ATS-JLA-OTH-08-01-REP-004-制动系统设计报告

1、传真信函Fax / Mail会议纪要Meeting Mem变更申请Modification档案/报告/评审Doc/Rep/Review项目交付物DeliverableJOYLONG.JD08制动系统设计报告Designing Report of Braking SystemV1.02008-10-30编制：谭德高校对：审核：目 录1引言32设计参数32.1整车尺寸32.2整车质量参数32.3车轮参数42.4前、后制动器参数42.5驻车制动器参数42.6制动总泵及真空助力器参数43整车前、后制动力分配系数53.1汽车空、满载情况下前后轴法向反作用力变化情况53.2理想的前、后制动器制动力分配曲线

2、和线63.3利用附着系数和附着效率84制动减速度、制动距离、制动踏板力124.1发动机脱开的O型制动试验性能134.2发动机接合的O型制动试验性能144.3真空助力器失效后制动性能试验164.4应急制动性能175感载比例阀匹配185.1未装感载比例阀时前后轴油压分配185.2感载比例阀性能参数匹配196制动总泵、真空助力器、各制动器轮缸匹配及踏板行程216.1真空助力器的助力特性匹配216.2制动总泵与制动轮缸的匹配226.3制动踏板行程匹配227驻车制动效能及操纵机构与制动器的匹配237.1驻车制动效能237.2驻车制动操纵机构与制动器的匹配258结论259参考文献261 引言本匹配校核报告

3、依据ECE R13、GB12676-1999机动车运行安全条件和GB7258-2004汽车制动系统结构、性能和试验方法中相关要求进行了匹配分析。分析结果表明：² JD08车型制动系统的设计合理，满足设计要求；² 在保证各零部件制造水平的前提下，JD08车型的制动系统可以达到样车水平。2 设计参数JD08制动系统采用了前盘式、后鼓式制动器结构，驻车制动与后制动器同件。如图1-1。 图1-1 前、后制动系统布置图2.1 整车尺寸表2-1 整车尺寸整车长（mm）5380整车宽（mm）1880整车高（mm）2285轴距（mm）3110前轮距（mm）1655后轮距（mm16502.2

4、 整车质量参数表2-3 整车质量参数空载满载最大允许总质量总质量（kg）213033003450前轴轴荷（kg）119016101700后轴轴荷（kg）94016901750质心至后轴距离（mm）173815171532整车质心高度（mm）7788308102.3 车轮参数轮胎采用195/R15C的子午线轮胎；并配备5.5J×15轮辋。表2-4 轮胎参数轮胎外缘尺寸最大外径（mm）693±1%断面宽度（mm）196±3.5%静负荷半径（mm）323±7测试条件胎压（kPa）450轮辋型号5.5J×15滚动半径（mm）3372.4 前、后制动器参

5、数表2-3 前制动器参数制动盘外径×厚度(mm)有效半径(mm)轮缸直径(mm)衬片摩擦系数*摩擦衬片与制动盘间隙（单边）（mm）前制动器0.10.3表2-4 后制动器参数制动鼓直径(mm)有效半径(mm)轮缸直径(mm)行车制动效能因素制动蹄片与制动鼓间隙（单边）（mm）前制动器2.30.150.3*计算时取0.38。2.5 驻车制动器参数表2-5 驻车制动器参数制动鼓直径(mm)制动器型式驻车制动效能因素杠杆比蹄片间隙（单边）（mm）254领从蹄1.8685.60.15-0.32.6 制动总泵及真空助力器参数表2-6 制动总泵、真空助力器参数制动总泵真空助力器缸径(mm)行程(m

6、m)排量(ml)助力比助力饱和点20.64第一腔第二腔第一腔第二腔输入输出17.5336.59.59.8350N9.2MPa3 整车前、后制动力分配系数3.1 汽车空、满载情况下前后轴法向反作用力变化情况图3-1是汽车在制动时受力示意图。（忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力、旋转质量减速时产生的惯性力偶矩）图3-1 制动时的汽车受力图 由图3-1，分别对前、后轮接地点取力矩可得到： （3-1）由式3-1可计算出汽车在空、满载和最大允许载荷情况下，前、后轴法向反作用力随着制动强度改变时的变化情况。图3-2是本车的法向反作用力变化情况。图3-2 制动时地面对前、后轴法向反作用力的变化3.2 理想的

