大学生方程式赛车制动系统设计和优化

摘要FormulaSAE比赛由美国车辆工程师学会（SAE）于1979年创立，每年在世界各地有600余支大学车队参加各个分站赛，2011年将在中国举办第一届中国大学生方程式赛车，本设计将针对中国赛程规定进行设计。本说明书主要介绍了大学生方程式赛车制动的设计，首先介绍了汽车制动系统的设计意义、研究现状以及设计目标。然后对制动系统进行方案论证分析与选择，主要包括制动器形式方案分析、制动驱动机构的机构形式选择、液压分路系统的形式选择和液压制动主缸的设计方案，最后确定方案采用简单人力液压制动双回路前后盘式制动器。除此之外，还根据已知的汽车相关参数，通过计算得到了制动器主要参数、前后制动力矩分配系数、制动力矩和制动力以及液压制动驱动机构相关参数。最后对制动性能进行了详细分析。关键字：制动、盘式制动器、液压AbstractFormulaSAEracewasfoundedin1979bytheAmericancarsinstituteofEngineerseveryyearmorethan600teamsparticipateinvariousracesaroundtheworld,ChinawillholdthefirstFormulaoneforChinesecollegestudents,thedesignwillbefordesignoftheprovisionsoftheChinesecalendar.ThispapermainlyintroducesthedesignofbreakingsystemoftheFormulaStudent.Firstofall,breakingsystem'sdevelopment,structureandcategoryareshown,andaccordingtothestructures,virtuesandweaknessofdrumbrakeanddiscbrakeanalysisisdone.Atlast,theplanadoptinghydroidtwo-backwaybrakewithfrontdiscandreardisc.Besides,thispaperalsointroducesthedesigningprocessoffrontbrakeandrearbreak,brakingcylinder,parameter'schoiceofmaincomponentsbrakingandchannelsettingsandtheanalysisofbrakeperformance.Keywords:braking,brakingdisc,hydroidpressure目录摘要...........................................................ⅠAbstract..........................................................Ⅱ目录............................................................Ⅲ第1章绪论.......................................................11.1制动系统设计的意义..........................................11.2制动系统研究现状............................................11.3本次制动系统应达到的目标....................................11.4大学生方程式赛车制动规则和要求..............................21.4.1制动系统——概况......................................21.4.2制动测试..............................................21.4.3刹车踏板超程开关......................................21.4.4刹车灯................................................21.5本次制动系统设计任务........................................3第2章制动系统方案论证分析与选择.................................42.1制动器形式方案分析..........................................42.1.1鼓式制动器............................................42.1.2盘式制动器............................................72.2制动驱动机构的机构形式选择..................................82.2.1简单制动系............................................82.2.2动力制动系............................................82.2.3伺服制动系............................................92.3液压分路系统的形式的选择...................................102.4液压制动主缸的设计方案.....................................11第3章制动系统设计计算..........................................123.1制动系统主要参数数值.......................................123.1.1相关主要参数.........................................123.1.2同步附着系数的分析...................................133.1.3地面对前、后轮的法向反作用力.........................133.2制动器有关计算.............................................143.2.1确定前后制动力矩分配系数...........................143.2.2制动器制动力矩的确定.................................143.2.3盘式制动器主要参数确定...............................143.2.4盘式制动器的制动力计算...............................163.3制动器主要零部件的结构设计.................................17第4章液压制动驱动机构的设计计算................................194.1前轮制动轮缸直径d的确定...................................194.2制动主缸直径0d的确定......................................194.3制动踏板力pF和制动踏板工作行程pS..........................20第5章制动性能分析..............................................225.1制动性能评价指标...........................................225.2制动效能...................................................225.3制动效能的恒定性...........................................225.4制动时汽车方向的稳定性.....................................225.5制动器制动力分配曲线分析...................................235.6制动减速度j和制动距离S....................................245.7摩擦衬块的磨损特性计算.....................................24参考文献..........................................................27致谢...........................................................28附录..............................................................29第1章绪论1.1制动系统设计的意义汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置，而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。本次毕业设计题目为大学生方程式赛车制动系统设计。1.2制动系统研究现状车辆在形式过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐步减小到0，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们从三个方面来对制动系统进行分析和评价：1）制动效能：即制动距离与制动减速度；2）制动效能的恒定性：即热衰退性；3）制动时汽车方向的稳定性；目前，对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行，由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量，因此，多数有关制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上的行驶，其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据，在汽车道路试验中，如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化，则可为汽车整车制动性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。1.3本次制动系统应达到的目标1）具有良好的制动效能；2）具有良好的制动效能稳定性；3）制动时汽车操纵稳定性好；4）制动效能的热稳定性好；1.4大学生方程式赛车制动规则和要求1.4.1制动系统——概况赛车必须配备有刹车系统。并且作用于所有四个车轮上，而且只被一个控制器控制。1）它必须有两套独立的液压回路，以防系统泄漏或失效时，至少在两轮上还保持有有效的制动力。每个液压回路必须有其专属的储油罐（可用独立储油罐或用原厂的储油罐）。2）单个刹车作用时，有限的滑移差是可以接受的。3）刹车系统必须在以下的测试中，能够抱死所有四个轮。4）线控制动是禁止的。5）没有保护的塑料刹车线是禁止的。6）刹车系统必须装有碎片护罩，以防传动系失效或小碰撞（引起的碎片破坏制动系统）。7）从侧面看，安装在赛车簧上（簧上质量：指悬架支撑的质量）部分上的刹车系统的任何部分都不可以伸到车架或者承载式车身的下表面以下。（新内容）1.4.2制动测试刹车系统将在动态中测试。并且必须能四轮抱死，并且不跑偏，同时能够在由制动性能检查官员指定的加速赛尽头停车。1.4.3刹车踏板超程开关1）车上必须装有一个刹车踏板超程开关。在万一刹车踏板超程引起刹车系统失效时，