畢業(yè)設計----液壓制動系統(tǒng)改進

1、<p><b>　　液壓制動系統(tǒng)改進</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　國內汽車市場迅速發(fā)展，而轎車是汽車發(fā)展的方向。然而隨著汽車保有量的增加，帶來的安全問題也越來越引起人們的注意，而制動系統(tǒng)則是汽車主動安全的重要系統(tǒng)之一。汽車制動系是用來以強制行駛中的汽車減速或停車、使下坡行駛的汽車車速保持穩(wěn)定以及

2、使已停駛的汽車在原地(包括在斜坡上)駐留不動的機構。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行車安全，汽車制動系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動性能良好、制動系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動力性能。調查顯示現有飛度轎車制動系統(tǒng)存在的制動力不足、制動踏板行程過長、后輪制動器制動水穩(wěn)定性差、制動遲鈍等問題。</p><p>　　以下是調查機構關于廣州本田飛度轎車制動安全性的調查統(tǒng)計表：

3、</p><p>　　注：此次調查參加人數：10000人次</p><p>　　2 制動系統(tǒng)基礎概述</p><p>　　2.1汽車制動系統(tǒng)應滿足如下要求：</p><p>　　1、能適應有關標準和法規(guī)的規(guī)定。各項性能指標除應滿足設計任務書的規(guī)定和國家標準、法規(guī)制定的有關要求外，也應考慮銷售對象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。我國的強制性標準是G

4、B12676-1999《汽車制動系結構、性能和試驗方法》、GB7258《機動車運行安全技術條件》。</p><p>　　2、具有足夠的制動效能，包括行車制動效能和駐坡制動效能。 行車制動效能是用在一定的制動初速度下或最大踏板力下的制動減速度和制動距離兩項指標來評定，它是制動性能最基本的評價指標。表1-1給出了歐、美、日等國的有關標準或法規(guī)對這兩項指標的規(guī)定。</p><p>　　表1-1

5、歐、美、日等國的制動效能標準</p><p><b>　　續(xù)表1-1</b></p><p>　　3、工作可靠。汽車至少應有行車制動和駐車制動兩套制動裝置，且它們的制動驅動機構應是各自獨立的。行車制動裝置的制動驅動機構至少應有兩套獨立的管路，當其中一套失效時，另一套應保證汽車制動效能不低于正常值的30%；駐車制動裝置應采用工作可靠的機械式制動驅動機構。</p&g

6、t;<p>　　4、制動效能的熱穩(wěn)定性好。汽車的高速制動、短時間內的頻繁重復制動，尤其是下長坡時的連續(xù)制動，都會引起制動器的溫升過快，溫度過高。特別是下長坡時的頻繁制動，可使制動器摩擦副的溫度達300℃～400℃，有時甚至高達700℃。此時，制動摩擦副的摩擦系數會急劇減小，使制動效能迅速下降而發(fā)生熱衰退現象。制動器發(fā)生熱衰退后，經過散熱、降溫和一定次數的和緩使用使摩擦表面得到磨合，其制動效能可重新恢復，這稱為熱恢復。提高摩

7、擦材料的高溫摩擦穩(wěn)定性，增大制動鼓、盤的熱容量，改善其散熱性或采用強制冷卻裝置，都是提高抗熱衰退的措施。一般要求在初速為最高車速的80%時，以約0.3g的減速度重復進行15～20次制動到初速度的1/2的衰退試驗后，其熱態(tài)制動效能應達到冷態(tài)制動效能的80%以上。</p><p>　　5、制動效能的水穩(wěn)定性好。制動器摩擦表面浸水后，會因水的潤滑作用使摩擦系數急劇減小而發(fā)生所謂的“水衰退”現象。一般規(guī)定在出水后反復制動

8、5～15次，即應恢復其制動效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢復迅速。也應防止泥沙、污物等進入制動器工作表面，否則會使制動效能降低并加速磨損。某些越野汽車為了防止水和泥沙侵入而采用封閉的制動器。 </p><p>　　6、制動時的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動，汽車都不應當失去操縱性和方向穩(wěn)定性。一般要求在進行制動效能試驗時，車輛的任何部位不得偏出3.7m的試驗道。為此，汽車前、后輪制動器的制動力矩應有適當

9、的比例，最好能隨各軸間載荷轉移情況而變化；同一軸上左、右車輪制動器的制動力矩應相同。否則當前輪抱死而側滑時，將失去操縱性；后輪抱死而側滑甩尾，會失去方向穩(wěn)定性；當左、右輪的制動力矩差值超過15%時，會發(fā)生制動時汽車跑偏。</p><p>　　7、制動踏板和手柄的位置和行程符合人機工程學要求，即操作方便性好，操縱輕便，舒適，能減少疲勞。踏板行程：對轎車應不大于150mm；對貨車應不大于170mm，其中考慮了摩擦襯片

10、或襯塊的容許磨損量。制動手柄行程應不大于160～200mm。各國法規(guī)規(guī)定，制動的最大踏板力一般為500N(轎車) ～700N(貨車)。設計時，緊急制動(約占制動總次數的5%～10%)踏板力的選取范圍：轎車為200～300N；貨車為350～550N，采用伺服制動或動力制動裝置時取其小值。應急制動時的手柄拉力以不大于400～500N為宜；駐車制動的手柄拉力應不大于500N(轎車) ～700N(貨車)。</p><p>

