某车型制动系统设计计算书后盘分析解析

1、前言 因空载质量由 1134+110Kg调整为 1130+110Kg，满载质量由 1507Kg 调整为 1505Kg，空载质心高度由 567mm调整为 570mm，满载质心高度由 576mm调整为 579mm，引起以下数据变化： 调整前 调整后 空载同步附着系数 0.6328 0.6356 满载同步附着系数 0.9701 0.9828 最大制动踏板力（ N） 173.35 174.79 空载驻坡极限 28.2% 28.3% 满载驻坡极限 33.4% 33.6% 20%坡道驻车操纵力（ N） 205.69 205.4 驻车制动减速度（ m/s2） 3.5336 3.5383 目录 1 概述 1

2、2 引用标准 1 3 计算过程 1 3.1 整车参数 1 3.2 理想的前、后制动器制动力分配曲线 . 1 3.3 NA01制动系统性能校核 3 3.3.1 NA01 制动系统基本参数 3 3.3.2 制动力分配曲线绘制及同步附着系数确定 4 3.3.3 前、后轴利用附着系数曲线绘制 5 3.3.4 空、满载制动距离校核 7 3.3.5 真空助力器失效时制动减速度校核 7 3.3.6 ESP 系统失效制动减速度校核 8 3.3.7 任一管路失效制动减速度校核 8 3.3.8 制动踏板力校核 8 3.3.9 制动主缸排量校核 9 3.3.10 制动踏板行程校核 9 3.3.11 驻车制动校核 1

3、0 4 结论 12 参 考 文 献 13 1 概述 根据 NA01乘用车设计开发目标，设计和开发 NA01制动系统，要求尽量沿用 M2 零部件。 NA01 制动系统共有三种配置： ESP+前盘后盘式制动器， ABS+前盘后鼓式制 动器，比例阀 +前盘后鼓式制动器，此三种配置需分别校核其法规要求符合性。本计 算书是根据整车室提供的 NA01整车的设计参数 ( 空载质量、满载质量、轴荷、轴距 及质心高度 ) ，对经过局部改善 ( 制动主缸直径由 22.22mm更改为 20.64mm)的制动系 统(ESP+前盘后盘式制动器 ) 的适宜性进行校核计算， 以选择合适的参数作为 NA01制 动系统的设计值

4、。 2 引用标准 GB 21670-2008 乘用车制动系统技术要求及试验方法。 GB 7258-2004 机动车运行安全技术条件 3 计算过程 3.1 整车参数 表 整车参数 整车参数 NA01 M2 满载整车质量 (kg) 1505 1449 空载整车质量 (kg) 1130+110 1074+110 满载轴荷 (kg) 前 759 754 后 746 695 空载轴荷 (kg) 前 724 705 后 516 479 满载质心高度 hg (mm) 579 554 空载质心高度 hg (mm) 570 524 轴距 L(mm) 2600 2500 轮胎滚动半径 r e (mm) 293 2

5、84 轮胎静负荷半径 r s (mm) 277 267 空载 质心到前轴距离 (mm) 1082 1011.4 质心到后轴距离 (mm) 1518 1488.6 满载 质心到前轴距离 (mm) 1289 1199.1 质心到后轴距离 (mm) 1311 1300.9 3.2 理想的前、后制动器制动力分配曲线 制动时前、后车轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车方向稳定性均较 为有利,此时的前、后轮制动器制动力 F1和F 2的关系曲线，常称为理想的前、 后轮 制动器制动力分配曲线。 在任何附着系数 的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后制动器制 动力之和等于附着力，并且前、后轮制动器制动

6、力分别等于各自的附着力，即： F 1 F 2 mg (1) F 2 L1 hg (2) 经计算得： F 1 mg LL2mg hL 2 (3) Lh F 2 mg LL1mg Lg 2 (4) 式中： F 1、 F 2 前、后轮制动器制动力， N； 路面附着系数； m整车质量， kg； hg汽车质心高度，； L汽车轴距，； L1 质心至前轴中心线的距离，； L2 质心至后轴中心线的距离，。 将 NA01车基本参数带入式 (3) 和(4) 中，按 值( =0.1 、 0.2 、0.3 1.0 ) 计算得到 NA01车理想的前、后轮制动器制动力 ( 表 2) ，并可以根据该表格绘制出理 想的前、后

7、轮制动器制动力分配曲线 (图 1)。 表 2 理想的空、满载附着力及制动强度 附着系 数 空载附着力 (N) 满载附着力 (N) 空载制动强度 满载制动强度 前轮 后轮 前轮 后轮 前轮 后轮 前轮 后轮 0.1 736.161 479.039 776.665 698.235 0.06058 0.039421 0.05266 0.04734 0.2 1525.6 904.796 1619.02 1330.78 0.12554 0.074457 0.10977 0.09023 0.3 2368.33 1277.27 2527.06 1897.64 0.19489 0.105108 0.17134

8、 0.12866 0.4 3264.33 1596.47 3500.8 2398.8 0.26863 0.131375 0.23736 0.16264 0.5 4213.62 1862.38 4540.22 2834.28 0.34674 0.153257 0.30783 0.19217 0.6 5216.19 2075.01 5645.34 3204.06 0.42925 0.170754 0.38276 0.21724 0.7 6272.05 2234.35 6816.14 3508.16 0.51613 0.183867 0.46214 0.23786 0.8 7381.18 2340.

