（机械设计及理论专业论文）摩托车机械式abs的结构研究与设计.pdf

浙江大学硕士学位论文摘 要 ah s t r a d r e c e ntyears， th e a b s t e c hni q u e h a v e a ra p i d d e v e lo p m e nt ， a b s h asbecom e an i n d i s pen sa b i e v ehi c l e d e v i c e s fe r c ar int he d e v e 1 o ped c o unt ri es the app l i c at i on o f a b si n m oto rc y c l e i s far beh i n d i n c ar， t h i s i s mai ni y bec aus e o f th e pec u li arit i e s o f m o t orcy c l e : m o to rc y c l e ， s s l n l c 扣 代i s c o m p 即 t ， 即 d h a v e n oten o u ghsp ac e toi n s t a l l a b s ， w h i c h c al l s for th e smal l e r st ru c t u r e o f a b s ; t h e p ri c e o f m o t o re y c l e i s r a t h e r l o w，w h i l e a n e wa b sd evi c e s c o stfar m o ret h an 1 h ew h o 1 e v e h i c l e ， thi s l i m itsthe m ot o 叼 c l e a b s ， s u s e n e ss . l t i s m a i n reaso n t h atm of 0 r c y c 1 e a b s d o n ，t h ave a r api d d e vel o p m e ntt h em e d i um 一 pric e andl o w 币n c e m o t 哪 y c l e d o n ， t h ave a b sd e v i c e s ， bec aus eam a t u r ea b sd e v i c e scostfar highe rt h an th evehi c l e . h o wev er， 侧th m o t o 邝 y c l e ， ss p e e d i sm o re and m oreh i gher， c ustomers ，sb r a k i n g 一st abi l i ty re q u i rem e nts are al soi m p r o v i n g . iti s n e s s e rytom a k e a s t u d y an d re s e a rc h ab o ut m ot o r c y c l e ， s a b s . thi s d i s s e 川 月 t l on ana 幻 l y z e d小es 1a t us o f the dom e st icandfo r e 1 gn m ot o rc y c l e a b sd evi c e a 幻 dfi n dthe fau lto f the c urre ntm o t o 代 外l e ma b sd e s i 即 theo ry and st nj c t u r e : ma b s ，s d e s i gn一 h e o ryj ust d i rec t l yfo l l o w e dth e a b se l e c tron i cd e s i gn t h e o ry， ma b s ，ss t ru c 加 r e the b iak e p re s s u r e c an p l aya d a n 1 p i n g e ffec t on th e b r a k e p re s 介 ， i t d o n ， t p l ay ap a cki n ga l】 dv e nt i n ge ffect ; th e衅l o ad o f m b si s unre aso n abl e . to add r e s s the sep r o b l e m s ， th i s p a p e r a n a 】 y z e s the worki n g 州nci p l e o f a b s ， and d e s i g n e d ma b ss l ru c t u rew i l h a l 司d e r hol e for v e n t i n g re s u l t s .c o nsid e ri n g d i ffere ntm ot 0 r c y c l e m o d e l s a i 1 d d i ffere n t d ece l e rati 叽 stod y th ese l t l n g 一 prel o ad o f ma b s . f