11、;　　8、作用滯后的時間要盡可能地短，包括從制動踏板開始動作至達到給定制動效能水平所需的時間(制動滯后時間)和從放開踏板至完全解除制動的時間(解除制動滯后時間)。一般要求這個時間盡可能短，對于氣制動車輛不得超過0.6s，對于汽車列車不得超過0.8s。</p><p>　　9、制動時制動系噪聲盡可能小，且無異常聲響。 </p><p>　　10、與懸架、轉向裝置不產生運動干涉，在車輪跳動或汽

12、車轉向時不會引起自行制動。</p><p>　　11、制動系中應有音響或光信號等警報裝置以便能及時發(fā)現制動驅動機件的故障和功能失效；制動系中也應有必要的安全裝置，例如一旦主、掛車之間的連接制動管路損壞，應有防止壓縮空氣繼續(xù)漏失的裝置；在行駛過程中掛車一旦脫掛，亦應有安全裝置驅使駐車制動將其停駐。</p><p>　　12、能全天候使用，氣溫高時液壓制動管路不應有氣阻現象；氣溫低時氣制動管路

13、不應出現結冰</p><p>　　13、制動系的機件應使用壽命長、制造成本低；對摩擦材料的選擇也應考慮到環(huán)保要求，應力求減小制動時飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維[1]。</p><p>　　2.2汽車制動系統(tǒng)的組成：</p><p>　　1、供能裝置：也就是制動能源，包括供給、調節(jié)制動所需能量以及各個部件，產生制動能量的部分稱為制動能源。</p>

14、<p>　　2、控制裝置：包括產生制動動作和控制制動效果的部件。</p><p>　　3、傳動裝置：包括把制動能量傳遞到制動器的各個部件。</p><p>　　4、制動器：產生阻礙車輛運動或者運動趨勢的力的部件，也包括輔助制動系統(tǒng)中的部件。</p><p>　　2.3汽車制動器的分類：</p><p>　　制動器是制動系統(tǒng)的主要組成

15、部分，目前汽車制動器基本都是摩擦式制動器，按照摩擦副中旋轉元件的不同，分為鼓式和盤式兩大類制動器。</p><p>　　鼓式制動器又有領從蹄式、雙領蹄式、雙向雙領蹄式、雙從蹄式、單向自增力式、雙向自增力式制動器等結構型式。盤式制動器有固定鉗式，浮動鉗式，浮動鉗式包括滑動鉗式和擺動鉗盤式兩種型式。滑動鉗式是目前使用廣泛的一種盤式制動器。由于盤式制動器熱和水穩(wěn)定性以及抗衰減性能較鼓式制動器好，可靠性和安全性也好，而得

16、到廣泛應用。但是盤式制動器效能低，無法完全防止塵污和銹蝕，兼做駐車制動時需要較為復雜的手驅動機構，因而在后輪上的應用受到限制，很多車是采用前盤后鼓的制動系統(tǒng)組成。設計課題是對飛度轎車的前制動器的改進設計，飛度的是前盤后鼓形式的，前制動器是盤式制動器。</p><p>　　與鼓式制動器相比，盤式制動器有下列的優(yōu)點：</p><p>　　熱穩(wěn)定性較好。這是因為制動盤對摩擦襯塊無摩擦增力作用；另

17、外，制動摩擦襯塊的尺寸不大，其工作表面的面積僅為制動盤面積的12％～16％，故散熱性好。</p><p>　　水穩(wěn)定性好。這是因為制動襯塊對制動盤的單位壓力高，易將沾附的水擠出，同時離心力也易于將沾水甩掉，再加上襯塊對制動盤的擦拭作用，制動器出水后只需一兩次制動即能恢復正常；而鼓式制動器則需要經過甚至十余次制動方能恢復正常的制動效能。</p><p>　　制動穩(wěn)定性好。由于盤式制動器的制動

18、力矩與其制動油缸的活塞推力及摩擦系數成線性關系，還由于無自行增勢作用，因此在制動過程中制動力矩增長較和緩，與鼓式制動器相比，能保證高的制動穩(wěn)定性。</p><p>　　制動力矩與汽車前進和后退等行駛狀態(tài)無關。</p><p>　　在輸出同樣大小制動力矩條件下，盤式制動器的結構尺寸和質量比鼓式的要小。</p><p>　　盤式制動器的摩擦襯塊比鼓式制動器的摩擦襯塊在磨

19、損后更易更換，結構也較簡單，維修、保養(yǎng)容易。</p><p>　　制動盤與摩擦襯塊間的間隙?。?.05mm~0.15mm），因此縮短了油缸活塞的操作時間，并使制動驅動機構的力傳動比有增大的可能。</p><p>　　制動盤的膨脹不會像制動鼓熱膨脹那樣引起制動踏板行程損失，這也使得間隙自動調整裝置的設計可以簡化。</p><p>　　易于構成多回路制動驅動系統(tǒng)，使系統(tǒng)

20、有較好的可靠性與安全性，以保證汽車在任何車速下各車輪都能均勻一致地平穩(wěn)制動。</p><p>　　能方便地實現制動器磨損報警，以便能及時地更換摩擦襯塊。</p><p>　　但盤式制動器主要缺點是難于完全防止塵污和銹蝕（但封閉的多片全盤式制動器除外）；兼作駐車制動器時，所需附加的駐車制動機構較復雜，因此，有的汽車采用前輪為盤式后輪為鼓式的制動系統(tǒng)；另外，由于無自行增力作用，制動效能較低，中

