【2019年整理】制动系统匹配计算讲义

讲义开发（讲师用）（制动系统匹配计算讲课提纲及内容）课时_____一制动系统匹配计算提纲及内容1、制动系统匹配计算的目的与要求制动系统匹配设计主要是根据设计任务书的要求，整车配置、布置及参数，参考同类车型参数，选择制动器型式、结构及参数，然后校核计算，验证所选参数是否满足设计任务书及法规的要求，满足要求后初步确定参数。公司目前车型主要是M1、N1类，操纵系统为液压操纵、真空助力。因此，本匹配计算主要以上述车型及操纵系统为基础进行基础制动系统及调节装置的匹配计算，ABS或ESP的匹配计算由配套厂家完成。GB12676-1999《汽车制动系结构、性能和试验方法》、GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》，GB13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》等对制动系的性能、要求及试验方法都作了详细的规定，因此，制动系设计首先应满足以上法规的要求。同时，为提高整车性能，不同级别的车型，又会对制动性能提出高于以上标准的要求，这些要求会在设计任务书中体现，因此，对设计任务书要求高于法规要求的，要按设计任务书要求设计。将M1、N1类车与匹配计算有关法规摘录如下：表1M1、N1类车有关制动法规要求项目GB7258－2004GB12676－1999ECE行车制动1、试验路面附着系数不小于0.7的水泥或沥青路面干燥、平整的混凝土或具有相同附着系数的其他路面附着良好的路面2、车辆载荷空、满载空、满载←3、制动初速度（Km/h）M150Km/h80Km/h←N150Km/h（总质量不大于3500kg的中高速货车）80Km/h←4、制动稳定性不允许超出2.5m的试验通道任何部位不偏离出3.7m通道←5、制动减速度（m/s2）空载M1≥6.2≥5.8←N1≥5.8≥5.0←满载M1≥5.9≥5.8←N1≥5.4≥5.0←6、制动距离（m）空载M1≤19.0≤50.7←N1≤21.0≤61.2←满M1≤20.0≤50.7←载N1≤22.0≤61.2←7、液压制动脚踏板力（N）空载M1≤400≤500←N1≤450≤700←满载M1≤500≤500←N1≤700≤700←8、液压制动踏板行程要求踏板行程不应大于踏板全行程的3/4；装有自动调整间隙装置时不应大于踏板全行程的4/5，且乘用车不应大于120mm，其它机动车不应大于150mm。制动控制装置和传能装置以及制动器零部件必须具有一定的储备行程制动控制装置和传能装置以及制动器零部件必须具有一定的储备行程应急制动1、试验路面附着系数不小于0.7的水泥或沥青路面同行车制动←2、车辆载荷空、满载空、满载←3、制动初速度（Km/h）M150Km/h80Km/h←N130Km/h70Km/h←4、制动减速度（m/s2）M1≥2.9≥2.9←N1≥2.2≥2.2←5、制动距离（m）M1≤38.0≤93.3←N1≤20.0≤95.7←6、液压制动脚踏板力（N）M1≤500≤500←N1≤700≤700←驻车制动1、试验路面附着系数不小于0.7的20%的正、反坡道。18％干燥、平整的混凝土或具有相同附着系数的坡道上（上坡或下坡）。18％良好路面的坡道上（上坡或下坡）。2、车辆载荷空载满载←3、手操纵力（N）M1≤400≤400←N1≤600≤600←4、试验效能要求停在规定坡度坡道上停在规定坡度坡道上；按应急制动条件试验，减速度≥1.5m/s2停在规定坡度坡道上；在30Km/h初速度下试验，减速度≥1.5m/s25、行程要求全行程的2/3以内产生规定的制动效能；装有自动调节装置时允许在全行程的3/4以内达到规定的制动效能具有一定的储备行程具有一定的储备行程剩余1、试验路面当部分管路失效后，剩余制动效能保持原规定值的同行车制动←2、车辆载荷空、满载←制动效能3、制动初速度（Km/h）M130%以上。