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南京理工大学硕士学位论文汽车制动系统性能分析及优化设计姓名：李力申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：王良模20110312摘要汽车制动系统性能分析及优化设计摘要舢舢I I I I I I I I I|l l|I I I I I I I I l l I I I l 舳Y 1918 7 7 6汽车制动系统能够使行驶中的汽车减速甚至停车，也呵以使汽车在停驻后保持静止不动，因此制动系统是保证汽车行驶安令性以及停车可靠性的重要因素。首先，本文针对汽车制动系统的制动性能以及各关键部件总成进行了理论分析，建泣了准确的数学模型；对汽车轴I 甘J 制动力的分配进行了优化设计，以汽车前、后轴利用附着系数构造了优化日标函数，分别建立了比例阀和感载阀的优化模型。其次，基于上述理论基础，利用s 砌C+6 O 面向对象程序设计语言开发了制动系统性能分析与优化软件。通过s 吼lC 抖中的类对制动系统进行了模块化设计，并使用动态链接库(D L L)技术对各模块中的所有计算函数进行了封装；同时，合理设计了软件的界面、数据输入机制以及町视化输出，建立了友好的操作环境；并利用M A T L A B 引擎实现了s u mC 抖与M A T L A B 混合编程，对制动力分配优化模块进行了设计，并且在s u 2 L lC+6 0 中集成了E x c e l 自动化技术，实现了将软件运行的结果数据传输到E x c e l 中并自动完成相关曲线的绘制。最后，本文利用所开发的软件对某轻型汽车制动系统进行了制动性能分析以及优化设计，结果表明，该轻型汽车制动系统与整车匹配较好，轴间制动力分配的优化结果与理想状态比较接近；所开发的软件操作简单、计算准确，能够较好的满足实际工程需求。关键词：制动系统，s 眦lc+6 o，M A r L A B 优化，E x c e I，自动化技术A b s 帆a c t汽车制动系统性能分析及优化设计A b s t r a c tT h ev e l l i c l eb r a k i n gs y s t e mi sa b l et or e d u c et h es p e e de V e ns t o pt 量l ev e h i c l e，a 1 1 da l s ok e 印m ev e h i c l et oas t a t i cs t a t e A sar e s u l t，t h eb r a k i n gs y s t e mi so n eo fm em o s ti m p o r t a n te l e m e n t st 0g u a r 趾t e et h eV e h i c l es a f I e 坝a sw e Ua st h ep a r k i n gr e l i a K l i 够F i r s to fa l l，t 1 1 i sp a p e ra 砌y z e sn l eb a S i ct h e o r i e sa b o u t 也ep e I f o r m a I l c e so fm eb r a k e i n gs y s t e m 甜s ot h eb r a k i n gd e V i c e sa l l dt h e ne s t a b l i s h e sm e i ra c c u r a t em a：m e m a t i cm o d e I s B e s i d e s，o p t i m i z e st I l ed i s t r i b u t i o n so ft h eb r a 虹n gf o r C e s，a n de s t 2 l b l i s h e st h eo p t i m i z i n go b j e c t i v e c t i o nb yt 1 1 eu t i l i z a t i o nc o e m c i e n t so fa d h e s i o no ft I l e 舶n ta)【l ea n dr e a ra)(1 e，觚dm e nb u i l d sm eo p t i m i z i n gm o d e l so ft h ep r o p o n i o n a lv