7、前、后制动器制动力分配曲线和线制动时，前后车轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均较为有利。由此可通过下式（3-2）求出空、满载和最大允许载荷情况下理想前后制动器制动力分配曲线。 （3-2）根据前、后制动器参数可得到汽车实际的前、后制动器制动力分配系数值。实际前、后制动器制动力可由式计算 （3-3）式中： 前后轮缸直径； 前后制动器有效半径；制动液压强； 滚动半径； 前衬片摩擦系数，取0.38 行车制动效能因素汽车实际的前、后制动器制动力分配系数为： （3-4）各种载荷下的同步附着系数可由下式计算得到（3-5）计算得到空载、满载、最大允许三种载荷下的同步附着系数分别为：0.68

8、79、0.9110、0.91501、 空载时前后制动器制动力分配情况（表3-1）；表3-1 空载时前后制动器制动力分配2、 满载时前后制动器制动力分配情况（表3-2）；表3-2 满载时前后制动器制动力分配3、 最大允许载荷时前后制动器制动力分配情况（表3-3）；表3-3 最大允许载荷时前后制动器制动力分配由表3-1、表3-2、表3-3中数据，绘出前、后制动器制动力分配曲线，如图3-3：图3-3 理想的前、后制动器制动力分配曲线（I线）和实际分配曲线（线）3.3 利用附着系数和附着效率利用（3-6）式可分别求出空、满载和最大允许载荷三种工况下汽车的利用附着系数： （3-6）利用（3-7）式可分别

9、求出空、满载和最大允许载荷三种工况下汽车的附着效率： （3-7）1、 空载时，利用附着系数和附着效率见表3-4；表3-4 利用附着系数和附着效率(空载)2、 满载时，利用附着系数和附着效率见表3-5；表3-5 利用附着系数和附着效率(满载)3、 最大允许载荷时，利用附着系数和附着效率见表3-6；表3-6 利用附着系数和附着效率(最大允许载荷)注：表3-4、3-5、3-6附着效率中大于1的参数没有意义，此时出现了前轮或后轮抱死。附着效率应取小于或等于1的参数。利用表3-4、表3-5、表3-6中数据可得到整车的利用附着系数曲线和附着效率曲线，见图3-4和图3-5。图3-4反映了在前面选取的值情况下

10、，汽车空、满载以及最大允许载荷工况下，前、后轮利用附着系数与制动强度的关系。欧洲ECE制动法规对前、后轮制动器制动力提出了明确的要求。在制动强度z=0.20.8之间，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着曲线的上方，且制动强度。由图3-4和图3-5可分析出：·满载、最大允许总重时能很好地满足欧洲ECE制动法规要求。空载时，部分（附着系数0.6880.8之间）不能完全满足欧洲ECE制动法规的要求，因此必需增加制动防抱死系统。·空载、满载、最大允许三种载荷下的同步附着系数分别为：0.6879、0.9110、0.9150。·整车的制动器制动力分配系数应在0.690.75之

11、间，值的大小取决于多方因素。一是制动器本身相关参数的序列化，二是整车布置空间，三是对附着效率和安全系数两方面平衡取向。当取较大的值时（本车取0.731），由图3-4和图3-5可见，同步附着系数也相应的大，如没有其它辅助装置的情况下，出现后轮先抱死的机会就小；而当取较小的值时，三种工况下利用附着系数曲线将比较接近曲线，且附着效率都比较高。图3-4 利用附着系数与制动强度的关系曲线图3-5 前、后轴附着效率曲线4 制动减速度、制动距离、制动踏板力以下三种工况计算中均不考虑ABS防抱死系统，同时要求制动时始终不出现任何一轴车轮抱死。制动器反应时间为0.35s，制动初速度为60km/h，制动器效率取0

12、.95，制动总泵效率取0.95，真空助力比为10，效率取0.95，制动踏板比2。制动减速度可由式4-1求得： （4-1）式中：路面附着系数；E附着效率。制动距离可由式4-2求得： （4-2）式中：制动器反应时间。制动液工作压强可由式4-3求得： （4-3）式中：汽车总质量制动踏板力可由式4-4求得： （4-4）式中：制动总泵直径；真空助力比；制动踏板杠杆比；制动系统效率。4.1 发动机脱开的O型制动试验性能根据GB/T 12676-1999中5.2.1.1条之规定：空、满载试验车辆分别按6.6.2.1a）和6.6.2.2a）规定的试验方法进行，在规定的车速下，各类车辆试验结果必须达到表4-1规