i nal ly， t hr o u gh s i mu l at i o nandexpen m e n ta 】 te s ti ng o f ma b s ， thi s ma b s s t ru c l u rea c hi e v e s t hed e s i re d p t l作 旧 se . k 即w o rds : b r a k e ， a nt i 一 l ock b r aki ng s y s te m， b rak i ng st abi l ity， s l i p 以e ， adhes i v e c oe ffic i e llt 学号 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其 他 人己 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 鱼兰叁乞或 其 他 教 育 机 构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名:签字 日期 : 年月日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全了 解遗 丝大燮 匕有 关 保留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和 借阅 . 本 人 授 权 丝 些些乞可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期:年月日 签字日 期:年月日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址 : 电话: 邮编: 浙江大学硕士学位论文第一 章绪 论 第一章 绪论 1 . 1 课题的研究背景及意义 随着近年来我国经济的飞速发展， 路面上摩托车的数量越来越多， 车速也越 来越快， 如何有效的提高摩托车的制动性能， 尤其是在紧急制动情况下的制动安 全性就成为当今摩托车的一个技术难题。 提高摩托车的制动安全性一般是采取两 种途径: 一是采取被动安全措施， 被动安全措施是在事故发生后的一种补救措施， 通过这种安全措施来减少损失和避免人员伤亡， 例如: 佩戴安全帽、 加装保险杠、 安装安全气囊等; 另一措施就是采取主动安全措施， 这种措施是防范于未然， 避 免事故的发生。例如:加装a b s 。虽然目前电子式 a b s技术在汽车和货车上都 已经得到广泛运用， 但是其昂贵的价格却使国产中低档摩托车望而却步， 并且在 摩托车上加装电子式 a b s又需要对整车结构进行调整，这对于我国中低档的摩 托车生产厂家来说也是一个技术难题. 因此开发一种价格低廉， 又具有通用型的 m a b s 无疑是目 前中 低档摩托 车厂家的一 个选择。 我国 对摩 托车m a b s 的 研究己 经 进展了 很多 年， 形 形色 色的m a b s 己 经在 市场上出现，并且在有些车型上已经有所加装，但是从装车后的实验结果来看， 褒贬不一，尤其是在ma b s的理论上也没有一个统一的认识，对 ma b s的设计 理论只是从电 子式a b s的理论上沿袭而来。 因此通过对 ma b s 的工作机理进行 分析总结， 与电子式 a b s 的理论基础进行比较，总结出适合ma b s设计参考的 理论基础是很有意义的。 其次， 虽 然机 械式a b s 的 防抱死 性能远远 不及电 子 式a b s ， 但机械式 a b s 成本低 ( 市场 价仅 仅15 元) ， 通用性强; 如果增 加机械式 a b s 系统， 一方面 会增加 制造成本从而增加该车销售价格 ( 成本仅仅为巧元， 几乎可以忽略不计) ，因此， 如果在一定条件能够起到一定的防抱死作用， 由于其价格上的优势和性能上有一 定的可取之处、包括制造的可靠性，开展机械式a b s 研究是很有实际价值的。 浙江大学硕士学位论文 第 一 章绪 论 1 . z abs 的发展史及趋势 abs 技 术是英国 人霍纳摩尔 在1 9 20年 研制发明并申 请专利的【 日 ， 在20世纪30 年代， a bs就已 经在铁路 机车的制 动系统中 应用，目的 是防 止车轮在制动 过程中 抱死， 导 致车轮与 钢轨 局部 急剧 摩擦而过 早损坏 tzj 。 1 9 36年德国 博世公司 取得了 a b s 专利权，它是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成， 使用开关方法对制动压力进行控制。 2 0 世纪40年代末期， 为了缩短飞机着陆时的滑行距离、 防止机轮在制动时跑 偏、甩尾和轮胎剧烈磨耗，飞机制动系统开始采用a bs，并很快成为飞机的标准 装备，由于飞机着陆时的路面是固定的， 飞机轮与地面之间的附着系数几乎是个 定值， 所以 加装 a b s 取的效 果是很明显的 。 20世纪 50年代防 抱制动系 统开 始应用 于汽车工业。 1 9 51年g ood y ear 航空公司装于载重车上; 1 9 54年福特汽车公司在林 肯车上装用法国航空公司的a bs装置 刀 。 1 9 78年a bs系 统有了突 破性发展。 博世公司 与奔 驰公司 合作研 制出 三通道四 轮带有数字式控制器的a bs系统， 并批量装于奔驰轿车上。 