小型客车制动力分配比分析与优化.doc

本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） 题题 目：目： 小型客车制动力分配比分析与优化小型客车制动力分配比分析与优化 专业代码：专业代码： 机械设计制造及其自动化（机械设计制造及其自动化（080301080301） 作者姓名：作者姓名： 陈陈 哲哲 学学 号：号： 20082037392008203739 单单 位：位： 汽车与交通工程学院汽车与交通工程学院 指导教师：指导教师： 楚晓华楚晓华 20122012 年年 5 5 月月 2020 日日 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下， 独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名： 日期 指 导 教 师 签 名： 日期 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） i 摘摘 要要 汽车的制动性直接关系到交通安全。因此，改善汽车的制动性，成为了汽车 设计制造和使用部门的重要任务。由于我国车辆种类繁多，为使本篇论文更有针 对性，能够从一定程度上解决实际问题，所以只研究讨论了应用较为广泛的小型 客车。 本文对汽车制动系统进行了全面的、系统的理论分析，在深入研究制动系统 设计要求、制动性能的评价指标以及有关制动法规的基础上，在 MATLAB 环境 下绘制了制动力分配曲线，通过对该曲线进一步研究分析，从而优化变量、设计 确定目标函数、计算约束条件。 最后，本文结合小型客车实例对汽车制动力分配进行优化与制动性能计算， 并最终得出结论。 关键词关键词：小型客车，制动系统，制动力分配曲线 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） ii Abstract The cars braking is directly related to traffic safety. Therefore, to improve the braking of the car has become the automotive design and manufacturing and use of the important task of the department. A wide range of Chinas vehicle to make this paper more focused, to a certain extent to solve practical problems, so the only research and discussion is widely used mini-van. Automotive Brake Systems to conduct a comprehensive, systematic theoretical analysis, in-depth study of the braking system design requirements, evaluation of braking performance and brake regulations on the basis of the brake force distribution curve drawn in the MATLAB environment , further research and analysis of the curve, in order to optimize the variable, the design objective function to calculate the constraints. Finally, this paper minibuses instance to optimize the braking force distribution and brake performance computing, and finally concluded. Keywords: minivans, braking systems, brake-force distribution curve 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） I 目目 录录 1 1 绪绪 论论1 1 1.1 国内小型客车制动系统研究现状1 1.2 本篇论文的主要内容以及需要解决的主要问题2 2 2 制动力的理论分析制动力的理论分析3 3 2.1 制动系统设计要求 .3 2.2 制动性能评价指标 .5 2.3 制动力的合理分配 .6 2.4 制动力分配系数的确定 .8 3 3 MATLABMATLAB 环境下的制动力分配曲线及优化环境下的制动力分配曲线及优化 