9、42 8052.63 3746.57 0.6074 0.192596 0.54598 0.25402 0.9 8543.59 2393.21 9354.82 3919.28 0.70306 0.196939 0.63427 0.26573 1 9759.29 2392.71 10722.7 4026.31 0.8031 0.196898 0.72701 0.27299 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 zf 图1 空、满载 I 曲线 3.3 NA01 制动系统性能校核 NA01 制动系统在 M2 的制动系统基础上也进行了局部更改 （ 主缸直

10、径为 20.64mm，采用后盘式制动器 ），且 NA01的整车参数有一定的变化，所以需重新校核 NA01制动系统的适宜性，制动性能是否满足相关国家、企业标准的要求。 3.3.1 NA01 制动系统基本参数 表 3 NA01 制动系统基本参数 制动系统参数 NA01 M2 前制动器参数 分泵直径（ mm） 54 54 有效制动半径（ mm） 104 104 效能因数 0.76 0.76 2 单片摩擦片面积 （cm2） 40 40 后制动器参数 分泵直径（ mm） 34 / 有效制动半径（ mm） 100.4 / 效能因数 0.76 / 单片摩擦片面积（ cm2） 20 / 制动踏板参数 制动踏板

11、杠杆比 3.4 3.4 制动踏板行程（ mm） 120 120 制动踏板机械效率 0.9 0.9 主缸、真空助力 器参数 制动主缸直径（ mm） 20.64 22.22 制动主缸行程（ mm） 18+18 18+18 尺寸规格（ in ） 9 9 真空助力器助力比 5 5 真空助力器及制动主缸弹簧反力（ N） 262 262 真空助力器最大助力点输出力（ N） 2851.1 2851.1 驻车制动参数 驻车制动手柄杠杆比 7.1 7.1 驻车制动拉杆杠杆比 12 5.1 驻车系统机械效率 0.6 0.6 制动软管参数 制动软管膨胀率 （ml/m） 0.79 0.79 前制动软管长度 （mm）

12、384 384 后制动软管长度 （mm） 352 / 3 3.3.2 制动力分配曲线绘制及同步附着系数确定 前、后制动器制动力计算式： F1 p1d1 BF1R1 (5) F2 2 p2 d2 BF2R2 2re F1 F 1 F 2 (6) (7) 式中： 制动器制动力分配系数 F1 、F2 前、后制动器制动力， N； d1、 d2 前、后制动器分泵直径， mm； R1、 R2 前、后制动器有效半径， mm； BF1、 BF2 前、后制动器效能因数； re 前、后轮滚动半径， mm； p1、 p2 为前、后制动管路液压， MPa。 将前后制动器具体参数代入式( 7)，得 =0.7232。根据

13、 值绘制实际制动力分 配曲线(图 2) 0.4 0.3 I满 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 zf 图2 空、满载实际制动力分配曲线 根据式(3) 、式(4) 、式(5) 、式(6) 可以计算出不同 值( =0.1 、0.2 、0.3 1.0) 的前后制动器管路压力，根据计算结果绘制理想的空、满载管路压力(表 4) 表 4 理想的空、满载管路压力 附着系数 空载管路压力 (MPa) 满载管路压力 (MPa) 前轮 后轮 前轮 后轮 0.1 0.66578 1.08301 0.69856 1.54654 0.2 1.30468 1.9833

14、5 1.38028 2.88416 0.3 1.9867 2.77101 2.11517 4.08287 0.4 2.71185 3.446 2.90322 5.14267 0.5 3.48011 4.00831 3.74443 6.06356 0.6 4.2915 4.45795 4.63881 6.84554 0.7 5.14601 4.79492 5.58635 7.4886 0.8 6.04364 5.01922 6.58705 7.99275 0.9 6.98439 5.13084 7.64092 8.35799 1 7.96826 5.12979 8.74795 8.58432 由

15、同步附着系数公式： 得实际满载同步附着系数 得实际空载同步附着系数 L L2 hg 01 =0.9829 ，此时前、后轮同时抱死 02 =0.6356，此时前、后轮同时抱死 (8) 根据我国目前的道路情况，取 =0.8 作为常用路面附着系数 实际空载同步附着系数 02 =0.63560.6356 的路面上 将会出现后轮先抱死的情况， 不满足 GB21670-2008相关要求。 NA01配备了 ESP系统 ( 包含 ABS模块 ) 调节前后制动器制动力，当 ESP系统中 ABS模块起作用时，后轮趋 近于抱死但不会出现抱死状态 ，所以不会出现后轮先抱死的情况， 可以满足 GB21670-2008中