由于微处理器的引入， 使a bs系统开始具有了智能，从而奠定了a bs系统的基础和基本模式。 1981年德国的威伯科 ( 琳b c o ) 公司与奔驰公司在载重车上装用了数字式a bs 系统。a bs的市场占有率迅速上升.2 0 世纪80年代中期以后，借助于电子控制技 术的 进步， a bs更为灵 敏、 成本 更低、安装 更方便、 价格也 更易 被中 小型家 用轿 车所接受。 这期间 较为典 型的 a ss装置有 博世(bos ch) 公司 于1 9 79年推出 的b os chz 型， 大陆特威斯 (teves) 1984年推出的具有防抱制动和驱动防滑功能的a bs/asr zu型。机械与电子元件持续不断的发展和改进使a bs的优越性越来越明显，随着 激烈的竞争， 技 术的日 趋 成熟， a bs变得 更精 密， 更 可靠， 价 格也在不断 下降 lj 。 1 9 8 7 年欧 共体颁 布一项法 规， 要求从1 9 9 1 年起， 欧共体 所有成员国生 产的所 有新车型均需装备防抱制动装置，同时规定凡载重1 6t以上的货车必须装备a bs， 并且禁止无此装置的汽车进口。日 本规定，从1 9 9 1 年起，总质量超过13t 的牵引 车，总质 量超过1 0t的 运送 危险品的 拖车，在 高速公 路上行驶的大客 车都必须安 装 a bs。目 前， 国际 上a bs在 汽车 上的 应用 越来越 广泛，己 成为绝大多 数类型汽车 的标准装 备。 北美 和西 欧的 各类客车 和轻型 货车 a bs的 装备率己 达90 % 以上， 轿车 a bs的 装备率在 6 0%以 左右， 运 送危险品的 货车 a bs的装 备率为10 0 %t “ 咧 。 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 随着a bs 技术的 逐步改 进 和不断的 完善， a bs 技术 将沿着以下 几个方向 继续发 展: ( 1) a b s 和驱动防滑控制装置a sr一体化。a bs以防止车轮抱死为目的，a sr 是防止车轮过分滑转， a bs是为了缓解制动， a sr是为了施加制动。 由于二者技术 上 较接近， 且都能在 低附 着路 面上 充分体现 它们的 作用， 所以 将二者 有机地结 合 起来能使车辆的获得良 好的制动性能和防滑性能。 ( 2 ) 动态稳定控制系统v dc ( 或电子稳定控制 (es p) )。 v dc主要在a b s / a sr 基础上解决汽 车转向 行 驶时的 方向 稳定性问 题。 a bs与电 子全控式 ( 或半控式) 悬架、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自 动变速器等控制系统 在功能、 结 构上有机 地结合 起来， 保证汽车 在各种 恶劣情况下 行驶时， 都具有良 好的动态稳定性。 ( 3 ) a b s / a s r 与自 动巡航系统 ( acc) 集成。自 动巡航控制系统 ( a cc)的目 的是在巡航行驶时自 动把车速限制在一个设定的速度， 并且能够根据前方车辆的 行驶状态，自动施加制动或加速使其保持在一定的安全距离内行驶。 在遇到障碍 物时， 可以自 动施 加制动， 把车速 调整到安 全范围内 。 由 于a bs/ asr 和a cc都要 用 到相同的轮速采集系统， 制动压力调节装置以 及发动机输出力矩调节装置， 因此 abs/asr/a cc集成化系统，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安 全性能。 ( 4 )减小体积，降低重量。为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置， 汽车的重量了随之增加， 对燃料经济性不利。 所以新增设的各种装置必须在保证 安全性的前提下， 尽量地减少重量。 另外，不论是大型车还是小型车，发动机的 安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求a bs控制器的体积尽可能的小一些。 ( 5 )随着a bs与新一代制动系统的结合，如电子液压制动ehb 、电子机械制 动 e m b 、 a b s 有了 更快的响 应速度， 更好的 控制效 果， 而且更容易 与其他电 子系统 集成。a bs将成为集成化汽车底盘系统中不可缺少的一个节点。 ( 6 ) 在a b s 系统中嵌入电子制动力分配装置 (eb d) 构成了 abs +ebd系统。 e bd 的 功能就是 在汽 车a bs开始 制动压 力调节之 前， 高 速计 算出 汽车四 个轮胎与路面 间的 附着力 大小， 然后调节车 轮与附 着力的 区配， 进一步提高 车辆制 动时的方向 稳定性，同时尽可能地缩短制动距离。 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 ( 7 )在a bs系统的基础上扩展成车速记录仪 (vs r )，又称汽车黑匣子。该 装置通过实时采集的四个车轮轮速信号， 再现交通事故发生过程中汽车的实际运 行轨迹以及驾驶员对车辆的操作情况， 便于公安交通管理部门能准确判断事故的 责 任 ， 一 : 。 . 3 abs 技术在摩托车上的应用现状 a b s 技术在摩托车上的应用与在汽车上的相比， a bs技术在摩托车上的研究和 应用都远远落后于汽车方面。 摩托车相对汽车而言，价格低、体积小且整车质 量 较轻，故要 在摩 托车上安 装电 子式 a bs系统的 条件要 求更为苛 刻: 成本要低， 体积要小，重量要轻。 且不说各具体部件的研发难度， 单是整体结构的改变， 其 难度就可想而知。以 雅马哈摩托车a bs装置为例， 它将a bs最重的部件液压控制阀 放置 在摩 托车重 心 处( 发动机旁 边) ，两 组传感 器组件 平行放置 在车 辆两边， a bs 的电子控制单元(e c u)旋转放置在车尾( 后座垫下面) 。而要开发出适合中低排量 摩托车的电子式a bs系统，其条件要求则更为苛刻121.幼。 1 3 .1 国 外的 现状 在国外， 对摩托车a bs技术进行深入研究和开发的两个典型代表就是: 德国 的宝马公司和日 本的本田公司。 早在1 9 88年， 德国( 当时还是西德) 宝马摩托车就 率先装上电 子式 a bs， 成为世界上 最先具 有电 子式 a bs系统的 摩托车 t 641 。 1 9 9 0 年底， 日本雅马哈也在摩托车上安装了电子式a bs装置， 是日 本第一家生产带有a bs摩托 车的公司， 但主要装备在大排量豪华车型上。目 前雅马哈正致力于适宜中低排量 摩托车的电子式a bs系统开发，已有样车面市67。 1 3 2国内的现状 我国对 a bs 的研究现状开始于20 世纪80 年代初。目 前， 我国政府已 制定车 辆安全性方面的强制性法规， g b 1 2 6 7 6 一 1 9 99 汽车制动系统结构、性能和试验方 法，规 定首先 在重型车 和大客 车上安 装电 子控 制式 abs 。 g b 7 2 5 8 一 2 0 04 机动 车运行安全技术条件又具体规定了必 须安装的车型和时间。 规定 质量大于 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 12 000kg的长途客车和旅游客车总质量人于 16 0 0 0 k g允许挂接总质量大于 l o 0 00k g的 挂车的 货车 及总 质量大 于10o 0 o k g 的 挂车必须安 装a bs。 我国有许多单位和企业从事 a bs 的研制工作，东风汽车公司、重庆公路研究 所、北京 理工大 学、清 华大学、 上海汽车 制动系 统有限公司 和山东重 汽集团 等。 其中山东重 汽 集团 引 进国际 先 进技术进 行研究已 取得了一 些进展。 重 庆公路 研究 所研制的适用于中型汽车的 气制动 f k x 一 a ci 型a bs 装置已通过国家级技术鉴定， 但各种制动情况的适应性还有待提高。 清华大学研制的适用于轻型和小型汽车的 液压 a bs 系统，北京理工大学和上海汽车制动系统有限公司致力于轿车的液压 abs 系统的研究，己分别取得初步成果，但是离商品化还有一定距离。 1 . 4a bs 的作用 abs 可 在车 辆制动时 根据车 轮的 运动 情况自 动 调节车轮的 制动压力， 防 止车 轮抱死， 其实质就是使传统的制动过程变为瞬间的控制过程， 即在制动时使车轮 与地面达到 “ 抱而不死， 死而不抱”的状态， 其目的是使车轮与地面的摩擦力达 到最大，同时又可以避免后轮侧滑和前轮丧失转向能力，以使车辆取得最佳的制 动效能。a bs 主要具有以下作用: 1 . 缩短制动 距离 缩短制动距离是 a b s最大的安全优势。 试验证明， 在紧急状态下，a b s 能 使车轮处于既滚动又拖动的状况，拖动的比例占 2 0 % 左右，这时轮胎与地面 摩擦力最大，即所谓的最佳制动点或区域，而普通制动系统则无法做到这一点。 2 .增加制动稳定性 a b s大大增加了车辆制动时的稳定性。车辆在制动时，轮子上的制动力不 是一个 定值。 若前 轮先 抱死就无法 控制方向， 若后 轮先 抱死， 则会出现 侧滑、 甩 尾等现象。a b s 可防止轮子制动时被完全抱死， 从而提高车辆在制动过程中的 稳定性。 3 减轻 轮胎磨 损 减 轻轮胎的 磨损是 a b s的另 一优势。 实 践证明， 车 轮完全抱死 会造成 轮胎 杯型磨损， 轮胎表面磨耗不均匀， 使轮胎损耗增加， 而 a b s则可减轻轮胎磨损。 4 .使用方便，工作可靠 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 a b s的 使用与 普通制动方 式 毫无两样， 方便、 可靠。 制动时只 要把脚踏在 制动 踏板上进行 正常制 动即 可。 如果需 要， a b s就会自 动进入 工作状态. 5 . 减少驾驶员的疲劳强度 若是没有安装a bs， 驾驶员在制动过程中必须根据车轮抱死的情况来调节对 制动器的操纵力， 并且根据自己的感觉来调节制动器的操纵力是很难能达到理想 的制动效果，一旦车轮抱死拖滑就会造成驾驶员的紧张情绪，然而一旦安装了 a b s ，驾驶员就可以一下子把车辆的刹车踩到底，把对制动器的调节交给了 a bs 来完成，这 样不但缓 解了 驾 驶员 的疲 劳， 而且也 能实 现理想的 制动。 . 