞及噪声！增加gooseneck结构GooseNeckGooseneck结构目前还有没有一个太好的理论来支持它的设计，主要是通过一轮一轮的FEA热分析来优化它的结构。热裂纹问题制动时制动盘内部由于热而产生的应力远大于机械应力，在高温时，制动盘表面趋于流体。在热应力的作用下发生塑性变形以释放内应力，而在制动结束后，随制动盘的冷却，内应力重新产生。此时制动盘以无法通过塑性变形来释放内应力，当内应力大到一定程度的时候，制动盘表面将出现裂纹。制动盘的热裂纹对于通风盘更明显，因为通风盘间隔性的出现厚度变化，热应力也出现间隔变化，因此在通风制动盘上热裂纹多为放射状裂纹，解决制动盘热裂纹，主要从通风劲的形状设计（如前页），铸造材料的一致性控制，加工工艺的控制。振动及噪声制动振动反应出的问题只要是制动时的制动踏板抖动，方向盘抖动以及整车的振动，而这一切的根源几乎都可以归结为制动盘的DTV超差。DTV:DiscThicknessVariation制动盘在旋转一周同一半径方向上的厚度变化，如上图所示在制动盘的旋转过程中由于厚度变化将迫使制动块远离或贴近制动盘，这就引起了制动踏板的抖动。另以方面由于厚度不同夹紧力也在变化，相当于制动力也在波动，前面已经介绍过，这可能引起整车及方向盘的抖动。DTV热硬点铸造材料密度变化制动盘的锈蚀制动钳的安装角度不当制动盘的热变形制动盘的加工与成本对于制动盘工作表面需要两面同时加工，以保证昀小的加工变形量。如果是精车削在加工到一半时需要停止进刀2-3圈，以降低螺纹效应，或者在车削完成后再进行必要的磨削加工，对于通风盘由于风道内壁属于铸造的毛坯面，因此整个制动盘在加工完成后需要进行动平衡处理。从铸造工艺来看，通风盘的铸造模具交实心盘要复杂的多，且浇筑工艺也复杂。防锈处理因为制动盘材料的特性，决定了制动盘工作表面的防锈处理相当的困难。在制动盘全新的时候我们可以采取涂抹防锈油来处理，但在进行过制动之后若长时间停车的话，制动盘生锈几乎是无法避免的。如果停车时间不长则可能出现黄色锈迹，此时为三氧化二铁，都只是停留在制动盘表面，再一次启动车辆实施一两次制动之后便可消除。但如果停车时间过长则有可能出现黑色的锈迹，此为四氧化三铁，此时锈迹已侵入制动盘体，如左下图，再次的制动只会增加制动盘的不均匀磨损。在欧洲雨季一般会提醒用户如果长时间不使用车辆的话可以将制动盘包裹起来，以防止锈蚀。轻量化设计因为制动盘布置在轮网内部，车轮跳动时也随之跳动，因此制动盘占簧下质量的很大一部分，减小制动盘质量对悬架弹簧、减振器及整车的舒适性都有好处，但密度小的材料又伴随着小的比热性，及容热能力差。因此工程师们想出了很多的办法，如左1图，在赛车上将，制动盘及卡钳设计在了传动轴的内端，制动盘及卡钳由簧下质量变为了簧上质量。Lotus曾设计出铝合金制动盘用在Elise上，但由于铝的比热较小，昀终也由于制动过程中的温升太高而未被推广。陶瓷材料是代替灰铸铁作为制动盘材料的昀佳选择，大的热容性及