1111 3.1 理想状态下的制动力分配曲线.11 3.2 制动力分配优化 12 3.3 实例分析 14 4 4 总总 结结1616 参考文献参考文献1717 附附 录录1818 致致 谢谢1919 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 1 小型客车制动力分配比分析与优化小型客车制动力分配比分析与优化 1 绪绪 论论 1.1 国内小型客车制动系统研究现状国内小型客车制动系统研究现状 随着国民经济的快速发展, 道路条件得到不断改善, 高速公路与日俱增, 汽 车速度得到普遍提高, 与此同时，货车和客车向大型化发展, 其最大质量也有不 同程度的增加。但汽车作为交通运输工具，应在保证安全行驶的前提下，提高平 均行驶车速，以提高运输生产率1。同时在需要时，应能实现车辆的减速或停车， 以及能够使停驶的车辆可靠地停住在原地不动。近年来由于汽车保有量的迅速增 长( 超过 4000 万辆), 交通事故频繁发生，汽车的安全性能受到普遍重视。汽 车的制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长，紧急制动 时发生侧滑情况有关。因此，改善汽车的制动性，成为了汽车设计制造和使用部 门的重要任务。 制动系的功用是根据需要使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽 车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动。我国车辆种类繁多，为使 本篇论文更有针对性，能够从一定程度上解决实际问题，所以只研究讨论了应 用较为广泛的小型客车。因为小型客车对主动安全性的要求要远甚于普通车辆 ,它 关系到全体乘客十几位的生命安全。即小型客车的制动系统在小型客车的安全 体系中占到了极其重要的位置，在小型客车交通事故中,制动性因素对乘员受伤 严重程度也起着至关重要的作用。 当今交通状况对制动系统提出了更加苛刻的要求，促使它做出相应改进。众 多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。为了吸收高速 制动时的汽车动能，出现了以热效能较稳定的钳盘式制动器取代传统的鼓式制动 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 2 器的趋势；为了产生足够的地面制动力并减轻操作强度，逐步淘汰了人力制动， 代之以伺服制动和动力制动；为了进一步提高制动系统的可靠性，在行车和驻车 制动系之外增设了应急制动系；为了提高制动时的方向稳定性，出现了限压阀、 比例阀、感载阀、惯性阀等制动力调节装置，以使实际制动力分配特性尽可能接 近理想特性；随着电子技术的发展，电子控制制动防抱死系ABS(Antilock Braking System)的发展成为可能，ABS能有效地防止制动时车轮抱死，从而提高 制动方向稳定性并缩短制动距离2。 国内的小型客车产品在制动系统方面还不能完全满足不同路面条件，不同载 荷条件下也不能完全满足国际制动安全法规。在此状况下，为了更好地提高小型 客车的制动性能，并在技术要求、试验项目和试验方法等方面能尽快地与国际先 进标准接轨，本文将重点按照 ECE/EEC 制动法规中对客车制动性能的要求，结 合我国客车制动标准，采用优化设计方法，结合某装有恒定制动力分配比的制动 系统的国产小型客车, 对其制动力分配比进行了优化设计。在现有的小型客车的 实例数据的基础上，建立制动力分析系统模型，并对模型进行计算，研究分析小 型客车在空载和满载两种极限状况下的制动力分配状况，再根据汽车理论关于制 动力稳定性的描述，推断出车辆在绝大多数路面上的行驶，无论是何种装载工况 的制动力分配情况，从而进行进一步的优化计算。并提出一些较好的建议，使小 型客车制动力分配在适用范围内达到最优化，使制动性能满足先进国家的法规要 求。 1.21.2 本篇论文的主要内容以及需要解决的主要问题本篇论文的主要内容以及需要解决的主要问题 参照制动系统的研究以及我所掌握的一些汽车理论知识，本文的主要内容主 要包括以下几个部分： 1）对汽车对制动系统的设计要求以及制动性能的评价指标做出具体的明确。 建立静特性函数，包括制动力分配比初值的计算、直线制动时的最佳制动力分配 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 3 和利用附着系数和附着效率的计算等。 2）对汽车制动系统和有关制动法规进行深入研究，在此基础上，建立制动 力分配设计数学模型。从而实现汽车前、后轴制动力的优化分配，使汽车轴间制 动力分配满足我国的制动法规GB12676-1999(车制动系统结构、性能和试验方法)的 要求，提高汽车的制动稳定性。 