21、型轎車若采用時需有加力裝置。</p><p>　　3.盤式液壓制動系統(tǒng)綜述</p><p>　　飛度轎車制動系統(tǒng)采用的是液壓制動系統(tǒng)。汽車制動時制動踏板施加的動力是通過制動液傳遞。隨著汽車技術的提高和高速公路的發(fā)展，為滿足汽車制動性能的要求現在許多轎車四個車輪都應用了盤式制動器，盤式制動器裝在輪轂上，與車輪和輪胎一起轉動。當駕駛員進行制動時，用主缸的液壓壓力推動分缸活塞帶動襯片的制動蹄（也

22、稱為制動摩擦塊），制動摩擦塊壓制動盤，讓它停止運動。</p><p>　　3.1液壓制動系統(tǒng)的工作原理 </p><p>　　作為制動能源的駕駛員所提供的控制力，控制力通過作為制動踏板機構制動主缸。當踩下制動踏板，制動主缸即將制動液經油管壓入前、后制動輪缸,將制動摩擦塊推向制動盤。在制動間隙消失之前，管路中的油壓不可能很高，僅足以平衡制動蹄復位彈簧的張力以及油液在管路中的流動阻力。在制

23、動器間隙消失并開始產生制動力矩時，液壓與踏板力方能繼續(xù)增長，直到完全制動。從開始制動到完全制動的過程中，由于液壓的作用下，油管（主要是橡膠軟管）的彈性膨脹變形和摩擦元件的彈性壓縮變形，踏板和輪缸活塞都可以繼續(xù)移動一段距離。放開制動踏板，制動蹄和輪缸活塞在復位彈簧的作用下復位，將制動液壓回主缸，制動解除。</p><p>　　3.2制動盤、輪轂和軸承</p><p>　　盤式制動器的制動盤有

24、兩個主要部分：輪轂和制動表面。輪轂是安裝在車輪的部位，內裝有軸承。制動表面是制動盤兩側的加工表面。它被加工得很仔細，為制動摩擦塊提供摩擦接觸面。整個制動盤一般由鑄鐵鑄成。鑄鐵能提供優(yōu)良的摩擦面。制動盤裝車輪的一側稱為外側，另一側朝向車輛中心，稱為內側。</p><p>　　制動盤表面大小有盤的直徑決定。大型車需要較多的制動能，它的制動盤直徑達30cm或更大些。較小較輕的車用較小的制動盤。通常，制造商在保持有效的制

25、動性能的情況下，盡可能將零件做得小些、輕些。</p><p>　　按輪轂結構分類，制動盤有兩種常用形式。帶轂的制動盤有個整體式轂。在這種結構中，輪轂與制動盤的其余部分鑄成單體。</p><p>　　另一種形式輪轂與盤制成兩個獨立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車輪凸耳螺栓通過輪轂，再通過制動盤裝配。這種形式的優(yōu)點是制動盤便宜些。制動面磨損超過加工極限時能更容易更換。</p><

26、;p>　　制動盤可能是整體式的或者是能通風的。通風的制動盤在兩個制動表面之間鑄成有冷卻葉片。這種結構使制動盤鑄件顯著地增加了冷卻面積。車輪轉動時，盤內扇形葉片的旋轉增加了空氣循環(huán)，有效地冷卻制動器。</p><p>　　制動盤內側面有一金屬擋泥板，用螺栓固定到轉向節(jié)上，保護制動盤防泥水飛濺。制動輪外側有車輪作防護。擋泥板和車輪對引導空氣到制動盤幫助冷卻也是很重要的。</p><p>

27、　　制動盤轂內含有車輪軸承。后輪驅動汽車的前輪和前輪驅動汽車的后輪常常用兩個圓錐滾柱軸承支持。圓錐滾柱軸承有兩個主要零件：錐軸承內圈和外圈。錐軸承內圈由由若干淬火鋼制圓錐滾柱組成，滾柱騎在內圈上，并由保持架保持在一起。外圈壓裝在轂內，錐軸承內圈裝入外圈。這樣提供兩個表面，內圈和外圈，供滾柱滾動。</p><p>　　制動盤和轂必須能在轉向節(jié)軸上自由轉動。大的圓錐滾柱軸承裝在內側的轂與軸之間。小圓錐滾柱軸承裝在外側

28、的轂與軸之間。軸承用推力墊圈、螺母、鎖緊螺母以及開口銷保持定位。防塵蓋蓋住該組件，保持塵土進不去，潤滑脂出不來。內側的密封圈防止?jié)櫥纱艘绯觥?lt;/p><p>　　3.3制動摩擦襯塊組件</p><p>　　每個制動鉗包含兩個制動摩擦襯塊組件。制動鉗活塞推動制動摩擦襯塊的摩擦材料壓緊制動盤的制動表面使車輛停車。摩擦塊裝在卡鉗內，位于制動盤兩側。最接近車輛中心線的摩擦襯塊稱為內襯片，另一個