a J V ea I l dt h el o a d i r 培s e n s i n gp r o p o r t i o I l i n gV a l V e S e c o n d l y，o nt h eb a S i co ft h em e o r i e sa b o v e，u s i n gO O Pl a l l g u a g e s 砌C+6 0d e s i g nm eS 0 f t l a 舱f o rt h eb r a k i n gs y s t e m D e s i g na 1 1t h er e l a t I 耐c a l c u l a t i n gi t e m sw i t hc l a s s e s，a I l dm e nu s i I l gD L Lt e c l l I l o l o g yd e s i 驴a l lt l l ec a l c u l a t i n g 胁c t i o I l sf o re a c hc l a s s M e a I l w l l i l e，d e s i 鲁1 j sa 行i e n d l yo p e r a t i I 培e n V i r o n m e n tf o rt h es o R w a r ea c c o r d i l l gt oi t s缸e 偷c e，m ed a t ai n p u ts y s t e ma n dt h eV i s 训i z a t i o n T h e n，谢t hm eh e l po fm ec o m b i n e dp r o 舒舭1 I I l i n go f s u a lC+锄dM A T L A B，r e a l i Z e sm eo p t i m i z a t i o nd e s i 印e di I lt h i ss o m V a r e A l s oI n t e 伊a t em eE x c e la u t o m a t i o nt e c h n o l o g y 孤do u t p u ta l lt h ed a：t at oE x c e la n dd r a wt h er e l a t e dc u r v e sa u t o m a t i c a l l ya n dr e a l i z e st l l e 丘m c t i o n So fm es a V i n ga n dp r 硫i I 玛f o rt h es o R w a r e A tt h el a s t，b a S e do nt h es o R w a r e，a 1 1 a l y z et h ep e r f o 衄a n c e sa n do p t i m i z a t i o n so fal i g h tv e h i c l eb r a k i n gs y s t e m A n dt h er e s u l ts h o w st h a t，t h eV e h i c l eb r a k i n gs y s t e mp e r f o H n a n c e sw e Ua I l dt h er e s u ho fm eo p t i m i z a t i o n si sr e a s o m b l e M e a n w h i l e，t h eo p e r a t i o no ft h es o R w a r ei ss i m p l ea I l dc o I e n i e n t，a I l dt h ec a I c u l a t i n gr e s u h sa r ea c c u r a t e锄dm l f i l l e dt h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s K e yw o r d：B 冰i n gS y s t e m，s u a lC+6 O，o p t i m i 蒯o n，M A T L A B，E x c e l，A u t o m a t i o n1 e c h n o l o g yI I参数清单汽车制动系统件能分析及优化设计V I参数清单形整车载荷(埏)；、既汽车前、后轴静载荷(蚝)；、汽车前、后动载荷(蚝)；三汽车轴距(m)；日汽车质心高度(m)；口、6 