13、定的最低性能要求。表4-1车辆类型M1M2M3N1N2N3试验车制动橱速度，v，km/h806060806060制动距离Smax，m充分发出的平均减速度MFDDmin     m/s25.85最大控制力，N500700 由此，M2类汽车在干燥、平整的混泥土（附着系数为0.7）或具有相同附着系数的其他路面上制动性能应达到如下要求：空、满载工况下，初始速度为60km/h，制动减速度大于，制动距离不大于，制动踏板力不大于。1、空载时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力数据见表4-2；表4-2 空载时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力2、满载时制

14、动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力数据见表4-3；表4-3 满载时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力3、最大允许载荷时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力数据见表4-4；表4-4 最大允许载荷时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力由表4-1、表4-2、表4-3中附着系数为0.6栏的数据可分析出，整车即使在ABS不工作的情况下，制动减速度、制动距离和制动踏板力均能很好地满足国标GB12676的要求。4.2 发动机接合的O型制动试验性能根据GB/T 12676-1999中5.2.1.2中b）条之规定：空、满载试验车辆按6.6.2.1c）和6.6.2

15、.2c）规定的方法进行附加试验，试验的初始车速不得超过表2中规定的该类车的车速。各类车辆必须达到表4-5规定的最低性能要求。表4-5车辆类型M1M2M3N1N2N3试验车制动橱速度，v=80%Vmax但 km/h806060806060制动距离Smax，m充分发出的平均减速度MFDDmin     m/s25.04.0最大控制力，N500700由此，M2类汽车在干燥、平整的混泥土（附着系数为0.7）或具有相同附着系数的其他路面上制动性能应达到如下要求：空、满载工况下，初始速度为100 km/h，制动减速度大于，制动距离不大于，制动踏板力不大于。1、空载时制动减速度

16、、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力数据见表4-6；表4-6 空载时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力2、满载时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力数据见表4-7；表4-7 满载时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力3、最大允许载荷时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力数据见表4-8；表4-8 最大允许载荷时制动减速度、制动距离、制动液工作压强和制动踏板力由表4-6、表4-7、表4-8中附着系数为0.5栏的数据可分析出，整车即使在ABS不工作的情况下，制动减速度、制动距离和制动踏板力均能很好地满足国标GB12676的要求。4.3 真空助力器失

17、效后制动性能试验根据GB/T 12676-1999中5.2.2条之规定：行车制动系的传能装置若某一零部件失效，应按6.8.5规定方法进行试验，试验车制动初速度和剩余制动性能应达到表4-9的规定，试验中所加的控制力不得大于700N。由此，M2类汽车行车制动的传能装置失效并以60km/h初速度制动时，所加的控制力不得大于700N，制动性能应达到如下要求：满载时，制动减速度大于，制动距离不大于，空载时，制动减速度大于，制动距离不大于。表4-9车辆类型试验车制动初速度v，km/h满载制动距离Smax，m充分发出的平均减速度MFDD，m/s2空载载制动距离Smax，m充分发出的平均减速度MFDD，m/s

18、2M1801.71.5M2601.51.3M3601.51.5N1701.31.1N2501.31.1N3401.31.3当真空助力失效，制动踏板输入力为500N（国标GB12676试验要求操控力不大于700N）时，三种载荷时剩余制动效能参数见表4-10；表4-10 剩余制动效能表4-10中数据充分体现出汽车在传能装置真空助力器失效后能满足法规的要求。4.4 应急制动性能根据GB/T 12676-1999中5.2.6条之规定：应急制动系的制动性能应通过发动机脱开的O型试验来检验，试验初速度和性能要求见表4-11，按6.8的规定进行试验。由此，M2类应急制动系（本车为手动驻车）以60km/h初速

19、度制动时，所加的控制力不得大于600N，制动性能应达到如下要求：制动减速度大于，制动距离不大于。表4-11车辆类型试验车制动初速度v，km/h满载制动距离Smax，m充分发出的平均减速度MFDD，m/s2控制力max，N手控制脚控制M1802.9400500M2602.5600700M360N1702.2600700N250N340当采用驻车制动系统应急制动，且驻车手柄输入力为600N（国标GB12676试验要求操控力不大于600N）时，三种载荷下应急制动性能参数见表4-12；表4-12 应急制动性能由表4-12中数据可以看出，空载状态、满载和最大载荷状态下应急制动性能均可以满足法规的要求。5