3）通过对制动过程的研究、建立汽车制动系统数学模型和小型客车轴间制 动力分配曲线；从而进行优化变量、设计确定目标函数、计算约束条件。 4）结合小型客车实例对汽车制动力分配进行优化与制动性能计算，并最终 得出结论。 2 制动力的理论分析制动力的理论分析 2.12.1 制动系统设计要求制动系统设计要求 小型客车的制动系统与其它汽车一样，尽管具体设计各不相同，但所有制动 系统都可以分成以下几个子系统：制动能源；制动力调节系统；制动力传输系统； 制动器。由于制动系统的结构和性能直接关系到车辆、人员的安全，因此被认为 是汽车的重要安全件，受到普遍重视。在国家强制性标准 GB 1 2676一 1999汽车制动系统结构、性能和试验方法以及 GB7258一2004机动车运行 安全技术条件中，对制动系统的结构和性能都作出了严格的规定3。下面列出 对制动系统的设计要求: 一、设计目标行车制动能力 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 4 制动系统应满足如下要求： 1）能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规 定和国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和 用户要求。 2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻坡制动效能。 3）工作可靠。汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置，且它们的 制动驱动机构应是各自独立的。 4）制动效能的热稳定性好。 5）制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用使 摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。 6）制动时的操纵稳定性好。即以任何速度制动，汽车都不应当失去操纵性 和方向稳定性。 7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求，即操作方便性好， 操纵轻便，舒适，能减少疲劳。 8）作用滞后的时间要尽可能地短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制 动效能水平所需的时间(制动滞后时间)和从放开踏板至完全解除制动的时间。 9）制动时制动系噪声尽可能小，且无异常声响。 10）与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起 自行制动。 11）制动系中应有音响或光信号等警报装置以便能及时发现制动驱动机件的 故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装置。 12）能全天候使用，气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时气制 动管路不应出现结冰。 13）制动系的机件应使用寿命长、制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 5 到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。 二、制动系统设计程序 1、设计的前提条件 （1）汽车的参数 汽车的满载质量、自重以及满载和空载时的前、后轴负荷及重心高度，还有 轴距和轮胎尺寸。 （2）法规适合性 决定制动系统、构造和参数的最低要求是适合指定的法规。 根据上述两项最基本的前提条件，再加上市场的需求、使用条件、竞争性及 本公司现生产情况确定设计方向。 2、制动操纵方式和制动系统的确定 （1）研究、确定制动控制采用气压方式还是液压（真空助力、真空增压或 油气混合）方式。 （2）研究、确定制动系统的构成。 行车制动系统所采用双回路或多回路，应由那些部件构成，这些部件是现 有的还是需要选购或新设计，设计制动系统示意图。 驻车制动采用中央制动器还是作用后轮（机械操纵还是弹簧制动缸） 。 应急制动的操纵是与行车制动或驻车制动结合，还是独立操纵。 是否需要有辅助制动，采用排气制动、液力缓速器或电涡流缓速器。 （3）汽车必需制动力及其前后分配的确定。 前提条件一经确定，与前项的系统的研究、确定的同时，研究汽车必需的制 动力并把它们适当地分配到前后轴上，确定每个车轮制动器必需的制动力。此外， 还应研究、确定汽车必需的驻车制动力和应急制动力4。 （4）确定制动器制动力、摩擦片寿命及构造、参数。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 6 制动器必需制动力求出后，考虑摩擦片寿命和由轮胎尺寸等所限制的空间， 选定制动器的型式、构造和参数，绘制布置图，进行制动力制动力矩计算、摩擦 磨损计算。 （5）制动器零件设计。 零件设计、材料、强度、耐久性及装配性等的研究确定，进行工作图设计。 （6）制动操纵系统设计。 制动系操纵部件（阀类、加力器、制动气室等）的研究、选定或设计，操纵 机构设计；注意性能（操纵力和行程、制动系统静特性和动特性） 、强度、耐久 性及车辆装配性等。 （7）管路设计。 管路布置、设计。 2.22.2 制动性能评价指标制动性能评价指标 制动效能是指汽车迅速降低行驶速度直至停车的能力，是制动性能最基本的 评价指标。它是由制动力、制动减速度、制动距离和制动时间来评价的5。 汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车在 受一外力作用下迅速地降低车速至停车，这个外力称为汽车的制动力。制动器制 动力是评价汽车制动性能的最本指标之一。通过对制动力的检测，不仅可以测得 各车轮的制动力的大小，还可了解汽车前后轴制动力合理分配，以及各轴两侧轮 制动力平衡状况。若同时测得制动协调时间便能全面的检验车辆的制动性能。 制动距离与行车安全有直接关系，而且最直观。驾驶员可按预计停车地点的 来控制制动强度，故政府职能部门通常按制动距离的要制定安全法规。各国对制 动距离的定义不一致，在我国安全法中，是指在指定的道路条件下，机动车在规 定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板（或手触动制动手柄）时起至车辆 停止车辆驶过的距离（见GB7258-2003, 6.14.1.1） 。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 7 制动减速度与地面制动力及车辆总质量有关。对某一具体车辆而言，制动减 速度与地面制动力是等效的。因此也常用制动减速度作为评价制动效能的指标。 制动减速度在一次制动过程中是变化的6。当车辆制动到全部车轮抱死滑移时， 回转质量换算系数等于1，而此时可得最大减速度。通常，车辆检测时用平均减 速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，在我国的安全法中则采取充分发出 的平均减速度MFDD（Mean Fully Development Deceleration） 。 制动过程所经历的时间即制动时间，很少作为单纯的评价指标。但是作为分 析制动过程和评价制动效能又是不可缺少的参数。如对于同一型号的两辆汽车产 生同样的制动力所经历的时间不同，在两辆汽车的制动距离就可能相差很大，对 行驶安全将产生不同效果7。因此通常把制动时间作为一辅助的评价指标。 汽车制动抗热衰退性能是指汽车高速制动，短时间内重复制动或下长坡连续 制动时制动效能的热稳定性。因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动器吸收 转化为热能。制动过程中制动器温度不断升高，制动器摩擦系数下降制动器摩擦 阻力矩减小，从而使制动能力降低，这种现象称热衰退现象。 制动稳定性是指制动时汽车的方向稳定性。通过制动时汽车按给定轨迹行驶 的能力来评价，即汽车制动时维持直线行驶或预定弯道行驶的能力。制动稳定性 良好的汽车，在试验时不会产生不可控制的效能使汽车偏离一定的试验通道8。 汽车在制动过程中，当车轮未抱死制动时，车辆具有承受一定侧向力的能力。 汽车在一般横向干扰力的作用下不会发生制动侧滑现象。当车轮抱死制动时，车 轮承受侧向力的能力几乎全部丧失，汽车在横向干扰力作用下极易发生侧滑。 上述几方面的评价指标主要评价汽车制动时制动性能的好坏，然而一旦需要 解除制动力时制动装置能否迅速、彻底、解除往往也会影响行车安全严重时也会 造成交通事故。例如当车轮抱死制动而汽车又失去控制时，驾驶员通过放松制动 踏板不能迅速解除制动，此时汽车将可能丧失制动稳定性9。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 8 2.32.3 制动力的合理分配制动力的合理分配 设定： -制动器对车轮作用的制动力矩，其方向与车轮旋转方向相反； M -路面作用于车轮上的制动力，其方向与汽车行驶方向相反； B F -车轮有效半径。 e r 令并称之为制动周缘力； eu rMF/ 车轮与路面间的附着力； F 车轮与路面间的附着系数； 路面对车轮的法向反力； z F 欲使汽车在制动时的总制动力和减速度达到最大值，应使前后轮有可能被动 到同步抱死滑移，即前后轴的制动周缘力和（而前后轴的制动力、 1 F 2 F 1B F ）能在同一瞬间达到各自轴的附着力和 的数值，其中 2B F 11z FF 22z FF 、分别为制动时前后轴载荷，为附着系数。