汽车前、后轴距质心间距(m)：B，、耳汽车前、后轴制动力(N)；尸，、e 前、后轮缸制动压力(P a)；岛、o 前、后制动轮缸压力损失(P a)；巾路面附着系数；巾，、巾，前、后轴利用附着系数；g 重力加速度(9 8 州s 2)；口，制动减速度(n 以2)；口扩口，前、后轴制动减速度(I“s 2)；z 制动强度；如、置，前后车轮滚动半径(m)；彪明r、雎F】，前、后制动器效能因数；D，、4 前、后制动轮缸直径(m)；，、，前、后轮缸组数；如、咒，前、后制动其有效作用半径(m)；砸用功驻车制动器效能因数；R 口6，驻车制动器有效作用半径(m)；E 制动手柄操纵力(N)；制动手柄无效操纵力(N)；1 1 面驻车制动系统机械效率；制动手柄传动比；吃主缸直径(m)；硕：论文汽车制动系统性能分析及优化设计l 绪论1 1 研究背景汽车作为陆地上的现代重要交通工具，由许多保证其使用性能的犬部件，即所谓的“总成”组成，制动系统就是其中一个重要的总成I l I。汽车制动系统可以使行驶中的汽车减速，也可以使汽车在停车后保持原地不动。因此，制动系统对j 二保证汽车行驶的安伞性以及停车的可靠性起着至关重要的作用。如今，随着我国国民经济的迅速发展，高速公路路网的不断扩张，汽车的行驶车速逐步提升，车流密度的日益增大，人们在享受汽车带来巨大经济效益的同时，另一方面也承受着因为汽车交通事故而导致的生命财产损失。当汽车在制动时的制动距离过大或者失去了方向稳定性而发生甩尾等现象，极易导致严重的交通事故。据有关资料显示，在由于车辆本身问题而造成的交通事故中，由f 制动系统故障引起的交通事故所占比例高达4 5【2】。凶此，对汽车制动系统的匹配设计必须引起广大汽车生产厂家的足够重视。传统的汽车制动系统设计内容主要分为两大部分：一是整车制动性能分析，二是制动系统各部件总成的性能分析，这两部分往往是交叉进行的。在汽车制动系统中涉及的部件总成较多，各总成的计算方法也不尽相同，且整车的制动性能既取决于这些部件的独立性能又依赖f 各部件之间的相瓦匹配。长期以来，设计人员都足依靠手j【进行汽车制动性能的设计计算，这不仪效率低下而且极易出现人为因素而导致的错误。为了改善设计人员的r 作状况，提高设计效率，缩短新产品开发周期、提高工作结果的直观性，有必要借助于计算机辅助工具开发研制汽车制动系统设计计算软件，在设计的初级阶段对汽车的制动性能、汽车制动系统的重要参数进行准确的计算分析。自改革开放以来，随着人们生活水平的提高，市场对汽车的需求日益增长。国外各大汽车公司纷纷在我国内地投资建厂，与我围几大汽车生产公司通力合作，带领我国汽车产业进入了一个蓬勃发展的春天，汽车行业已经成为了我围国民经济的重要支柱产业之一。但同时，由r 我因汽车产业起步较晚、水平较低，更多的是引入零部件生产线而缺少关键的核心技术，我国汽车行业自主开发与自行设计的能力与国外汽车发达国家相比仍有很人差距。1 2 国内外研究现状国外的汽车设计研究领域早在上世纪6 0 年代引入了计算机之后，形成了计算机ll 绪论硕：论文辅助设计等一系列创新设计方法，并从7 0 年代开始得到了飞速发展。各种计算机辅助设计和仿真软件的大量使用逐渐取代了在汽车行业中传统的“图板十计算器”设计模式，很大程度E 缩短了汽车的开发周期，降低了汽车产业的生产成本，提高了汽车企业的综合竞争力。在所有汽乍设计开发的计算机辅助设计软件中，计算与分析系统具有重要的一席之地。例如早年美国福特汽车公司使用的生产流程分析、零部件库存管理争家系统，1 9 8 9 年丰田汽车公司应用的车身结构设计系统。从九十年代开始，国外针对汽车制动系统不断的进行相关的软件开发，如1 9 9 3 年日本五十铃汽车公司开发了一套小型汽车制动系统的专家系统，能够进行制动性能的推理与设计。日l i f，国外不仅研发了各种部件总成的争家系统，还涉及了汽车整车制动专家系统的开发。近年来，国内学者针对汽车制动系统软件的开发做了不少相关的研究工作。1 9 9 9年重庆大学汽车学院的舒红【3 l 采用V C+5 O 开发了一套汽车制动系统设计计算软件，软件实现了制动系统基本的计算内容，包括制动器效能因数、轴间制动力分配、制动性能预测以及制动系统驱动结构的计算。2 0 0 1 年南京理工大学的王良模f 4 5 J 教授基于v B 6 0 程序设计语言针对液压制动系统建它了汽车制动试验的数据采集系统，开发了一套设计分析软件。