20、 感载比例阀匹配5.1 未装感载比例阀时前后轴油压分配无感载比例阀工作情况下，空载、满载时前后轴油压分配情况如图5-1、5-2所示。图5-1 空载时前后制动器制动力分配情况（理想+实际）图5-2 满载时前后制动器制动力分配情况（理想+实际）由图5-1和5-2，该车未装感载比例阀时，在空载或一定载荷情况下制动会出现后轮先抱死这一危险工况。因此应考虑装载感载比例阀或（和）ABS。5.2 感载比例阀性能参数匹配如图5-3为感载比例阀特性曲线。图5-3 感载比例阀特性曲线现设定感载比例阀特性为空载折点压力为4.2MPa（±0.4MPa），满载为10.5MPa（±0.5MPa），减压

21、比为0.26。为此将空载折点压力3.8MPa、4.2MPa、4.60MPa三个参数下的前后制动力分配情况绘制在一起，如图5-4；而将空载折点压力10MPa、10.5MPa、11MPa三个参数下的前后制动力分配情况绘制在一起，如图5-5。图5-4 带感载比例阀空载时前后制动器制动力分配情况（理想+实际）图5-5 带感载比例阀满载时前后制动器制动力分配情况（理想+实际）由图5-4可得出，在设定空、满载折点压力下，当前配置（减压比0.26）的感载比例阀可以保证后轮始终不抱死，并与理想前后制动力分配曲线接近良好，可以保证整车具有良好制动性能。6 制动总泵、真空助力器、各制动器轮缸匹配及踏板行程6.1

22、真空助力器的助力特性匹配图6-1 真空助力器输入-输出特性曲线真空助力器的最大助力点时输出油压为9.2MPa，输入力为350N，踏板的杠杆比选值为2，此时踏板力为175N，踏板力推荐在200N250N范围内。如考虑机构的效率因素，此真空助力器的最大助力点和踏板杠杆比选择合理。同时对照表4-2、表4-3、表4-4中的数据，只有表4-3制动踏板力最后两项值超过了171N，即使ABS正常工作，在通常的水泥路面上（峰值附着系数为0.85）制动，能产生的最大减速度为时，制动踏板力也在180N左右。因此真空助力器的选型是合理的。6.2 制动总泵与制动轮缸的匹配样车采用制动总泵前腔（第二腔）控制后轮，后腔（

23、第一腔）控制前轮。根据制动器供应商提供的参数可做如下计算。前摩擦衬片与制动盘间隙取最大值0.3mm，后摩擦片与制动鼓间隙取最大：0.3mm，对应后轮缸活塞移动距离为：1.08mm一个前制动器克服间隙工作容量：一个后制动器克服间隙工作容量：国标GB16897-1997制动软管规定内径为3.2mm的正常膨胀软管在压力为10.3MPa下，膨胀量为2.59ml/m。本车各两根前制动软管的总长约为570mm，膨胀量为1.48ml。一根后制动软管的总长约为300mm，膨胀量为0.78ml。根据表4-4中制动最大强度时，前轮摩擦衬片所受的最大压强为7.2MPa，假定制动器摩擦衬片弹性系数为100m/8.5M

24、Pa，则产生的压缩量为0.085mm，对应需要前轮缸排量为0.59ml；假定后制动器摩擦片平均变形量为0.1mm，则对应后轮缸活塞移动距离为：0.72mm，对应需要后轮缸排量为0.28ml。总泵前腔接后制动器，后腔接前制动器，故：对应表2-6的总泵参数可知，制动总泵与各制动器轮缸的匹配合理。6.3 制动踏板行程匹配制动踏板的自由行程主要来自以下几方面：真空助力器空行程、摩擦块与制动器的间隙，制动软管膨胀造成的间隙等。前摩擦衬片与制动盘的间隙0.1mm折算到真空助力器推杆处行程为：前摩擦衬片与制动盘的间隙0.3mm折算到真空助力器推杆处行程为：后摩擦衬片与制动鼓的间隙0.15mm（对应后轮缸活塞