29、稱為外蹄和外襯片。</p><p>　　制動摩擦塊由兩個部分組成。鍛壓成形的金屬底板和鉚接的摩擦襯片。摩擦襯片用鉚接、粘貼或者組合使用鉚接和粘貼辦法附著在金屬底板上。</p><p>　　用于盤式制動摩擦塊的摩擦材料比用于鼓式制動蹄的摩擦材料硬得多。這是因為摩擦襯塊推壓、接觸制動盤的摩擦面積小些，所以壓力非常高。</p><p>　　用于制作摩擦襯塊的摩擦材料有四種

30、常用類型：石棉、非金屬有機物、半金屬和金屬。石棉制動摩擦襯塊由石棉混合物經粘接劑凝固而形成。石棉對健康有害，該項材料已經禁止生產。它已被用樹脂膠結劑膠結在一起的有機物所取代。金屬可摻入有機混合物中制成半金屬摩擦材料。有些重載荷制動需要使用全金屬制動襯片，如比賽用車。</p><p>　　當更換制動摩擦塊時，必須很細心，要采用推薦的摩擦材料。摩擦材料不正確會影響車輛的制動性能。有時，規(guī)定內摩擦襯塊和外摩擦襯塊用不同

31、的摩擦材料，有助力器的車輛常常有此規(guī)定。</p><p>　　觀察新摩擦塊邊上印的號碼，能辨認新制動摩擦塊的摩擦材料。這種代碼稱為汽車摩擦材料邊緣代碼。邊緣代碼中字母與數字可與制動零件目錄中譯碼表作比較，以確定是否符合該車推薦的摩擦材料。</p><p>　　摩擦塊裝進制動鉗內保持正確的位置要靠金屬底板端部的成形定位凸耳。有些摩擦塊用固定銷穿過金屬底板的孔來保持正確位置。許多摩擦塊裝有防震

32、夾或支撐夾，這種彈簧鋼制成的夾子在摩擦塊因顫動不接觸制動盤時保持繼續(xù)接觸。這種小零件稱為卡夾，在摩擦塊更換時它也要更換。</p><p>　　3.4制動鉗的基本零件和工作</p><p>　　制動卡鉗的作用是提供推動摩擦塊壓緊制動盤表面所需的液壓力。它也安放和支撐摩擦塊。制動鉗裝在制動盤上。</p><p>　　制動鉗至少有一個裝在活塞缸筒內的大液壓活塞（也有多個活

33、塞）?；钊３Ｊ卿撝频?，并且鍍鉻以使表面很硬及很耐用?；钊ǔＪ侵锌盏囊詼p輕重量。有些廠家采用塑料活塞。酚醛樹脂活塞比鋼的輕很多，提供更輕的制動系統(tǒng)。酚醛樹脂活塞的絕熱性好，防止將熱量傳給制動器。</p><p>　　活塞工作過程：制動器松開時，制動盤的制動表面與摩擦塊之間的間隙很小；制動時，液壓壓力進入活塞右面的制動鉗殼體。較大的卡鉗活塞以很大的力移向制動盤，迫使緊靠著活塞的摩擦塊壓緊制動盤。制動卡鉗還移動并迫

34、使另一摩擦襯塊壓緊制動盤的另一側。</p><p>　　制動期間，活塞的液壓力增加，作用在活塞底部和缸筒底部的壓力相等的。施加到缸筒底部的壓力迫使制動卡鉗在安裝螺栓上向內（車的縱軸線）滑動。由于制動卡鉗是整體的，這個運動造成制動卡鉗的外側部分施加壓力到外側摩擦塊的背部，迫使襯片壓緊制動盤的外表面。當管路液壓力提高，摩擦塊與襯片被增加的力壓緊制動盤表面，使車輛停車。</p><p>　　制動

35、與不制動，實際上壓力引起制動卡鉗和活塞的運動非常小。制動力解除時，活塞和制動卡鉗只不過松弛到松開位置。在松開位置，摩擦塊與制動盤表面距離很小。摩擦塊不接觸制動盤并沒有采用回位彈簧，這由制動卡鉗活塞的密封圈來完成。制動時，活塞密封圈變形，或受液壓而彎曲。壓力解除時，密封圈變形復原，拉回活塞和襯片。</p><p>　　由于摩擦襯塊磨損，朝向車的方向活塞要移出缸筒的距離與制動卡鉗要重新調正自己在安裝螺栓上位置的距離相

36、等的。這樣，摩擦塊與制動盤表面始終保持相同的關系[2]。</p><p>　　3.5 串列雙腔主缸：</p><p>　　為了提高汽車行駛的安全性，并根據交通法規(guī)的要求，現代汽車的行駛制動系統(tǒng)都采用了雙回路制動系統(tǒng)。也就是采用串列雙腔主缸組成的雙回路液壓制動系統(tǒng)。目前采用雙回路液壓制動系統(tǒng)的幾乎都是伺服制動系統(tǒng)（也就是本田飛度采用的制動系統(tǒng)）。主缸相當于兩個單腔制動主缸串聯在一起而構成

37、，儲液罐中的油經每一腔的空心螺栓和各自的旁通孔、補償孔流入主缸前、后腔。在主缸前、后腔內產生的液壓分別經各自的出油閥和各自的管路傳到前、后輪制動器的輪缸。</p><p>　　當踩下制動踏板時，踏板傳動機構通過推桿推動后缸活塞前移，到皮碗掩蓋住旁通孔后，此腔油壓升高。在后腔油壓和后缸彈簧力的作用下，推動前缸活塞向前移動，前腔壓力也隨之升高。當繼續(xù)下踩制動踏板時，前、后腔的油壓繼續(xù)升高，使前、后輪制動器制動。撤除踏