2 0 0 3 年合肥工业大学孟树兴【6 J 在汽车轴问制动力分配优化设计与制动性能计算仿真研究一文中，建立了各类制动力调节装置的数学模型以及制动性能计算机仿真数学模璎，在此基础上开发了一套制动汽车制动力分配优化与制动性能计算机仿真软件。吉林大学的方泳龙教授针对汽车制动的争家系统做了深入研究，建立了制动系统专家知识库和推理机，利用界面歼发工具C J l i b 删哆1 7 J，设计类似于O u t l o o k 风格的人机界面。总的来说，由于我国汽车产业起步较晚、水平较低，我国自主开发的制动系统设计与分析软件依然处于处于初级阶段，还没有能够达到完整的专家系统的计算与分析，且有待进一步的研究。因此在我国发展汽车制动计算与分析软件对于振兴民族汽车工业，发展国民经济至关霞要瞵J。1 3 汽车制动系统概述1 3 1 汽车制动技术的发展p 1 顾汽车制动技术的发展历史，主要经历了三个阶段【9】。第一个阶段足机械式制动，这个阶段汽牟的主要特点是质鼍小、速度慢，对制动力要求不高，依靠纯机械式制动系统便足以满足制动要求。第二个阶段足压力制动，包括了液压制动和广毛压制动，这个时期的t 要特点是汽车质量越来越大，速度越来越快，对制动系统的要求也越来越高，所以必须借助于相关的助力器装置，通过制动液或者气体传递制动压力。在此阶段还出现了电子制动系统如A B S 等。制动系统的第三个阶段是线控阶段，大约从2硕士论文汽车制动系统性能分析及优化设计本世纪开始逐步发展，这个阶段的主要特点是汽车的制动系统完全依赖于电力进行传递，使得汽车的制动系统越来越智能化。因此，汽车制动技术和制动器产品将会是未来汽车电子技术应用领域中的重要发展目标。1 3 2 制动系统的组成与分类制动系统是由制动器和制动驱动机构组成【l0。其中制动器是基于材料的摩擦理论而产生阻碍车轮运动或者运动趋势的力的部件，有鼓式和盘式之分。制动系统的控制机构是为了提供汽车所需的制动力而进行供能、控制、传动、调节制动能量的部件，具体包括了助力器、制动踏板、制动主缸、制动轮缸、压力调节阀等。典型的液压制动系统组成如图1 3 1 所示1 一前制动盘，2 前制动盘总成，3 右前制动管路，4 制动主缸，5 压力调节阀，6 左前制动赶路，7 制度真空助力器，8 一驻车制动操纵杆，9 一后制动管路，1 0 驻车制动拉丝，1 1 一后制动器总成图1-3 1 制动系统基本结构组成制动系统按照制动能量传输方式，可分为：机械式、液压式、气压式、电磁式。按照制动系统的功用，又可分为：行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统以及辅助制动系统。汽车制动系统至少配备两套独立的制动装置，即行车制动系统和驻车制动系统【l l】。行车制动用于在汽车行驶过程中，强制性的减速或者停车，并且使汽车在下坡时能够保持适当的车速；驻车制动系统用于使汽车能够可靠且无时间限制的停驻在某个位置甚至斜坡上，为了避免发生潜在的故障，驻车制动系统一般采用机械式驱动机构。l 绪论硕士论文1 3 3 制动系统的基本工作原理制动系统基本工作原理可以用图1 3 2 所示的简单的液压制动系统工作原理示意图来说明。在汽车行驶过程中，当驾驶员踩下制动踏板时，通过主缸推杆推动主缸活塞，使得制动主缸内部的制动液在一定的压力作用下流入制动轮缸，制动轮缸内部的液压迫使摩制动器的擦衬片与制动盘接触，从而产生一个阻碍车轮旋转的摩擦力矩，同时在车轮与路面的附着力作用下，产生了阻碍车轮运动的外力，此外力称之为地面制动力。车轮在制动器与路面的双重作用下，最终使得汽车减速甚至停车。制动踏板制动盘图1 3 2 液压制动系统_ 作原理示意图1 3 4 汽车制动性能评价汽车的制动性能主要从以下三个方面进行评价【1 2】：(1)制动效能汽车的制动效能是指汽车迅速减速直至停车的能力，主要的评价指标是汽车的制动距离和制动减速度。制动距离将直接影响到汽车行驶的安全性，同时制动距离又取决于制动减速度，所以对汽车制动系统设计的关键是在路面附着条件下，尽可能的提高汽车的制动减速度。(2)制动效能的恒定性制动效能的恒定性是指汽车在高速行驶或者长时间连续制动的情况下，制动效能保持的程度，主要表现在制动器的抗热率性和抗水衰性。制动器在制动过程中，由于摩擦作用温度将升高，在长时间的高温下，制动器的摩擦力矩通常会显著的下降；汽车在涉水行驶时，水进入了制动器后，短时间内制动器的效能也会发生显著的降低。(3)制动时的方向稳定性制动时的方向稳定性是指汽车在制动过程中，不发生制动跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。