5本文的主要工作内容 本论文 在对a b s 技术理论 进行了 深入的 分析 研究， 尤其是针对国内 的摩托 车ma b s 的设 计理论进行了 研究， 并 通过对m a b s 结 构研究 分析， 设计出了自 己的新结构，并通过实验对自己的结构进行了验证。论文完成的主要任务如下: 1 .阐述了摩托车a b s的工作原理主要阐述 a b s设计的理论依据，a b s的控 制方法 八 b s的分类以及电子式 a b s 与ma b s的区别等。 2 .摩托车 a b s结构分析首先，简单介绍了目 前国外的摩托车 a b s技术和 a b s的结构工作原理，其次，深入研究了国内的摩托车 a b s结构，并对国 内的各类 m a b s 结构进行了功能原理的介绍，并对它们进行了分类比较。 3 .a b s结构设计和主参数的设定分析首先是在对国内摩托车 a b s结构分 析的 基础上总 结出 摩 托车m a b s 结 构设计的 几个要 点， 并根 据这些结构要点 进行了新的结构设计; 其次在机构设计完成后， 对 ma b s的主要性能参数进 行了分析研究. 4 . 摩托车 m a b s 建 模与分析 对摩 托车m a b s 进行了 建模， 通过模型的 建立 更 直接地对m a b s 的 工作 原理进行 分析， 并 通过 对数学模型的 仿真， 测试出 ma b s 对制动压力的调节具有比 较理想的效果。 5 . 摩托车 侧 峨 b s 的 实验及结 果分析 针 对设计的m a b s 进行 实验验证， 并对 实验结果进行了深入的分析研究，获得了很大的收获，也发现了不少问题。 浙江大学硕士学位论文第二章 摩托车川 5的工作原理 第二章 摩托车a b s的工作原理 【 摘 要】 在人、 车和路面三者所组成的闭合系统中， 车辆与路面之间的最基木 联系是轮胎与路面之间的作用力， 由于车辆的行驶状态主要是由轮胎与路面之间 的纵向作用力和横向作用力决定的，因此， 驾驶员对车辆的控制实质上是在控制 车轮与路面之间的作用力， 但是车轮与路面之间的力受到轮胎与路面之间附着力 的限制， 而车辆的转向运动和抵抗外界横向力作用的能力则主要受车轮横向附着 力的限 制， 附着力 与附 着系数和 滑移 率有着密 切的 联系， abs 就是通过 一系列 方 法控 制轮胎 与地面之间 的滑移 率， 从而达到理 想制 动效果的 一 种装置。 本章就是 根据这一理论基础对摩托车 a b s的理论基础进行了深入的分析，并对电子式 a b s和机械式a b s 进行了原理与性能方面的对比。 2 . 1摩托车液压盘式制动器的的工作原理 我国目 前生产的液压盘式前制动器一般如图2 . 1 所示， 主要由制动泵、 制动 软管、 制动钳和制动盘四大部分组成， 主要工作原理是运用杠杆原理和帕斯卡定 理通过对手操纵力两级放大，以较小的操纵力在制动钳上形成很大的制动正压 力，通过摩擦衬块与制动盘的摩擦作用，产生对摩托车轮的制动力矩. 1 . 手柄2 ，制动泵活塞 9 .制动盘1 0 / 12. 3 油箱4 .制动液5 摩擦片1 1 / 15.防尘圈 弹黄 6 . 制动钳缸体 7 / 14.销轴 8. 16.密封圈17.制动钳活塞1 8 . 图21摩托车的前轮液压盘式制动器组成结构图 浙江大学硕士学位论文第二章 摩托车a bs的工作原理 在制 动过程中， 人、 车和 路面形成 一个封闭 系统， 车辆的 制动情况 不仅 仅受制 于驾驶员 所施加 力的大小， 而且还要 受限于 轮胎与地面 之间 所提供的 最大 附着力。而轮胎与地面之间的摩擦系数并不是一个定值，而是随着路面的变化、 车辆 在制动过 程中 的 运动状态的 变化而 变化。 所以 驾驶员施 加的力 要受制于 路面 与轮 胎所能提 供的 最 大路面附 着力， 若驾 驶员操纵 制动器 所产生的 制动 器制动力 大于 地面所能 提供的 地面最大附 着力， 车轮就 会抱死拖滑， 若是前 轮抱 死， 摩托 车就会失去转向能力， 很难能再保持平衡状态， 若是后轮抱死，由于路面的不平 整， 少许的 侧向力 就会使 摩托车 左右甩尾， 在高 速的情况下 甚至 会出 现调 头的危 险状况。驾驶员施加的制动力过大会发生车轮抱死，从而引起交通事故， 若施加 的 制动力过 小， 车 辆的 减 速度不够大， 从而增 大车辆的 制动距离， 只靠驾 驶员的 判断来达到车辆既有很大的制动减速度而又不使车轮抱死是很困难的事情， 尤其 在紧急制动的时候，驾驶员很难从容的根据车辆的制动状态来调节制动力的大 小。 a b s就是为了 解决上 述问 题而发明的 一种自 动调节制动 力的 装 置， 使车辆 在制动过程中的制动力始终控制在地面所能提供的最大附着力点， 而又不至于车 轮抱死， 这样既大大缩短了制动距离， 又能使车辆具有很好的制动稳定性。根据 a-b s 的 结构组 成可分为电 子式a b s 和 机械式a b s( 简写为m a b s) ，从 控制理论 的角度可分为:开环 a b s 和闭环 a b s 。我们一般所说的a b s 是指电子式a b s 。 电 子式a b s 和m a b s 的防 抱死效果 有很明显的 差距， 结构复 杂性和价 格方面 也 都相差甚远。 2 . 2几 b s 的工作原理 2 2 )滑移率 我们仔细观察没加装 a bs 制动装置的车辆的制动过程， 可以看到轮胎留在地 面上的印痕。 从车轮滚动到抱死拖滑是一个渐变过程。 