80Km/h←N170Km/h←4、制动减速度（m/s2）空载M1≥1.7←N1≥1.3←满载M1≥1.5←N1≥1.1←5、制动距离（m）空载M1≤150.2←N1≤178.7←满载M1≤152.5←N1≤177.4←6、液压制动脚踏板力（N）≤700←其它要求行车制动系统部分失效当真空助力器失效后，制动系统仍应能保持规定的应急制动性能。同应急制动←行车制动反应时间（液压制动系）制动协调时间:对液压制动的汽车不应大于0.35s从开始促动控制装置到最不利的车轴上的制动力达到规定的相应的制动性能时所经历的时间不得超过0.6s从控制装置被启动到处于最不利位置的轴达到规定的性能所经过的时间不超过0.6s制动力分配（ECER13及GB12676-1999对不装ABS车辆的要求）1、对于附着系数φ值在0.2～0.8之间的各类车辆Z≥0.1十0.85（φ-0.2）2、对于下列车辆，车辆处于各种载荷状态时，前轴的附着系数利用曲线应位于后轴的附着系数利用曲线之上。2.1制动强度（Z）在0.15～0.8之间的M1车辆。但是，对于之值在0.3～0.45时，若后轴附着系数利用曲线不超出由公式φ=Z决定的直线以上0.05，则允许后轴附着系数利用曲线位于前轴附着系数利用曲线之上。2.2制动强度（Z）为0.15～0.5之间的N1类车辆。对于制动强度为0.15～0.30时，若各轴的附着系数利用曲线位于由公式k＝Z＋0.08和k=Z-0.08确定的两条平行于理想附着系数利用曲线之间，其中后轴附着系数利用曲线允许与直线K=Z-0.08相交，则认为满足要求。对于制动强度为0.3～0.5和制动强度为0.5～0.61时，若分别满足公式Z≥φ-0.08和Z≥0.5φ+0.21，则认为满足要求。注：以上数据为发动机脱开的O型试验要求。2、制动系统主要参数的选择制动系统参数选择形式多样，可根据实际情况、用不同的方法确定，以最终保证设计参数合理为准。如：轴荷、重心位置相近的车辆，可借鉴采用参考车型数据；平台化产品，可借用部分参数，选择其它参数；选择参数后要进行校核计算，满足要求后就可以采用；下面以无参考样车时的设计为例，简要说明制动系统主要参数选择的一般步骤。制动系统参数选择的一般步骤如下：（1）了解整车配置并输入与制动系统有关的整车参数及要求。输入的参数及要求如表2表2与匹配计算有关的整车参数及要求序号参数代号单位数值备注1整车空/满载质量mkmm/kg通用代号m2轴距Lmm3空载/满载质心高gmgkhh/mm通用代号gh4空载/满载前轴到质心水平距离mkaa/mm通用代号a5空载/满载后轴到质心水平距离mkbb/mm通用代号b6前/后轮胎滚动半径21/RRmm前后轮胎一致时代号R7制动系统配置及其它要求1、装配ABS还是ESP还是感载比例阀2、对前后制动器型式的要求。3、对管路形式的要求4、其它要求。（2）初步选择系统主要参数。（3）制动器及相关参数选择及计算。（4）操纵系统主要参数选择及计算。2.1初步选择系统主要参数在确定制动器参数之前，需初步选择同步附着系数、制动力分配系数及液压系统工作压力。根据整车提供的参数，绘出理想制动力分配I曲线，参考同类车型、根据ABS或比例阀的一般要求，可以确定空载或满载时的同步附着系数，然后，计算出制动器制动力分配系数，绘出β线。将I、β曲线进行分析比较，初步选择合适的制动力分配系数。2.1.1理想制动力分配曲线绘制1、制动时地面对前、后车轮的法向反作用力不考虑制动时的空气阻力、滚动阻力、轴承摩擦力、传动系阻力、坡度等，制动时地面作用于前、后车轮的法向反作用力如图3-1所示：由图3-1，对后轮接地点取力矩得:gzhdtdumGbLF1……………………………………………（2-1）式中：1zF——地面对前轮的法向反作用力，N；G——汽车重力，N；b——汽车质心至后轴中心线的水平距离，mm；m——汽车质量，kg；gh——汽车质心高度，mm；L——轴距，mm；dtdu——汽车减速度，m/s2。图1制动工况受力简图对前轮接地点取力矩，得:gzhdtdumGaLF2………………………………………………………（2-2）式中：2zF——地面对后轮的法向反作用力，N；a——汽车质心至前轴中心线的距离，m。