汽车制动时的方向稳定性与汽车前、后轴间制动力分配有着密切的关4硕卜论文汽车制动系统性能分析及优化设计系，因此在进行制动系统设计时，对制动力要进行合理分配，应尽量避免后轮比前轮先抱死的工况发生。1 4 本文主要研究内容本课题来源f 江苏省产学研前瞻性联合研究项目，基于砌C+开发平台对汽车制动系统进行软件设计。针对南京依维柯汽车有限公司所开发的某轻型汽车，应用所厅发的软件对其制动系统进行性能分析与优化设计。本文首先针对汽车制动性能与制动系统各部件总成进行了相关研究与分析，并对汽车前、后轴间制动力分配进行了优化设计。在此理论基础上，通过M i c r o s o j f I 公司开发的s u a lC+面向对象程序设计语占对制动系统进行了软件设计，最后利用所设计的软件对某轻型汽车的制动系统进行制动性能分析与优化。全文主要研究内容具体有几下几点：(1)首先针对汽车的制动性能及各部件总成进行相关的理论分析，其中针对感载阀的动、静特性进行了深入的研究，详细介绍了感载阀机构的调整原理，并求解出了感载阀动、静特性的数学模型。其次，对汽车轴间制动力分配进行了优化设计，以前、后轴利用附着系数构造了优化目标函数，提出了约束条件，并针对比例阀和感载阀分别建立了各自的优化模型。(2)根据所建立的制动系统相关数学模型，基于s u a lC+6 O 面向对象程序设计语占，开发制动系统性能分析与优化软件。首先，利用s 砌C+对制动系统进行模块化设计，设计了软件的基本组成框架及对应的各计算项日，通过s u a lC+中的类对各计算项目进行封装；再利用动态链接库(D L L)技术对各计算项目中的所有计算函数进行了封装。其次，对软件进行可视化设计，分别设计了软件的界面、数据输入机制以及可视化输出。再次，利用M A T L A B 中的o c n 优化函数求解汽车轴间制动力分配的优化问题，通过M A T L A B 引擎实现了M A T L A B 与s u a lC+的混合编程，使得在V s i a u lC+应用程序中能够调用M A T L A B 的优化功能。最后，基于E x c e l自动化技术，将软件运行的结果数据传输至E x c e l 中并自动绘制曲线，以实现软件的报表输出功能。(3)针对某轻型汽车，利用本文所设计的软件，对其制动系统的部件总成以及制动性能进行了分析与评价，并且针对该车制动系统中的感载阀装置进行了优化设计。52 汽车制动r 能分析及制动系统关键部件总成的计算硕卜论文2 汽车制动性能分析及制动系统关键部件总成的计算2 1 汽车制动性能分析2 L l 理想制动力分配理想制动力分配曲线是分析汽车制动性能以及判断实际制动力分配是否合理的重要依据。在分析汽车制动时的受力情况时，首先需要做以下几个假设：将整车视为一刚体，忽略制动时的滚动阻力、空气阻力、旋转质量减速时产生的惯性力以及忽略汽车制动时边滚边滑的过程，即假设路面附着系数为一个定值。整车受力如图2 1 1所示。6障弓仁，怫一訇峰叫I 哆+嘭=巾唿 够=巾gI 缉=巾g根据地面总制动力为B+缉=肜口，因此前、(2 2)后车轮同时抱死的情况下有(2 3)卜华(何)亿4，。k 半(叫)硕：论文汽车制动系统性能分析及优化设计2 1 2 理想制动压力分配在汽车制动过程中，车轮将同时受到制动器摩擦力矩和路面摩擦力矩的作用。其中制动器施加至车轮的力矩称之为制动器输入力矩，路面施加给车轮的力矩称之为制动器的输出力矩。在制动系统中，引入了制动器效能因数(B r a k eE f f e c t i V eF a c t o r，即 B E F】)的概念，定义为：嘲=粼糕2 一亿5，式中：B 车轮受地面作用的制动力(N)；足车轮滚动半径(m)；D 轮缸直径(m)；P 轮缸制动压力(P a)；只轮缸压力损失(P a)；思制动器有效半径(m)。制动器的效能因数是表征制动器性能的重要参数，与实际制动器的种类和结构有关，具体计算方法将在后文中详细给出。根据式(2 5)可以得出前、后车轮制动压力的计算表达式：令：在本文中称K，、群为制动力的转换系数，则式(2 6)可简写成：佐篙鬻亿8，【e=巧耳+B、。由上式可以看出，制动压力与制动力之间呈线性关系。2 1 3 实际制动压力分配汽车在实际制动过程中，应合理的进行前、后轴制动力的分配，避免发生后轴先一一一一一一乃至峨2 汽车制动性能分析及制动系统关键部件总成的计算硕f j 论文抱死的危险工况，同时还应尽b J 能的充分利用路面附着条件，产生尽可能大的制动强度。