38、板力后，制動踏板機構、主缸前后腔活塞和輪缸活塞，在各自的復位彈簧作用下回位，管路中的制動液借其壓力推開回油閥門流回主缸。于是解除制動。</p><p><b>　　4 設計分析</b></p><p>　　4.1飛度制動系統(tǒng)分析:</p><p>　　飛度家用轎車使用的是前盤式后鼓式的制動形式。而普遍車主對飛度制動系統(tǒng)都有一致的看法，就是制動偏

39、軟、制動反應速度慢、制動力不足，后輪制動器維護難。在制動力不足的情況下，遇到緊急剎車的時候發(fā)生意外的可能性就會提高。據統(tǒng)計后輪鼓式制動器維護成本比前輪盤式制動器高出10%。所以本設計要改進飛度轎車的前、后制動器。</p><p>　　由于近年來車消費者對安全的日益重視，大部分的車都已將ABS列為標準配備。飛度本身也配備ABS（防抱死系統(tǒng)）。如果沒有ABS，緊急制動通常會造成輪胎抱死。這時，滾動摩擦變成滑動摩擦，地

40、面制動力下降。而且如果前輪抱死，車輛就失去了轉向控制能力；如果后輪先抱死，車輛容易產生側滑引發(fā)交通事故。所以，ABS系統(tǒng)通過電子與機械相配合控制，迅速準確的控制制動液壓力的收放，使汽車無限靠近車輪抱死的臨界點防止車輪抱死，充分利用制動力確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉向控制能力，使車輛在緊急制動時也具有躲避障礙的能力。</p><p>　　如果汽車車輪在制動時抱死，汽車能得到的側向附著力是最小的。這時，由于

41、路面附著系數的不平衡、汽車本身制動力的不平衡、懸架的不平衡、汽車輪胎氣壓、路面彎度、顛簸或坡度等因素都可能會使汽車發(fā)生側滑、甩尾或失控。另外，由于車輛前輪抱死，汽車會失去轉向控制能力。一個性能優(yōu)良的汽車防抱死制動系統(tǒng)，在制動時能夠將汽車車輪的滑移率控制在20%～30%之間，車輪在這種狀態(tài)下，能兼顧相對最大的縱向制動力和橫向抓地力，有效地保證車輛不會發(fā)生失控狀況。另外，在前輪不抱死的情況下，由于有一定的抓地力，汽車還可以按照駕駛員的意愿進

42、行轉向，從而控制車輛。為了將車輪滑移率控制在理想狀態(tài)下，追求車輛的穩(wěn)定性，可能會犧牲一些縱向的制動力。所以，ABS起作用時，不是在所有路面上制動距離都會縮短。</p><p>　　飛度轎車之所以制動偏軟，難道就是ABS的作用？從上述的文字可以看到，ABS的作用旨在防止車輪抱死，從而在緊急制動中使車輛獲得良好的操控性。很明顯，ABS對于飛度的制動系統(tǒng)來說是一種輔助，與其說是ABS使飛度的制動偏軟，不如從制動器的根本

43、來改善它的制動效果。</p><p>　　改進盤式制動器的主要參數確定如下：</p><p>　　制動盤直徑D：制動盤直徑D盡量大些，這時制動盤的有效半徑得以增大，就可以降低制動鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動盤直徑受輪圈直徑的限制。通常，制動盤的直徑選擇為輪圈直徑的70％～79％，而總質量大于2t的汽車應取其上限。</p><p>　　制動盤厚

44、度h：制動盤厚度h直接影響著制動盤質量和工作時的溫升。為使質量不至太大，制動盤厚度應取得適當小些；為降低制動工作時的溫升，制動盤厚度又不宜過小。制動盤可以制成實心的，而為了通風散熱，又可在制動盤的兩工作面之間鑄出通風道。通常，實心制動盤厚度可取為10mm～20mm；具有通風孔道的制動盤的工作面之間的尺寸，即制動盤的厚度取為20mm～50mm，但多采用20mm～30mm。</p><p>　　摩擦襯塊內半徑R和外半

45、徑R：推薦摩擦襯塊的外半徑R與內半徑R的比值不大于1.5.若此比值偏大，工作時摩擦襯塊外緣與內緣的圓周速度相差較大，則其磨損就不均勻，接觸面積將較小，最終會導致制動力矩變化大。</p><p>　　摩擦襯塊工作面積A：推薦根據制動摩擦襯塊單位工作面積占有的汽車質量在1.6kg/cm～3.5kg/ cm范圍內。</p><p>　　摩擦襯塊摩擦系數：選取摩擦襯塊時，不僅希望其摩擦系數要高些，

46、而且還要求其熱穩(wěn)定性好，受溫度和壓力的影響小。不宜單純地追求摩擦材料的高摩擦系數，應提高對摩擦系數的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數偏離正常值的敏感性要求。各種制動器用摩擦材料的摩擦系數的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數者可達0.7。一般來說，摩擦系數越高的材料，其耐磨性越差。所以，在制動器設計時，并非一定要追求高摩擦系數的材料當前國產的制動摩擦塊材料在溫度低于250℃時，保持摩擦系數＝0.35～0.40已不成問題。因此，在假設的理想條件下計