25、位移：0.54mm）折算到真空助力器推杆处行程为：后摩擦衬片与制动鼓的间隙0.3mm（对应后轮缸活塞位移：1.08mm）折算到真空助力器推杆处行程为：国家标准QC/T 307-1999真空助力器技术条件要求真空助力器输入推杆的空行程不大于2mm。因此制动踏板空行程为：产生最大制动力时，制动踏板因摩擦衬片的变形和制动软管的膨胀所产生的行程计算如下：制动踏板制动工作行程范围为：33.45mm51.36mm由制动总泵行程要求的制动踏板的总行程为：故：而踏板机构本身行程设计为：124mm108mm。GB 7258-2004机动车运行安全技术条件7.2.9规定：“液压行车制动在达到规定的制动效能时，踏板

26、行程不应大于踏板全行程的四分之三，制动器装有自动调整间隙装置的机动车的踏板行程不应大于踏板全行程的五分之四，且乘用车不应大于120mm，其他机车不应大于150mm”。上述计算制动踏板的制动行程时只考虑了其主要因素，由于机构间存在间隙，实际的行程比上述值稍大，但其值仍能很好地满足国家标准的要求。同时，由于摩擦衬片的磨损由制动器自动调整，不会对踏板行程造成影响。因此踏板行程设计满足国家标准的要求，同时空行程和制动行程匹配合理，不会造成整车制动粗糙和偏软现象。纵上所述，整个行车制动操纵机构设计合理。7 驻车制动效能及操纵机构与制动器的匹配7.1 驻车制动效能驻车制动器制动效能因数为1.868，杠杆比

27、为5.615，制动蹄半径127mm；驻车操纵机构杠杆比为6.5，拉索负载效率取0.7；国家标准GB 12676规定M2类汽车操纵力（手操纵）不大于600N。因此单边制动器制动蹄片的张开力为：单边制动器摩擦力矩为：推算到左右轮胎两侧对地面的摩擦力为：式中：0.337为轮胎静力半径。仅仅从驻车制动器效能方考虑汽车所能驻留的坡度为： （7-1）但驻车制动能力同时也受地面附着力的影响，下面分别讨论汽车在附着系数为0.7的上坡、下坡时地面提供后轮的附着力。如图7-1为汽车在上坡路驻车时的受力简图。上坡时汽车可能停驻的极限倾角为： （7-2）下坡时汽车可能停驻的极限倾角为： （7-3）汽车上坡停驻时的后轴

28、车轮附着力为： （7-4）下坡时汽车可能停驻的极限倾角为： （7-5）根据式7-1至7-5分别计算空载、满载和最大载荷状态下的汽车极限驻坡角度结果如表7-1。图 7-1 汽车在上坡路驻车时的受力简图表 7-1 最大驻车角度计算结果国家标准GB 12676中5.2.7.1条规定：“驻车制动系必须使满载车辆停在18坡道上（上坡或下坡）”；而GB7258-2004中7.3.13条规定：“在空载状态下，驻车制动装置应能保证机动车在坡度为 20%（对总质量为整备质量的 1.2 倍以下的机动车为 15%）、轮胎与路面间的附着系数不小于 0.7 的坡道上正、反两个方向保持固定不动，其时间不应少于 5 min

29、 ”。由表7-1的计算结果可知，即使在空载状态下，最大驻车的坡道斜度也达到了26.3%；而满载和最大载荷状态的最大驻车坡道斜度均大于33%。可见驻车系统设计完全满足国家法规要求，并留有富余，设计是合理的。7.2 驻车制动操纵机构与制动器的匹配操纵机构共23齿，其中第一、二齿之间间距为54mm，其余相邻两齿间距为5.73 mm。摩擦衬片与制动鼓单边间隙为0.150.3mm，同时考虑摩擦衬片和制动鼓的变形等因素，在计算时单边自由间隙取0.3mm，摩擦衬片平均变形取0.1mm；另驻车制动器杠杆比为5.615，驻车操纵机构杠杆比为6.5；前、后拉索的行程效率均取0.7。驻车制动器内拉丝行程为：此时，驻车手柄行程为考虑到驻车机构中的间隙存在，驻车手柄实际行程约110mm。因此，驻车手柄驻车齿数为：齿 故国家标准GB7258中7.4.3条规定：“驻车制动的控制装置的安装位置应适当，其操纵装置应有足够的储备行程（开关类操作装置除外），一般应在操纵装置全行程的三分之二以内产生规定的制动效能”。根据上述计算，驻车制动手柄的行程设计满足法规要求。8 结论JD08整车制动系统的设计和匹配结果，如表8-1，全面满足了GB 7258、GB 12676等制动相关国家标准的要求。表8-1 设计值、样车试验值与国家标准