对具有固定比值的前、后制动力的制动系统来说，实际制动力分配曲线与理想制动力分配曲线偏离较大，附着效率低，并且前、后轮都有可能发生凶抱死拖滑而导致的危险工况。在现代汽车E，均装有比例阀或感载阀等液压调节装置，来改变前、后制动压力的分配，进而获得合理的制动力分配，使之更接近于理想制动力分配衄线，能够最大限度的利用地面附着系数并满足制动法规。本小结将针对无液压调节阀、比例阀和感载阀的二三种实际情况F 的液压分配进行讨论。2 1 3 1 无液压调节装置当制动p l 路中没有压力调节阀时，从制动主缸输出至前、后制动轮缸的液压相等。即P，=e(2 9)2 1 3 2 比例阀比例阀(办称为P 阀)，一般串联在制动回路的后促动管路中。其特性曲线如图2 1 2所示，其中折点压力P I 和比例系数t a n 0 决定了比例阀特性曲线的形状，是比例阀的两个重要特征参数。在制动系统中使用比例阀时，应当选择具有的合理P，t a n 0 的比例阀，使其特性曲线更接近于理想制动压力曲线。比例阀的输入与输出表达式为I=化乞)I=(一乞)t a l l e+e(e)、7O恐班糟懈聪图2 1 2 比例阀特性曲线2 1 3 3 感载阀O珊耘巧搬张精懈张图2 1 3 感载阀特性曲线感载阀足现代汽车中运用较多的一种压力调节阀，其最显著的特性是能够根据实际载荷动态的分配前、后制动力比值，使之更接近于理想制动力分配。因此，在载倚变化较人的汽车E 运用较多。其特性曲线如图2 1 3 所示。其中矗，只。分别为空、满载时对应的折点压力，折点压力后的曲线斜率t a n 0 称之为感载比。其中感载比由感载阀内部结构决定，而折点压力与实际载荷密切有关，是一个变化量。若已知感载阀宅、满载时的折点压力厶、只。和感载比t a n 0，则可得出感载阀输入与输出表达式：R硕仁论文汽车制动系统性能分析及优化设计空载：满载：=C只=(一&)t a I l o+厶=(只一厶)t a I l o+化&)(厶)(只 厶)(厶)(2 1 1)(2 1 2)2 1 4 实际制动力分配汽车在实际制动力的作用下，将产生制动减速度，以及相应的制动强度、路面利用附着系数。本文实际制动力分配的主要内容将讨论包括实际制动力、制动减速度、制动强度以及路面利用附着系数的计算方法。2 1 4 1 实际制动力根据实际制动压力尸r、e，结合式(2 6)，可以计算出实际制动力B，、B：驴一睁钏亿。3，牡趟警坠睁蹦I 哆=古(弓一弓)t 毋：矗蹦Q 1 4 q：掣(2 1 5)善6，9，1LrC【2 汽午制动性能分析及制动系统关键部件总成的计算硕士论文汽车在制动过程中，产生的制动强度，可以表示为：IB，+母口，z=二七一2 上(2 1 7)唿g、。制动强度z 是一个无量纲的数值，也称之为相对减速度或者制动率。根据地面附着条件，最人地面制动力民缸=巾唿，冈此最大制动强度为磊嫩=巾2 1 4 3 利用附着系数利用附着系数，即前面提到的咖，是汽车在制动过程中路面所提供的可以利用的附着系数。汽车制动强度z 总是小于或者等于利用附着系数的。在汽车的制动过程中，希望汽车的制动强度z 尽可能的接近利用附着系数巾，使得地面的附着条件发挥得越加充分，汽车的制动力分配也愈加合理，最理想的情况是制动强度等于利用附着系数(z=巾)，此时前、后车轮将同时抱死，也就是理想制动力分配情况。所以，通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线来描述汽车制动力分配的合理性，也即后文将要(2 1 8)2 1 5 驻车制动驻车制动系统是使汽车可靠的且无时间限制的停驻在某个位置，足独立于行车制动的一1 套系统。为了避免可能出现的故障，驻车系统一般采用机械式驱动机构，而不采用液压或者气压驱动机构。2 1 5 1 极限驻车能力(1)上坡极限驻车能力汽车静止在E 坡路面卜的受力情况如图2 1 4 所示，对前轮接地点取力矩，可得：矿=耽c o s e+掰s i n e又有：l O冈此，可以得出孥生啊生=以机轴轴一刚后：rJ、L为义。定线数曲系价着评附的用规利法轴动后制、的前到提硕仁论文汽车制动系统性能分析及优化设计里伽2 磊由(2 1 9)图2 1 4 汽乍上坡驻车不意图(2)下坡极限驻牟能力分析方法与F 坡驻能力相同，可以得出t t。t a l l 0：旺(2 2 0)竺+H巾式中，0 为下坡时斜坡角度。