16、相关规定 实际满载同步附着系数 01 =0.98290.8 ，满足 GB21670-2008中相关规定 因此 NA01制动系统设计方案是合适的。 3.3.3 前、后轴利用附着系数曲线绘制 F 1 Gz (9) F 2 (1 )Gz (10) F 1f GL(L2 zhg) (11) F 2r GL (L1 zhg ) (12) 经整理得 (13) (14) zL L2 zhg (1 )zL L1 zhg 式中： f 、 r 利用附着系数； z制动强度； 实际制动力分配系数； L汽车轴距， m； hg汽车质心高度，； L1 质心至前轴中心线的距离，； L2 质心至后轴中心线的距离，。 将各参数代

17、入公式 (13) 、公式(14) ，按不同 z值(z=0.1 、0.2 、0.3 1.0)计算 出前、后轴利用附着系数 f 、 r (表 3) ，并根据该表格绘制制动强度 - 利用附着系数 曲线(图 3)。 表 5 前、后轴利用附着系数 数系着附 0.1 1 制动强度Z 00 00 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 8 65 3 0 Z 空载 f 空载 r 满载 f 满载 r 0.1 0.11914 0.07043 0.13634 0.05895 0.2 0.23002 0.14914 0.26175 0.12373 0.3 0.33347 0.2

18、3767 0.37749 0.19526 0.4 0.4302 0.33799 0.48464 0.27466 0.5 0.52086 0.45263 0.58412 0.36329 0.6 0.606 0.58487 0.67673 0.46287 0.7 0.68611 0.73911 0.76315 0.57555 0.8 0.76161 0.92135 0.84399 0.70412 0.9 0.8329 1.13995 0.91976 0.85216 1.0 0.90032 1.40703 0.99093 1.02449 图3 利用附着系数曲线 GB21670-2008规定：车辆在所

19、有载荷状态下， 当制动强度 z 处于 0.15 0.80 之 间时，后轴附着系数利用曲线不应该位于前轴上方，从图 3 可以看出，满载时符合 GB21670-2008要求；空载时，当 z0.6356( 空载同步附着系数 ) 时，后轴附着系数利 用曲线在前轴利用附着系数曲线上方，不满足 GB21670-2008的要求。 后轴利用附着系数曲线在前轴利用附着系数曲线上方，其实就是后轮先于前轮 抱死，而 NA01配备了 ESP系统(包含 ABS模块) 调节前后制动器制动力，当 ESP系统 中 ABS 模块起作用时，后轮趋近于抱死但不会出现抱死状态，所以不会出现后轮先 抱死的情况，可以满足 GB21670

20、-2008中相关规定。 GB21670-2008 规 定 ： 当 附 着 系 数 在 0.2 0.8 之 间 时 ， 制 动 强 度 z 0.1 0.7( 0.2)(图 3ECE法规线) 。从图 3可以看出，空满载时均满足要求。 所以， NA01制动系统设计方案是适宜的。 3.3.4 空、满载制动距离校核 GB 21670-2008 中 规 定 ： 初 速 度 100km/h ， 整 车 最 大 制 动 距 离 Smax 0.1v 0.006v2=70m，充分发出的平均减速度 dm 6.43m/s 2。 配有 ESP装置的制动系统，其充分发出的平均减速及制动距离计算公式如下： j= g (15

21、) S cv v2 /(2 j ) (16) 式中： c制动器起作用的时间，取 0.4( 一般取值为 0.3 0.5) ； v 制动初速度， v =100km/h(27.8m/s) 。 在良好的路面上 ( =0.8) ，配有 ESP的 NA01制动系统所能达到的充分发出的平 均减速度 jmax =0.8g=7.84m/s 26.43m/s 2，制动距离 S=60m70m。制动距离和充分发 出的平均减速度满足法规要求。 由表 4 可知，在 =0.8 的路面上， 当充分发出的平均减速度达到 0.8g 时，前后 轮趋近于抱死，此时最高管路压力达到 7.927MPa(满载) ，而通常管路压力最大值可

22、达到 10 12MPa，可以满足要求。 3.3.5 真空助力器失效时制动减速度校核 真空助力器失效时管路压力 : P=4( 1 i1F- Fi )/( DD) (17) 式中： P管路压力， MPa； 1制动踏板机械效率； i1 制动踏板杠杆比； F制动踏板力， 500N； D制动主缸直径， mm； Fi 真空助力器及制动主缸弹簧反力， N。 将各参数带入公式 (17) ，得真空助力器失效时管路压力 P=3.7897MPa。 经计算 , 前后轴制动力： 前轴制动力 F1=4596.21N； 后轴制动力 F2 =1759.02N。 满载制动减速度： j=( F1 +F2 )/m=4.217m/s