47、算制動器的制動力矩，取＝0.3可使計算結果接近實際值[3]。</p><p>　　以上是設計盤式制動器的一些數據選取范圍要求。改進飛度轎車制動偏軟、制動反應速度慢、制動力不足，后輪制動器維護難，可以從以下幾方面著手改進設計。</p><p>　　表4-1 一些國產汽車前輪制動器的主要參數</p><p>　　制動盤：增大制動盤的尺寸。由于飛度的原裝輪圈是15寸的，所

48、以決定了制動盤尺寸比較小，制動盤的有效制動直徑不大，導致車輪制動力不足。</p><p>　　制動分泵：也就是制動卡鉗。通常的改進方法就是增加它的制動活塞數量，增加摩擦襯塊壓在摩擦盤的作用力，同時可以使作用在摩擦襯塊上的壓力更均勻。</p><p>　　制動摩擦襯塊：提高摩擦襯塊的性能。通常搭載在量產型車上的剎車皮都是比較一般的產品，增大其半徑可以簡單的提高它的制動效能。</p>

49、;<p>　　把后輪鼓式制動器換成盤式制動器。</p><p><b>　　4.2設計方案:</b></p><p>　　通過加大制動盤直徑D，這時制動盤的有效半徑得以增加，提高了車輪制動力。增加制動盤尺寸同時需要更改制動分泵還有制動鉗才能達到最佳效果。</p><p>　　將原來后輪鼓式制動器改換成盤式制動器，鼓式制動器水穩(wěn)定性

50、不如盤式制動器且盤式制動器制動反應靈敏。</p><p>　　改進制動分泵的方法來增加制動力，改進方法是增加制動活塞的數量或加大分泵的尺寸。</p><p>　　加大摩擦襯塊可以加大摩擦片與制動盤的接觸面增加摩擦力，提高汽車制動效果。</p><p>　　優(yōu)化制動主缸，可以使制動更靈敏。</p><p>　　改進制動踏板，減少制動踏板行程過大

51、。</p><p><b>　　5 改進設計</b></p><p><b>　　5.1計算說明:</b></p><p>　　現有飛度轎車的實際參數：</p><p>　　長×寬×高\3900×1695×1525(cm)</p><p&g

52、t;<b>　　軸距\2500cm</b></p><p>　　最小離地間隙\155cm</p><p>　　前輪胎規(guī)格\175/65 R15 </p><p>　　后輪胎規(guī)格\175/65 R15</p><p>　　車身重量\1039kg 空載：1550kg \滿載：2000kg</p><p

53、>　　汽車質心離前軸的距離L=1200cm 汽車質心離后軸的距離L=1300cm</p><p>　　汽車質心高度：空載h=95cm \滿載h=85cm</p><p>　　汽車所受重力G=mg=1039 kg</p><p>　　在忽略路面對車輪的滾動阻力矩和汽車回轉質量的慣性力矩的條件下飛度轎車達到最佳制動效果是所需的后軸和前軸的最大制動力矩為：</

54、p><p>　　(5.1) (5.2)</p><p>　　=0.66）×0.7×97 =</p><p>　　=208 N.m =459 N.m</p><p>　　即： 前輪雙輪制動力 (5.3) </p

55、><p>　　后輪雙輪制動力 (5.4)</p><p>　　=97mm ---------車輪有效半徑 </p><p>　　--------該車所能遇到的最大附著系數</p><p>　　--------- 制動強度 </p><p>　　-------汽車制動器制動力分配系數</p>&l

56、t;p>　　圖5.1(a) 圖5.1(b)</p><p>　　盤式制動器的計算用簡圖5.1（a）所示，今假設襯塊的摩擦表面與制動盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動器的制動力矩為</p><p><b>　　(5.5)</b></p><p>　　其中：----摩擦系數；</p>

57、;<p>　　N----單側制動塊對制動盤的壓緊力：</p><p>　　R----作用半徑：</p><p>　　對于常見的扇形摩擦襯塊，如果其徑向尺寸不大，則取R為平均半徑，平均半徑為</p><p><b>　　(5.6)</b></p><p>　　式中：和分別為扇形摩擦塊的內半徑和外半徑，如圖5.

58、1（b） [4]</p><p>　　根據公式的計算，在任一單元面積上的摩擦力對制動盤中心的力矩為，式中q為襯塊與制動盤之間的單位面積上的壓力，則單側制動塊作用于制動盤上的制動力矩為： </p><p><b>　　(5.7)</b></p><p>　　單側襯塊給予制動盤的總摩擦力為:</p><p>&

59、lt;b>　　(5.8)</b></p><p><b>　　得有效半徑為:</b></p><p><b>　　(5.9)</b></p><p><b>　　5．2前制動盤設計</b></p><p>　　5.2.1前制動盤受力分析計算：</p>

60、;<p>　　飛度的前輪制動盤原直徑D’為230mm,輪輞直徑為300mm。</p><p>　　而通過了解和的尺寸分別為70mm和100mm，其制動有效半徑的計算如下：</p><p><b>　　(5.10)</b></p><p>　　前面已經提及過，摩擦系數在理想條件下可以為，單側制動塊對制動盤的壓緊力N=1000N。&l

61、t;/p><p>　　飛度盤式制動器的制動力矩為：</p><p><b>　　(5.11)</b></p><p>　　得出結果是飛度原來的盤式制動器的制動力矩為516N·m</p><p>　　5.2.2前制動盤改進設想 </p><p>　　現把制動盤的直徑D加大為235mm ， 符合