基本上可以分为三个阶段: 第一阶段，印痕的形状与轮胎花纹基本一致， 车轮作纯滚动;第二阶段，轮胎花 纹的印痕还可以辨别出来，但花纹逐渐模糊， 轮胎已不再作单纯滚动， 而是与地 面发生 一定程 度的相 对滑动， 车轮处于边 滚边滑 状态; 第三 阶段， 随 着制动 强度 增大， 形成一条粗黑的印痕， 看不出轮胎花纹的痕迹，车轮被制动器抱死在路面 浙江大学硕士学位论文 第二章 摩托车a bs的工作原理 上作完 全拖滑。 弹性 轮胎 与路面的摩 擦有 其特殊规 律， 轮胎与 路面摩擦系数 的最 大值， 出 现在车 轮处于 边滚边 滑状态时， 当车 轮完 全抱死滑移， 在路面上 拖出 黑 印的时候， 摩擦系数反而降低。为了说明这个问题，需要引用滑移率的概念。我 们把车轮作纯滚动时的滑移率定为 0 ， 车轮完全抱死时的滑移率定为 1 00% ， 据试 验证实，当 车轮 滑移率 5 = 巧 % 一20 % 时附 着系数达到 最大值，因 此， 为了 取得最佳的制动效果，一定要控制其滑移率在 巧 %一20 %范围内。车辆的制 动 过程， 是利用制 动蹄片 与制动鼓 或者刹 车皮与 刹车盘的 摩擦， 将车辆行 驶的 动 能变为热能散发到空气中的过程。当车轮完全抱死后， 车轮制动器已经不能再吸 收能量，此时车轮在路面上滑移， 轮胎局部摩擦剧烈发热，胎面橡胶强度降低而 使道路附着系数迅速下降。 滑移率其实就是表达车辆在制动过程中滑移成分大小的关系式， 滑移率定义 式如 ( 2 一 1) 所示: 5 = 里 二 里x l o o %( 2 一 1 ) v 式中: v 车辆的水平速度; r为车轮的有效半径; ， 为 车 轮 的 角 速 度 5.6 ，诬卜 15 . 由上式可以看出，当车辆没有制动时的， v = rw ，5=0 ;当车辆在制动过程 中， v 、 ，0 5 凡 时， mabs才会参与制动 压力的 调节，当 制 动压力p 没有 达到p.时， ma bs 是处于关闭状态，不参与制动压力的调节; 5 为mabs 的制动压力p的感知面积， 其相当于电子式a bs 的传感器， 直接把制动压力的大小传给弹簧， 有弹簧的预定 浙江大学硕士学位论文第四章a b s结构设计与主参数的设定分析研究 参 数来判断 是否达 到对制 动压力的调节。由 上面 的介绍 可以 看出 ， m a bs 的防 抱 死效果在 很大程 度上取决 于拟bs的 弹簧预紧 力f ， 和制 动压力p 的 感知 面积5 的 设定。 4. 4 活塞调节面积的确定 采用阶梯孔的优点在 4 . 2 . 3 里己经有了具体的介绍， 阶梯孔2 主要是起到感 知作用， 真正起制动压力调节作用的还是阶梯孔1 ，所以阶梯孔 1 的半径的大小 与弹簧的弹性性能是决定 撇bs 对制动压力的调节幅度大小。根据宗申2 57 的制 动泵 体缸径d ， 的 大小， 来决定琳bs 的调节 面积的 大小， 有 贴12 7 。， 要想 使 撇 b s在制动压 力达到防 抱死值以 后不 再根据制 动泵的 制动压力的 增大 而增大， 则制动泵的制动液的排出量应小于或等于 mabs对制动液的吸纳量。为了使摩托 车的制动效果达到最佳， 就必须保持制动器的制动压力在制动压力的抱死值附近 振荡， 从而使车辆充分应用地面的最大附着力而又不至于车轮抱死， 达到制动器 的理想工作状况。结合弹簧的弹性性能去阶梯孔 1 的直径为贴 1 8 mln。 4. 5 预紧力的设定 4 轰1 制动压力的 分析和设定 图4 . 4摩托车 在水平路面 上的 制动受力 简图 在忽略 摩托车 在行驶时的空 气阻力、 车 轮的 滚动阻力 和车轮 在减速 过程中的 惯 性力矩就可以 得到车 辆在水平 路面的制动 受力简图 ，如图44 。 nl、 nz 是 车 浙江大学硕士学位论文第四章a b s结构设计与主参数的设定分析研究 轮的地面 法向 反 力， 单位为n ; g 为车 辆满载时的 重力， 单位为n ; li、 lz、 l 、 h为整车质心到前后轮的水平距离、前后轮间的距离和质心高，单位为 m ;fl、 f z 为前后轮的地面摩擦力，单位为n 。 有受力平衡可得: f3 =fi + fz( 4 一 1 ) f i = nl x 六1( 4 一 2 ) f z = nz x 介2( 4 一 3 ) g=ni + nz( 4 一 4 ) gxl i =nz x l+ f3 xh( 4 一 5 ) 由于摩托车的两个轮胎的材料相同， 接触的地面状况变化也不大， 可以把前后轮 的附着系数看同一个值，即: 中浑 1 =中 尤 2=中戈( 4 一 6 ) 有 上面的 方程 式 ( 4 一 1 )、 ( 4 一 2 ) 、 ( 4 一 3 )、( 4 一 4 )、 ( 4 一 5 ) 、 ( 4 一 6 ) 可以 推导出nl和nz的表达式如下: 万 1 = 旦 玉 竺 土 竺竺( 伞 7 ) l 刃 2 _ 旦 竺 匕 竺 丝( 4 一 5 ) l 假如摩托车的质心固定不变的话，从式 (4一 7) 、 ( 4 一 8) 可以看出前后轮的 地面支撑反力是随着车轮与地面之间的附着系数小的变化而变化。然而。的大 小又有摩托车在制动过程中的滑移率决定。所以确定。值是一个至关重要的问 题。 