23、 2，大于法规 2.44m/s 2。 3.3.6 ESP 系统失效制动减速度校核 由表 4可知，在良好的路面上 ( =0.8) ，ESP系统完全失效时，空载后轮先抱死， 抱死时管路压力 P1=5.027MPa；满载时前轮先抱死，抱死时管路压力 P2=6.625MPa。 经计算，空载时前后轴制动力： 前轴制动力 F1=6038.03N； 后轴制动力 F2 =2310.82N。 空载制动减速度： j=( F1+F2 )/m=6.7113m/s 2，大于法规 3.86m/s 2。 经计算，满载前后轴制动力： 前轴制动力 F1=8012.9N； 后轴制动力 F2 =3066.6N。 满载制动减速度：

24、j=( F1 +F2 )/m=7.352m/s 2，大于法规 3.86m/s 2。 3.3.7 任一管路失效制动减速度校核 在良好的路面上 ( =0.8) ，配有 ESP的 NA01制动系统，任一管路失效时所能达 到的最大减速度 jmax =0.8g/2=3.92m/s 2，大于法规要求 2.44 m/s 2。 由表 4 可知，在 =0.8 的路面上， 当充分发出的平均减速度达到 0.8g 时，前后 轮趋近于抱死，此时最高管路压力达到 7.993MPa(满载) ，而通常管路压力最大值可 达到 10MPa 12MPa，可以满足要求。 3.3.8 制动踏板力校核 真空助力器最大助力点管路压力： P

25、max=4Fmax/(D D) (18) 式中： Pmax真空助力器最大助力点管路压力， MPa； Fmax真空助力器最大助力点输出力， N。 将各参数带入式 (18) 得 Pmax=8.5212MP。a 由表 4 可知，在良好的路面上 ( =0.8) ，配有 ESP的 NA01制动系统，满载时四 轮趋近抱死时管路压力为P=7.993MPa，小于真空助力器最大助力点管路压力 8.5212MPa。 制动踏板力为： D2P (19) F 4i1i 21 式中： F =174.79N 500N。 i2 真空助力器助力比。 具体参数带入式 (19) ，得： 制动踏板力满足要求。 3.3.9 制动主缸排

26、量校核 NA01制动系统的管路为 X型布置， 分别计算左前右后轮、 右前左后轮排液量和 主缸行程。 制动时一个前分泵排量 V1 ： V1 d12 (1 2 ) / 4 (20) 式中： d1 前分泵直径， mm； 1 前轮制动器摩擦片与制动盘间隙，取值 0.30mm； 2 分泵及摩擦片变形，取值 0.25mm。 制动时一个后分泵排量 V2 2 V2 d22(1 2) / 4 (21) 式中： d2 后分泵直径， mm； 1 后轮制动器摩擦片与制动盘间隙，取值 0.30mm； 2 分泵及摩擦片变形，取值 0.25mm。 将具体参数带入式 (20) 、(21) 得： V1 =1.26ml ； V2

27、 =0.5ml 。 前制动软管在压力下的极限膨胀量： V1 =0.79 384/1000=0.303ml 。 后制动软管在压力下的极限膨胀量： V1 =0.79 352/1000=0.278ml 。 前腔所需的排量： VfV1 V2 V1 V2 =2.341ml 。 后腔所需的排量： VrV1 V2 V1 V2=2.341ml 。 前腔制动时所需的制动主缸单腔行程： 2 l f 4Vf /(D2 ) =7mm18mm。 后腔制动时所需的制动主缸单腔行程： 2 lr 4Vr /(D2 ) =7mm18mm。 制动主缸排量满足制动系统排量要求。 3.3.10 制动踏板行程校核 制动主缸的有效工作行

28、程： Sm =7mm+7mm=14。mm 制动主缸推杆间隙和空行程： m =1.75mm。 踏板工作行程： XP i1(Sm m ) (22) 将各参数带入式( 22)，得： X P 3.4 (14+1.75)=53.6mm 0.8 120=96mm。 主缸一腔失效后踏板最大行程： X p i1(l m s) (23) 式中： s 失效腔的行程，最大行程 18mm； l 未失效腔对应的主缸工作行程。 选择失效行程和工作行程之和较大的一组数据，带入式 (23) ，得： X p=3.4 (7+1.75+18)=90.94mm 0.8 120=96mm。 GB7258-2004 规定，具有间隙自调装置的制动系统，制动踏板总行程不大于全 行程的五分之四，制动踏板行程符合标准要求。 3.3.11 驻车制动校核 a) 极限驻车坡度计算 汽车上、下坡驻