62、70%到79%之間的范圍</p><p>　　制動盤厚度h原為10mm，現改為h=12mm</p><p>　　考慮到飛度前制動器的直徑已經改為235mm，所以摩擦襯塊的尺寸不能增加太大，先嘗試把的尺寸加大10mm。得出mm，mm。計算如下： </p><p><b>　　(5.12)</b></p><p>　

63、　計算制動盤的有效力矩：</p><p><b>　　(5.13)</b></p><p>　　改進后的前制動器的制動力矩為548.6N·m，比飛度原來的制動力矩516 N·m大，而且大于</p><p>　　通過計算證明：增大制動盤的直徑D、制動盤厚度h、摩擦襯塊的尺寸使其制動盤的有效制動半徑增大，提高其制動力矩，是增強制

64、動力的簡單而有效的方法。說明改進設計達到了增強制動力的效果。</p><p>　　5．3后制動器改進設計：</p><p>　　后制動器的改進主要是將原來的鼓式制動器改成盤式制動器，但是后制動器的尺寸要求與前制動器不一樣。由式（5.1）（5.2）（5.3）（5.4）得出飛度轎車后軸最大制動力＜前軸最大制動力.</p><p>　　根據的要求按照以上設計前制動器的步驟

65、就可以設計出后輪制動器。</p><p>　　5．4前輪制動器輪缸的改進設計計算</p><p>　　5.4.1前輪制動器輪缸直徑與工作容積的設計計算：</p><p>　　制動輪缸對制動塊的作用力P與輪缸直徑及制動輪缸中的液壓p之間有如下關系式：</p><p>　　根據公式 （5.14）&l

66、t;/p><p>　　式中：p——考慮到制動力調節(jié)裝置作用下的輪缸或灌錄液壓，p=8Mpa～12Mpa.</p><p><b>　　取p=10Mpa</b></p><p>　　查FIT轎車使用與維護手冊得</p><p><b>　　P=7065N</b></p><p>&

67、lt;b>　　=30mm</b></p><p>　　根據GB7524-87標準規(guī)定的尺寸中選取,因此輪缸直徑為30mm。</p><p><b>　　一個輪缸的工作容積</b></p><p>　　根據公式 （5.15）</p><p>　　式中：——一個輪

68、缸活塞的直徑；</p><p>　　n ——輪缸活塞的數目；</p><p>　　δ——一個輪缸完全制動時的行程：</p><p>　　初步設計時δ可取2mm-2.5mm</p><p><b>　　δ=2mm</b></p><p>　　——消除制動蹄與制動鼓間的間隙所需的輪缸活塞行程。<

69、/p><p>　　——由于摩擦襯片變形而引起的輪缸活塞。</p><p>　　，——分別為鼓式制動器的變形與制動鼓的變形而引起的輪缸活塞行程。</p><p>　　得一個輪缸的工作容積=2826mm</p><p>　　原輪缸工作容積V=2796 mm</p><p>　　5.4.2前輪盤式制動器液壓驅動機構計算</

70、p><p>　　1、前輪制動輪缸直徑與工作容積的設計計算</p><p>　　根據公式 （5-16）</p><p>　　式中：p——考慮到制動力調節(jié)裝置作用下的輪缸或灌錄液壓，p=8Mp～12Mp.取p=10Mp</p><p>　　查FIT轎車使用與維護手冊得</p><p&g

71、t;<b>　　P=19625N</b></p><p><b>　　得=50mm</b></p><p>　　根據GB7524-87標準規(guī)定的尺寸中選取,因此輪缸直徑為50mm。</p><p><b>　　一個輪缸的工作容積</b></p><p>　　根據公式

72、 （5.17）</p><p>　　式中：——一個輪缸活塞的直徑；</p><p>　　n ——輪缸活塞的數目；</p><p>　　δ——一個輪缸完全制動時的行程：</p><p><b>　　取δ=2mm</b></p><p>　　——消除制動蹄與制動鼓間的間

73、隙所需的輪缸活塞行程。</p><p>　　——由于摩擦襯片變形而引起的輪缸活塞。</p><p>　　，——分別為鼓式制動器的變形與制動鼓的變形而引起的輪缸活塞行程。</p><p>　　得一個輪缸的工作容積=3925mm</p><p><b>　　全部輪缸的工作容積</b></p><p>

74、　　根據公式 （5.18）</p><p>　　式中：m——輪缸的數目；</p><p>　　V=2V+2V=22826+23925=13502mm</p><p>　　5.5制動主缸與工作容積設計計算：</p><p>　　制動主缸應有的工作容積</p><p>　　式中

75、：V——全部輪缸的總的工作容積；</p><p>　　——制動軟管在掖壓下變形而引起的容積增量；</p><p>　　在初步設計時，考慮到軟管變形，轎車制動主缸的工作容積可取為Vm=1.1V；貨車取Vm=1.3V，式中V為全部輪缸的總工作容積。</p><p>　　由上面計算得出 V=13502mm</p><p>　　轎車的制動主缸的工作容

76、積可取為=1.1V=1.1×13502=14852.2 mm</p><p>　　主缸直徑和活塞行程S</p><p>　　根據公式： （5.19）</p><p>　　一般S=(0.8-1.2)d</p><p><b>　　取S=0.9 d </b></