2理想的前、后制动器制动力分配曲线—I曲线（1）、地面制动力FB：地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，其方向与车轮旋转方向相反。（2）、制动器制动力Fμ：轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，又称制动周缘力。与地面制动力方向相反，当车轮角速度ω0时，大小亦相等，且Fμ仅由制动器结构参数决定。即Fμ及取决于制动器的结构型式、结构尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压或气压成正比。Fμ=Tμ/R………………………………………………………（2-3）式中：Tμ—制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。R—车轮有效半径。（３）理想的前、后制动器制动力分配在附着系数为的路面上，前、后车轮同步抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和)(21FFFu等于汽车与地面附着力)(21FFF；并且前、后轮制动器制动力21FF、分别等于各自的附着力21FF、，即：222211112121zBzBBBFFFFFFFFGFFFFF…………………………………………………（2-4）在上述条件下，gmFFdtdu21，由（2-1）、（2-2）、（2-4）可得以下公式：)(1ghbLGF…………………………………………………（2-5）)(2ghaLGF…………………………………………………（2-6）)]2(4[211122FhGbFGLhbhGFggg……………………………（2-7）式中：21FF、－前、后轴车轮的制动器制动力；21BBFF、－前、后轴车轮的地面制动力；ф－附着系数；21F、F—前、后轴附着力将（2-7）可绘成以Fμ1、Fμ2为坐标的曲线，即为理想的前后、轮制动器制动力分配曲线，简称I曲线。根据式（2-4）的第一式，按不同ф值作图，得到一组与坐标轴成45°的平行线，绘在I曲线图上，以便分析使用。2.1.2同步附着系数及制动器制动力分配系数的初步选择1、同步附着系数同步附着系数φ0是汽车制动时前、后轮同时抱死时的路面附着系数。同步附着系数的选择首先要满足制动稳定性的要求，然后要有高的制动效率并满足应急制动等的要求，见表1。对制动稳定性的法规进行分析：附着系数在0.2-0.8之间时除个别很小的区段外，均要求前轮先抱死，所以同步附着系数应≥0.8，但满足此要求后，制动时前轴负荷较大，制动效率低，所以一般都要加装制动力调节装置。另外，同步附着系数的选择还要结合整车的使用条件、轴荷分配、管路布置、配置综合考虑。经常在良好的路面上使用且车速较高的车辆，为保证制动时的稳定性，同步附着系数可选的大一点。对管路布置为II型的制动系统，要考虑单回路失效的应急制动效能；制动系统配置ABS时要满足ABS匹配的基本要求。对装ABS的车辆同步附着系数满足ABS匹配要求即可，一般应在0.5-1.0为宜。K1无ABS时的同步附着系数：空载0.48,满载0.65。CH071参考车：空载0.60,满载0.81装感载比例阀时，拐点后的空、满载同步附着系数应≥0.8。K1配感载比利阀时的同步附着系数：空载0.97,满载0.85。K2配感载比利阀时的同步附着系数：空载1.04,满载1.30。2、制动器制动力分配系数前制动器制动力与汽车总的制动器制动力之比，称为制动器制动力分配系数。由于在附着条件所限定的范围内，地面制动力在数值上等于相应的制动周缘力，因此又通称为制动力分配系数。2111FFFFF…………………………………………………（2-8）3、制动器制动力分配系数的初步选择根据已作出的I曲线图、法规要求、制动效率初步选择空、满载同步附着系数，然后计算制动器制动力分配系数。I曲线由整车参数确定，45°的平行线反映的是在某一附着系数下的前、后