根据制动时整车受力分析考 1z F 2z F 虑到制动时的轴荷转移，可求得前、后轴附着力与制动减速度的函数关系为 j (2-1) )( )( 2 1 L h g j G L a GF L h g j G L b GF g aa g aa 式中: -汽车总重量； a G -轴距； L 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 9 、-汽车重心至前、后轴的纵向距离 ab -汽车重心高度； g h 重力加速度。 g 汽车总制动力: (2-2)ZG g j GFFF aaBBB 21 式中 为制动强度。 aB GF g j Z/ 于是方程组 (2-1)可写成: (2-3) )()( )()( 2 1 g a g Ba g a g Ba Zha L G L h F L a GF Zhb L G L h F L b GF 在前后轴附着力同时被充分利用，即全部车轮都抱死滑移的制动工况下，式 (2- 2)变为: aBBB GFFFFF 2121 而。Z 以此代入式 (2-3)，便可得到前后轮同步抱死的制动工况下的各轴理想制动力 （理想制动周缘力）： (2-4) )( )( )(222 )(111 g a zIBI g a zIBI ha L G FFF hb L G FFF 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 10 汽车制动时，如果前、后车轮能同时接近抱死状态，对附着条件的利用、制 动时汽车的方向稳定性均较有利。在任何附着系数的路面上，能使前、后车轮能 同时抱死的前、后轮制动器制动力，的关系曲线，称之为理想的前、后轮 1 F 2 F 制动力分配曲线(I曲线)，如图 2.1所示。 2.42.4 制动力分配系数的确定制动力分配系数的确定 前轴制动周缘力与总制动周缘力之比称为制动周缘力分配系数，以符 1 F F 号表示。在附着条件所限定的范围内，制动力在数值上等于相应的制动周缘力， 故通称为制动力分配系数10。按照理想的制动力分配特性的要求，系数应 当是可变的，并且是附着系数或制动强度Z以及汽车实际总重、汽车重心位置 参数的函数。 目前，客车产品的制动力分配系数仍然是设计成恒定的，即=常数。因而 其实际制动力分配是线性的。这种特性线就是我们常说的线。值恒定的制动 系是不可能在所有的附着条件和汽车实际装载情况下都使汽车实现理想制动的 图 2.1 理想制动力分配曲线 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 11 11。总是有一轴车轮较早抱死滑移。倘若不至于因一轴车轮抱死而影响汽车的 稳定性，则还是有可能最终达到全轮抱死而得到最大可能的减速度，但所gj 需踏板力或总制动力矩却较具有理想制动力分配特性的制动系的更大，即 。 1/ FFB 适当选择同步附着系数仍是采用恒定值汽车制动系设计中的首要问题。 0 确定同步附着系数数的原则，主要是力求在汽车常遇的附着系数范围的制动强度 Z和附着系数利用率尽可能高12。一般同步附着系数的选取范围值：0.45 0 0.7，比较适宜。而在汽车总重量和重心位置既定的条件下，值与值是相互 0 决定的。若相关参数选择得当，恒定制动力分配系数的车辆还是可以满足制动法 规的要求的。 根据所选定的同步附着系数，可由方程组（2-4）求得： 0 L hb g0 g h bL 0 L ha 0 1 并由此可得： (2-5)Zhb L G ZGFF g a aBB )( 01 (2-6)Zha L G ZGFF g a aBB )()1 ()1 ( 02 当时，、， 0 11 FFB 22 FFB 故；。 aB GF Z1 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 12 当 时，可能得到的最大总制动力取决于前轮刚刚首先抱死的条件，即 0 。由式（2-2） 、 （2-3）和（2-5）得 11 FFB g a B hb bG F )( 0 (2-7) g hb b Z )( 0 (2-8) g hb b )( 0 当时，可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，即 0 。由式(2-2） 、(2-3)和(2-6)得 22 FFB g a B ha aG F )( 0 (2-9) g ha a Z )( 0 (2-10) g ha a )( 0 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 13 3 3 MATLAB 环境下的制动力分配曲线环境下的制动力分配曲线及优化及优化 3.13.1 理想状态下的制动力分配曲线理想状态下的制动力分配曲线 表3.1 为某一小客车的质量参数 载荷 汽车总质量 /kg 质心高度 hg/m 前轴载荷 /kg 轴距/mm 制动力分配系 数 空载10050.644822.500.35 满载15500.696202.500.35 明确上述整车质量参数，推导出质心到前后轴的距离后，在MATLAB环境 