由式(2 1 9)、(2 2 0)可知，汽车的极限驻车能力取决于整车的布置以及路面附着条件，表明了汽车静止时所能达到的最大坡度，且上坡驻车极限驻车能力大于下坡极限驻牟能力。2 5 1 2 实际驻车制动力在汽车驻车性能试验中，针对不同种类的乍辆对其所能停驻的坡度以及驻车控制力大小提出了明确的要求1 4 1。因此在分析汽车驻车性能时，一方面要计算驻车控制力与实际驻车制动力的关系，另一方面也要验证实际驻牟制动力是否能够满足实际坡度下的驻车要求。汽车驻牟系统通常有以下两种布置形式：车轮驻车制动系统以及中央驻车制动系统。(1)车轮驻车制动系统车轮驻车制动力计算方法如F：型翌笔乎型螋(吒一)(2 2 1)1 式中：C o s 却2)称之为拉杆张角。(2)中央驻车制动系统中央驻牟制动力计算方法如F：鬯学(吒一E)(2 2 2)2 汽车制动性能分析及制动系统关键部件总成的计算硕L 论文式中，乇为主减速器减速比。在汽车停驻在坡度为0【的斜坡：时，当f 既形s i n(驻车成功，车辆能够保持静止)l 既 巾，)，且满足由f z+o 0 7)o 8 5；制动强度z=o 3 o 4 5 时间，后轴利用附着系数曲线不超过币=z+O 0 5 条件下，允许后轴利用附着系数在前轴利用附着系数曲线的上方。(2)N l 类车辆对fN 1 类车辆，E C E 制动法规有如下规定：制动强度z=0 1 O 6 l 之间，前、后轴的利用附着系数满足巾(z+o 0 7)o 8 5；当制动强度z=o 1 5 o 3 之间时，前、后轴的利用附着系数满足由z 一0 0 8；当制动强度z=0 3 O 5 之间时，前、后轴的利用附着系数满足由z+0 0 8；当制动强度z=O 5 O 6 l 之间时，前、后轴的利用附着系数满足耷(z o 2 1)o 5。(3)M l、N l 以外类型的车辆对FM l、N l 类犁以外的车辆，在E C E R _ 1 3 中规定：制动强度z=0 1 O 6 l 之间时，利用附着系数与制动强度之间满足巾(z+o 0 7)o 8 5；制动强度z=o 1 5 o 3之间时，前、后轴利用附着系数满足由z 一0 0 8；制动强度z=O 3 0 6 l 之间时，前、后轴利用附着系数满足巾(z o 0 2)o 7 4。2 1 6 2G B 制动法规在中华人民共和围困家标准汽车制动系统结构、性能和试验方法G B 1 2 6 7 6 1 9 9 9 中，规定了M、N、O 类机动车制动法规。在2 0 0 8 年，又单独针对M l 类乘用车发布了G B 2 1 6 7 0 2 0 0 8 制动法规。(1)M 1 类车辆【1 7 11 2硕t：论文汽节制动系统性能分析及优化设计根据G B 2 1 6 7 0 2 0 0 8 中的规定：对FM 1 类车辆，在所有载衙状态F，当制动强度z=O 1 5 0 8 0 时，后轴附着利用系数曲线不应位于前轴七方；当附着系数巾=0 1 O 8 0 时，制动强度z 0 1+O 7(巾一O 2)。作为生产一致性检查时的替代要求，当制动强度z=O 1 5 O 8 0 时，后轴曲线应位于直线z=O 呻以下。(2)N l 车辆【博1根据G B 1 2 6 7 6 1 9 9 9 中对于N l 类车辆的规定：制动强度z=O 1 5 O 3 0 时，各轴的利用附着系数曲线位于直线巾=z+O 0 8 和巾=z 一0 0 8 之间，其中后轴利用附着系数曲线允许与直线由=z 一0 0 8 相交；制动强度z=O 3 0 O 5 0 时，各轴的利用附着系数曲线应满足巾z+0 0 8；制动强度z=0 5 0 一0 6 l 时，各轴的利用附着系数满足巾(z+o 2 1)o 5；制动强度z=o 1 o 6 1 时，满足巾(z+o 0 7)o 8 5(3)除M l、N l 类型以外车辆根据G B 1 2 6 7 6 一1 9 9 9 中对于除了M l、N l 类外的其他类别牟辆的规定：制动强度z=0 1 5 0 3 时，各轴的利用附着系数位于巾=z 0 0 8 确定的两条利用附着系数曲线之间；制动强度z=o 3 o 6 l 时，各轴的利用附着系数曲线满足巾(z o 0 2)o 7 4；制动强度z=o 1 o 6 1 时，各轴的利用附着系数满足巾(z+o 0 7)o 8 5。2 2 制动部件总成性能分析与计算2 2 1 制动踏板机构制动踏板是一个杠杆机构，在分析制动踏板机构时，主要考虑踏板机构的传动比是否满足整车制动力的要求，以及踏板行程是否满足驾驶室的空间布置要求。