对摩托车盘式制动器来说， 大多采用前盘后鼓式制动器， 下面以前轮浮动式 盘式制动器为例，来推导防抱死的制动压力，制动器的制动力矩m 与制动压力之 间的关系如下: m= z x 尸 x s x 巧x rp( 4- 9 ) 其中p 为制 动器的 制动压 力， 单 位为帕; 5 为 钳体活 塞缸径， 单位为扩 ; 线 为 摩 擦 片与制动 盘之间的 摩擦系 数; 几 为制动盘的 有效半 径， 单 位为in. 当车轮没有抱死的时候，制动力矩m 又可表达为: m= f l x r 二 万l x 再x r( 4 一 1 0 ) 浙江大学硕士学位论文第四章a b s结构设计与主参数的设定分析研究 有 ( 4 一 7 )、 ( 4 一 9) 、 ( 4 一 1 0) 可以得出制动器的制动压力表达式: p g x 产 x r x ( l l + 介x h ) z x ， x /，px rp x l 有(4 一 1 1)式可以 看出 如 果摩托车的 质 心位置 在制动 过程中恒定， ( 4 一 1 1 ) 即参数g 、 l 、 li 、 lz、 h 是 定 值 ， 相 应 的 制 动 盘 参 数5 、 阵、 也 是 定 值， 那 么 制 动 器 的 制动 压力 只有 轮胎与路面 之间的附 着系 数有关了。 但是摩 托车质心高， 在 制动 过 程中 质心前移明 显， 即l 、 li、 lz和h 在制动 过程中 有一定的 变化。 若不 考虑 这 些变化，按静止时的质心位置来设置 mabs 的预紧力的话，由于质心前移，在制 动过程中前轮承受的制动力比例要大于按质心静止时导出的制动力比例要大， 这 样设 置袱bs预紧力前 轮当 然不 会抱死， 但是 会增大 摩托车的 制动距离; 相反， 由于质心前移后轮在制动过程中承担的制动力比例下降， 若不考虑质心前移来设 置后轮的mabs 预紧力， 就会出现mabs 还没有开始工作后轮就已经抱死。 所以 在 设置mabs的预 紧力时 就一定要 考虑摩 托车在制 动过 程中 质心变 化的 影响。 摩托车在制动过程中的 质心变化的 程度是与摩托车车型和 减速度的 大小有 关，摩托车的知心越高， 在减速中质心的变化越大; 减速度越大， 质心前移量就 会越明显， 当然不同的车辆在相同的减速度下质心的变化量也是不一样的， 这个 变化量要根据具体的车型和具体的减速度来实车测量才能得到。所以要设置 mabs 的预紧力就要根据具体的车型和减速度来修正在原理质心恒定时推导出 来 的预紧力。本文采取了对在质心恒定的情况下推导出来的袱b s的预紧力乘以一 个具体的修正系数兄 ， 兄值的大小要根据不同的车型和减速度来设定。 假 设 质 心 恒 定 不 变 时 ， 撇 bs的 预 紧 力凡 就 可 设 定 为 fy= p x s l( 4 一 1 2 ) 考 虑 到 摩 托 车 在 制 动 过 程 中 质 心 位 置 变 化 的 影 响，应 该 对fy进 行 修 正 ， 修 正 后 的值为: 凡= 又 x p x s l( 4 一 1 3 ) 浙江大学硕士学位论文第四章a b s结构设计与主参数的设定分析研究 4. 5 )制动压力的实例计算分析 摩 托车轮胎与 地面之 间的附 着系数随 着车 辆的 运动 状态的 变化而变 化， 但 其 峰值系数基本是恒定的。各种路面的峰值附着系数如下表 1 表一 各种路面上的平均附着系数 路面 纵向峰值附着系数侧向峰值附着系数 沥青或混凝土( 千) 0 . 7 50 . 8 09 沥青( 湿) 0 . 4 5 0 . 60 . 5 07 混凝土( 湿) 0 。 7 0 . 8 砾石 0 . 5 50 . 6 土路( 干) 0 。 6 5 0 6 8 土路( 湿) 0 4 50 . 5 5 雪( 压紧) 0 .1 50 . 2 冰0 . 0 70 . 1 现在以宗申2 57摩托车在千土路上行驶为例， 来设计计算改车型的前轮悬浮 式液压盘式制动器 撇bs 的最佳预紧力，摩托车在承载一人的情况下的参数值如 下: 于2 7 5 0 n ，l = 14in，l i = 0 . 7 7 m ，h 二 04 枷 ，r = 0 . 6 9 5 m ， r ， 二 0 . 1 1 6 m ，5 = 1 2 2 6 5 . 6m m ， ， p p 二 0 . 4 5 摩托车在千土路上行驶轮胎与路面之间的峰值附着系数中=0. 68 在不考虑摩托车在制动过程中质心变化的影响，前轮的地面法向反力 gx ( l z + o h ) 2 7 5 0 x ( 0 6 3 + 0 石 8 x 0 4 6 ) l14 =1 8 519 3 n ( 4 一 1 4 ) 前轮承载的制动力 fi =nl x中 =1 8 519 3x 0.6 8二1 2 5 9 一 3 l n 前轮制动力分配系数为 ，fll 2 5 9 . 3 1_ _ _ 口=u 仃i j 斗 gx lt2 7 5 0 x o . 6 8 ( 4 一 1 5 ) 根据该车型 的经验设 计前轮 承载的 制动 力比 例系数 刀 = 0. 75 应该对前 轮的 最大不 抱死制动 压力的修 正系 数应为: 又 = 让7 5 06 7 3 4 =1 . 1 1 浙江大学硕士学位论文第四章a b s结构设计与主参数的设定分析研究 前轮最大不抱死制动器制动压力: = 。 全竺 竺 业 竺 竺 丝_ 川、 2 7 5 0 x 0 . 6 8 x 0 . 3 4 7 5 x ( 0 刀 7 + 0 . 6 8 x 0 . 