下将整车参数输入的语句如下： ma_k=1005; %空载汽车总质量(kg) ma_m=1550; %满载汽车总质量(kg) g=9.80665; %重力加速度(m/s2) hg_k=0.64; %空载质心高度(m) hg_m=0.69; %满载质心高度(m) L=2.50; %轴距(m) load_f_k=482; %空载前轴载荷(kg) load_f_m=620; %满载前轴载荷(kg) b_k=load_f_k*L/ma_k; %空载质心到后轴的距离(m) b_m=load_f_m*L/ma_m; %满载质心到后轴的距离(m) 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 14 a_k=L-b_k; %空载质心到前轴的距离(m) a_m=L-b_m; %满载质心到前轴的距离(m) G_k=ma_k*g; %空载重力(N) G_m=ma_m*g; %满载重力(N) 前后轴制动力分配的比例将影响到汽车制动时的方向稳定性和附着条件的利 用程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。为了保证制动时的方向稳定性， 防止后轮抱死，实际制动分配曲线（线）应位于理想制动力分配曲线（曲线）I 的下方，而为了提高制动效率，线应尽可能靠近曲线13。I 由前几节可得，理想制动力分配曲线方程为： （3-1) 11 2 2 2 4 2 1 F h Gb F G Lh b h G F g g g 输入如下语句及即可得空、满载理想制动力分配曲线数组： Fu1=0:G_m； %前制动器制动力 Fu2_k=0.5*G_k/hg_k*(b.2+4*hg_k*L*Fu1).0.5-(G*b_k/hg_k+2*Fu1); %空载I曲线 Fu2_m=0.5*G_m/hg_m*(b.2+4*hg_m*L*Fu1).0.5-(G*b_m/hg_m+2*Fu1); %满载I曲线 在MATLAB环境下，运用plot语句可以得到汽车空载和满载时理想制动力分 配曲线I曲线，如图3.1所示。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 15 图 3.1 小客车制动时的理想制动力分配曲线 线与 I 曲线的交点处的附着系数为同步附着系数，从图 3.1 分析可知，汽 车满载时的同步附着系数大于汽车空载时的同步附着系数，根据汽车理 满0 空0 论知识可知，当线位于曲线的下方，制动时总是前轮先抱死，当线位于I 曲线的上方，制动时总是前轮先抱死。在一定附着系数 路面行驶时，对于满I 载的汽车，总是容易出现(即线位于曲线的下方)此时汽车容易出现前 0 I 轴抱死，汽车将失去转向能力14。对于空载的汽车，总是容易出现(即 0 线位于 I 曲线的上方)此时汽车容易出现后轴抱死，汽车易发生后轴侧滑，是不 稳定工况15。 3.23.2 制动力分配优化制动力分配优化 为了保障汽车制动的方向稳定性，应该使实际的制动力分配曲线位于理想分 配曲线的下方，防止后轮抱死，同时为了提高制动效率，曲线应该尽可能的靠近 曲线。在这个理论基础上应用 MATLAB 软件对实际汽车制动力的分配曲线进行 优化，得到最佳制动力分配曲线，从而提高汽车制动时方向稳定性和地面附着条 件利用程度。 根据图 3.1 可知，只需改变原始的制动力分配系数值就可以得到不同的制 动力分配线线，从而可以得到最佳的制动力分配线。考虑到汽车实际制动时制 动力的分配受到制动强度，路面附着条件和制动效率的影响，从而可知对制动力 分配系数进行优化建立的目标函数是非线性约束。所以取为制动力分配优化 设计变量。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 16 考虑到汽车实际制动时制动力的分配受到制动强度，路面附着条件和制动效 率的影响，根据 ECE 制动法规对汽车制动力的分配进行约束： 对于之间的各种车辆，要求制动强度，前8 . 02 . 02 . 085 . 0 1 . 0z 轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。 根据汽车理论知识可得汽车前后轴利用附着系数的关系式： （3-2) )( 1 1 gZ Xb f zhb zL F F （3-3) )( )1 ( 2 2 gZ Xb r zha zL F F 根据ECE制动法规对汽车制动力分配的要求，可得下列不等式： 当时，8 . 02 . 0z rf （3-4) gg zha z zhb z )1 ( 当时，4 . 03 . 0z （3-5)05 . 0 )1 ( z zha Lz g （3-6) gg zha z zhb z )1 ( 由（3-4)、（3-5)、（3-6)可以得到下列不同的不等式数组， （3-7)Lzzhaz g / )(05 . 