2 2 1 1 踏板力计算驾驶员施加给踏板力的输入力为(N)，杠杆机构的传动比为K p，则踏板输出力瓦(N)为：=K p(2 2 3)2 2 1 2 踏板行程计算制动踏板的行程是制动系统设计中的一个鼋要变量，要充分考虑驾驶窀的空间布置。计算踏板行程所涉及的参数也较多。=K p(+6 肌l+6。1)(2 2 4)式中：瓯制动主缸活塞行程(m m)；6。制动蔓缸中推杆与活塞间隙，一般取1 5 m m 2 n u n；6。制动主缸与活塞空行程(m m)。2 2 2 真空助力器总成在现代汽车中，真空助力器往往和制动t 缸一起形成真空助力器总成给车型配2 汽车制动性能分析及制动系统关键部件总成的计算硕t 论文套。2 2 2 1 真空助力器基本结构及工作原理真空助力器是基于“差压原理”以弥补驾驶员施加在制动踏板E 的力的部件，位于制动踏板与制动主缸之间。基本结构如图2 2 1 所示，真窄助力器的输入力等于制动踏板的输出力；其输出端与制动手缸相连，作为制动主缸的输入力。A 腔B 腔(b)(c)(d)1 真空阀；2 宅气阀；3 膜片；4 制动t 缸推杆；5 一控制阀推杆；6 阀叫位弹簧；7 阀座弹簧图2 2 1 真空助力器结构图(1)真空助力器不j【作，如图2 2 1(b)所示。此时宅广e 阀2 关闭，真空阀l 打开，连接A 腔和B 腔的通道C 和D 相连通，此时A 腔和B 腔的真窄度相同。(2)真空助力器开始工作，如图2 2 1(c)所示。此时，驾驶员踩下制动踏板，使得控制阀推杆的右移，C 通道被真窄阀1 关闭，使得A 腔与B 腔隔绝。随着制动踏板力的增加，克服了真空助力器内部的回位弹簧力与阀座弹簧力之后，随着控制阀推杆5 的继续右移，空气阀被打开，外界空卢e 经过通道D 进入B 腔，此时由B 腔与A腔产生的压力差，推动膜片3 并通过制动手缸推杆4 推动主缸活塞进行制动。(3)真窄助力器平衡状态，如图2 2 1(d)所示，此时窄气阀和真空阀都处于关闭状态，各种推杆推力、回位弹簧力、A 腔B 腔的压力都处于平衡状态，此时推杆输出力乃保持不变。1 4硕L 论文汽车制动系统忤能分析及优化设汁2 2 2 2 真空助力器输入输出特性驾驶员开始踩下制动踏板推动助力器，在空气阀被打开之前，真窄助力器输出力为零。当克服了弹簧力之后打开了空气阀，此时输出力将会突然从零上升到某个值，将此值称之为跳跃力，如图2 2 2 所示的F，其计算公式为E=岛l+乓矿2 一晶(2 2 5)式中：最矿，阀座弹簧力(N)；最矿，阀回位弹簧力(N)；窄气阀面积(m 2)；晶一真窄压力(P a)，其中晶=乞竽一是真窄度。晶真窄压力(P a)，其中晶=二号兰竺，尸，是真窄度。空气阀打开之后，真空助力器开始工作。此时，真窄助力器的输出力与输入力的比值称之为真空助力器的助力比。当真空真空助力器达到满负荷工作时，与之对应的输入力瓦称为最大助力点，也即满负荷点。此后真空助力器的输入与输出同步增长。真空助力器的输入输出特性和与之匹配的主缸类型有关，当真窄助力器与短型t 缸匹配时，真空助力器直接推动主缸；而与普通型t 缸匹配时，真空助力器利用其推杆推动主缸。因此在分析其输如输出特性时，必须分情况讨论。有真空助力时，真空助力器的最大助力点为已：垒竺【二2 望二!孚：竺!兰二竺兰(短型主缸)“K lV“一7(2 2 6)E。：墨竺L 兰立!曼竺掣二墨型(普通型t 缸)“K 一1”一一。式中：4 膜片有效面积(n 1 2)5矾主缸推杆断面面积(m 2)；只。回位弹簧力(N)；只控制阀滑动阻力(N)；F。跳跃力对应的输出力(N)，由实验测得；K 真空助力器助力比。根据真窄助力器的相关试验参数结合式(2 2 5)、(2 2 6)可以计算出表征真窄助力器输入输出特性的特征参数。基f 这螳特征参数，绘制出输入输出特性曲线，进而可以得出真空助力器输入与输出表达式：o(F )+K(E 一巧)(乞巧艺)(2 2 7)+巧一(瓦 C)1 52 汽车制动性能分析及制动系统关键部件总成的计算硕b 论文无真空眈髂羔以譬涮聊O州O(2 2 8)图2 2 2 真空助力器输入输出特性图2 2 3 真宅助力器输入一制动主缸输出特性2 2 2 3 真宅助力器输入与主缸输出特性真空助力器作用到制动t 缸产生的压力为：4F耻卷Q 2 9)将上式带入式(2 2 7)、(2 2 8)，可以得出如图2 2 3 所示的真空助力器输入与乇缸输出特性曲线以及计算表达式：有真空助力：=O(巧 F v)=弓+兰竺二奚 旷。F 吒，c 2 3。，艺=弓+掣i“)1 只=o(E 当实际后轴载荷大于调整载荷时，扭杆将与感载阀滑阀活塞接触，感载