4 6) z x s x 玛x rpx l 2 x0 . 01 2 2 6 5 6x0 . 3 x0 . 1 3l xl . 4 =。 js 五 护 以该制动压力来设置该摩托车的mabs 预紧力就会实现良 好的制动效果. 4 . 6活塞密封性的设计 液压 传动以 液 体为 工作介质传递动力。液 压是以 流体的 压力型式传递能 量 的， 必须保证具有密封的工作腔， 因此密封的作用对液压元件与系统的正常工作 至关重要。 密封不良 会引起液压装置的泄漏， 会引起设备实效、 造成环境的污染。 密封的设计与密封件的选择直接影响液压系统的多项性能。 因此密封和密封装置 的可 靠性和使 用寿 命成为 衡量液压系 统设计与制 造质量的 重量 指标。 在 液压系 统 中，密封装置是用来防止液体工作介质泄漏及外界气体、 灰尘等侵入的装置。 泄 漏是指液压元件及系统的容腔内流动的流体， 少量超越容腔边界，由高压侧向低 压侧流出的现象， 产生泄漏的原因主要有:一是零件结构存在间隙;二是结合面 两侧存在压力差。 密封的作用就是封住结合面间隙，切断泄漏通道或增加泄漏 通道中的阻力， 以阻止泄漏。 正确设计和使用密封元件是液压设备正常运转的重 要 保 证 网 。 摩托车液压盘式制动器就是以制动液为工作介质的一种液压传动装置， 制动 器的密封装置能是决定制动器制动效果的关键因素， 若密封效果不好， 制动器就 达不到所需要的制动压力， 制动液泄漏过多就会导致制动器不能正常工作。 因此， 摩托车液压盘式制动器对密封性能的要求很高， 作为并联在制动器管路中的机械 式 a bs，其密封性能也要达到其配套的制动器的密封要求。根据 琳bs 的工作原 理，mabs 的活塞做往复运动，所需要的密封装置必须满足动密封的要求。通过 各种动密封装置的对比，该型 mabs 选择了一种 0形圈作为往复式密封。0 形圈 作为往复动密封最适合小直径、短行程、中低压力的应用场合.在液压元件中， 用 0 形圈作主要动密封，一般限于短行程和 1 0 m pa 左右的中低压力。 由于mabs 中 活塞运动 行程短( 才1 0 .左右 ) ， 且制 动器的 最大 制动压 力也不 会超过1 0 m p a， 所以0 形圈是一个最佳选择。 再加上 0 形圈结构紧凑、 尺寸小、 价格低廉等优点， 所以选择这种密封装置不但能达到理想的密封效果，也适合mabs 的总体结构设 浙江大学硕士学位论文第四章ab s结构设计与主参数的设定分析研究 计的 要求。 根据m a b s 活 塞半径 的大小， 选择内 经为1 4 。的0 形圈 作为m a bs的 密封装置。 mabs 的密封装置部位如图4 . 3 所示。 4 . 7 工作过程分析 以摩托车宗申2 57在干土路上的制动过程为例来说明mabs的具体工作过程: 根 据 前 面 的 设 计 介 绍 ， 拟bs的 预 紧 力 设 置 为f: f = ps = 4. 72xl护x 二 x 6 2 xlo 书 = 5 3 3. 55n， 这时的制动器不 抱死最大 制动压力 弓 = 4. 72 为 rp 。 ， 当 摩 托 车 在 土 干 路 上 开 始 制 动 时 ， 制 动 压 力 有 小 逐 渐 增 大 ， 当 制 动 压 力 没 有 达 到凡 时 ， 制 动 器 正 常 工 作 ， 当 制 动 压 力 逐 渐 增 大 到 弓 时 ， 琳 bs就 开 始 参 与 制 动 器 制 动 压 力 的 调 节 ， 使 制 动 压 力 保 持 在弓 附 近 振 荡， 从 而 避 免 了 车轮的抱死，而又使车辆获得了比较大的制动力。 4 . 8 小结 本章主要是在前面理论分析和总结的基础上设计出一种既简单又实用的摩 托车 以bs，通过结构的优化设计使结构更简单， 其次通过对 以bs 主参数的理论 分析和设定来扩大撇bs 的防抱死功能，使其防抱死效果有所提高。最后通过一 个实例来具体分析了最佳预紧力设定的合理性。 浙江大学硕士学位论文 第五章摩托车ma b s的试验及结果分析 第五章摩托车ma b s 的建模与分析 【 摘 要】本章通 过对m a bs模型的 建立， 分析了 摩托车m a bs的 工作原理和防 抱 死过程。 并用仿真软件m atl ab对模型进行了仿真， 通过仿真测试了撇bs 对制动 压力调节的效果。 5 . 1 建模的概念介绍 建模是研究系统的重要手段和前提。 凡是用模型描述系统的因果关系或相互 关系的 过程都属于 建模。 建模 就是一个实 际系 统模型 化的过程。 实际 系统的 种类 繁多，试图描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。 可以 通过对系统本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模; 也可以 通过对系 统的实验或统计数据的处理， 并根据关于系统的已有的知识和经验来建模。还可 以同时使用几种方法。 系统建模主要用于三个方面:( 1) 分析和设计实际系统。 ( 2) 预测或预报实 际系统的某些状态的未来发展趋势。 预测或预报基于事物发展过程的连贯性。 ( 3) 对系统实行最优控制。 运用控制理论设计控制器或最优控制律的关键或前提是有 一个能表征系统特征的数学模型。 对于同一个实际系统， 人们可以根据不同的用 途和目的建立