0 (1 （3-8)Lzhb g / )( 3.3 实例分析实例分析 如下表所示为某一小客车的质量参数，根据质量参数可以推导出质心到前后 轴的距离。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 17 载荷 汽车总质量 /kg 质心高度 hg/m 前轴载荷 /kg 轴距/mm 制动力分配系 数 空载10050.644822.500.35 满载15500.696202.500.35 当时，代入（3-7)、（3-8)中得到3 . 0z （3-9)Lzzha g / )(35 . 0 1 （3-10)Lhb g / )3 . 0( 当汽车空载时把相关数据代入（3-9)、（3-10)中可得： （3-11)556 . 0 40 . 0 当汽车满载时把相关数据代入（3-9)、（3-10)中可得： （3-12)477 . 0 389 . 0 对于实例，根据求出的制动力分配系数的范围，在此范围内任取一数值，当 时，在MATLAB下输入相应的程序可得到如下图所得的优化后的制动力40 . 0 分配曲线。 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 18 图 3.2 优化后小客车的制动力分配曲线 根据实例的相关数据，通过计算可以得到小客车空载时满足制动力分配法规 的制动力系数值的取值范围为，汽车满载时满足制动力分配法556 . 0 40 . 0 规的制动力分配系数值的取值范围为，考虑到汽车空载满载477 . 0 389 . 0 时都要满足制动力分配法规的要求，所以制动力分配系数值的取值范围为 ，在此区间范围取值可以得到比较好的制动力分配曲线。在通477 . 0 40 . 0 过理想制动力分配曲线如图 3.1 所示与优化得到的制动力分配曲线如图 3.2 所示， 可以很明显的看出图 3.2 中的线更加靠近理想制动力曲线，且仍旧位于曲II 线的下方。 线与曲线交点处的附着系数即为同步附着系数，设图 3.1 中的空载时同I 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 19 步附着系数为，满载时的同步附着系数为，图 3.2 中空载时同步附着系 空0 满0 数为，满载时的同步附着系数为，通过两个图形比较可以很容易得到空 ， 0满 ， 0 ，即不论是空载还是满载时，优化前的同步附着系数总 空0 空 ， 0满 满 0 , 0 是大于优化后的同步附着系数，优化后减少汽车制动时前轮抱死而失去转向能力 的机会，提高附着效率，且优化后线仍位于曲线的下方，防止了后轮抱死发I 生危险的侧滑。 4 总总 结结 制动系统是小型客车的一个重要组成部分，它直接影响客车的安全性能。本 文提出的制动性优化模型以制动性能满足制动法规为前提,对客车制动系统进行 了系统的理论分析，详述了制动系统的结构和工作原理，并建立了相应的静特性 函数；在此基础上又利用MATLAB软件建立了轴间制动力分配优化设计模型，通过 引入实例的计算，得出以下结论： 1、目前，小型客车产品的制动力分配系数仍然是设计成恒定的，即常 数。在客车总重和重心位置既定的条件下，同步附着系数与制动力分配系数 0 是相互决定的。通过优化设计方法对固定比值制动力分配系数作适当的调整， 车辆可以满足 ECE制动法规的要求。 2、通过实车实例的计算所得结果与理论结果进行对比分析，优化后实车制 动距离都在原车型基础上有所缩短，都符合ECE制动法规要求，这对于客车制动 系统的改进具有一定的意义。 3、本文提出的制动性优化模型以制动性能满足制动法规为前提，求得使满 在本设计的开题论证、课题研究、论文撰写和 论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以 顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。通过这次毕业设计，大大的提高 了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。 我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力， 较快地适应工作和社会激烈的竞争。 还要感谢同学，在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见。 20 载和空载制动效率加权均值最大制动力分配比，经试验验证可用于同类车型的改 进设计中。将车型的约束条件按照制动法规对其他车型的要求改写后，也可用于 相应车型的制动性优化设计。 参考文献参考文献 1 汪文国. 农用运输车制动系优化设计与仿真计算J农业机械学报, 1998, 14(1): 108-111 2 周天佑目前中国道路交通安全关况，2005.10.14.54-55 3 余志生汽车理论M.北京；机械工业出版社，2000.