77、p><p>　　得===27.595mm</p><p>　　根據GB7524-87標準規(guī)定的尺寸中選取,因此主缸直徑為30mm。</p><p>　　=0.9×=27mm</p><p>　　5.6制動踏板力與踏板行程</p><p>　　5.6.1制動踏板力</p><p>　　根據公

78、式： （5.20）</p><p>　　式中：——制動主缸活塞直徑；</p><p>　　P——制動管路的液壓；</p><p>　　——制動踏板機構傳動比；取=</p><p>　　——制動踏板機構及制動主缸的機械效率，可取=0.85～0.95。</p><p><b

79、>　　取=0.9</b></p><p>　　根據上式得：=1963N500N-700N</p><p>　　所以需要加裝真空助力器。</p><p>　　式中： ：真空助力比，取4。</p><p>　　=1963/4=490.8N（500N-700N）</p><p><b>　　經驗

80、證設計符合要求</b></p><p>　　5.6.2制動踏板工作行程</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p>　　式中：——主缸推桿與活塞的間隙，一般取1.5～2mm；取=2mm</p><p>　　——主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所

81、經過的行程；</p><p>　　在確定主缸容積式，應考慮到制動器零件的彈性變形、熱變形以及制動襯塊的正常磨損量等，還應考慮到用于制動驅動系統(tǒng)信號指示的制動液體積。因此，制動踏板的全行程（至與地板相碰的行程）應大于正常工作行程。制動器調整正常時的踏板工作行程約為踏板行程全行程的40%~60%，以便保證在制動管路中獲得給定的壓力。</p><p>　　踏板力一般不應超過500N~700N。踏

82、板全行程對轎車不超過100mm~150mm；對貨車不應超過170mm~180mm。此外，作用在制動手柄上的力對轎車不應該超過400N；對貨車不應超過600N。制動手柄行程對轎車不應超過160mm，對貨車不應超過220mm。</p><p>　　根據上式得：=124mm＜150mm故所得結果,符合設計要求。</p><p><b>　　6制動性能分析</b></p

83、><p>　　任何一套制動裝置都是由制動器和制動驅動機構兩部分組成。</p><p>　　汽車的制動性是指汽車在行駛中能利用外力強制地降低車速至停車或下長坡時能維持一定車速的能力。</p><p>　　6.1 制動性能評價指標</p><p>　　汽車制動性能主要由以下三個方面來評價：</p><p>　　1）制動效能，即

84、制動距離和制動減速度；</p><p>　　2）制動效能的穩(wěn)定性，即抗衰退性能；</p><p>　　3）制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側滑、以及失去轉向能力的性能。</p><p><b>　　6.2 制動效能</b></p><p>　　制動效能是指在良好路面上，汽車以一定初速度制動到停車的制動距離

85、或制動時汽車的減速度。制動效能是制動性能中最基本的評價指標。制動距離越小，制動減速度越大，汽車制動效能就越好。</p><p>　　6.3 制動效能的恒定性</p><p>　　制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度。因為制動過程實際上是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉換為熱能，所以制動器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時的制動效能，已成為設計制動

86、器時要考慮的一個重要問題。</p><p>　　6.4 制動時汽車的方向穩(wěn)定性</p><p>　　制動時汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動時汽車給定路徑行駛的能力來評價。若制動時發(fā)生跑偏、側滑或失去轉向能力。則汽車將偏離原來的路徑。</p><p>　　制動過程中汽車維持直線行駛，或按預定彎道行駛的能力稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性的包括制動跑偏、后軸側滑或前輪失去轉向能

87、力三種情況。制動時發(fā)生跑偏、側滑或失去轉向能力時，汽車將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動時汽車按給定路徑行駛的能力來評價汽車制動時的方向穩(wěn)定性，對制動距離和制動減速度兩指標測試時都要求了其試驗通道的寬度。</p><p>　　方向穩(wěn)定性是從制動跑偏、側滑以及失去轉向能力等方面考驗。</p><p>　　制動跑偏的原因有兩個</p><p>　　1）汽車左右車輪，特

88、別是轉向軸左右車輪制動器制動力不相等。</p><p>　　2）制動時懸架導向桿系與轉向系拉桿在運動學上的不協調（互相干涉）</p><p>　　前者是由于制動調整誤差造成的，是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。</p><p>　　側滑是指汽車制動時某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動的現象。最危險的情況是在高速制動時后軸發(fā)生側滑。防止后軸發(fā)生側滑應使前后軸同時抱

89、死或前軸先抱死后軸始終不抱死。</p><p>　　理論上分析如下，真正的評價是靠實驗的。</p><p>　　6.5制動器制動力分配曲線分析</p><p>　　對于一般汽車而言，根據其前、后軸制動器制動力的分配、載荷情況及路面附著系數和坡度等因素，當制動器制動力足夠時，制動過程可能出現如下三種情況：</p><p>　　1）前輪先抱死拖滑

90、，然后后輪抱死拖滑。</p><p>　　2）后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。</p><p>　　3）前、后輪同時抱死拖滑。</p><p>　　所以，前、后制動器制動力分配將影響汽車制動時的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度，是設計汽車制動系必須妥善處理的問題。</p><p>　　圖5.1 FIT轎車制動力分配曲線</p>

91、<p>　　根據所給參數及制動力分配系數，應用MATLAB編制出制動力分配曲線如下：</p><p>　　當I線與β線相交時，前、后輪同時抱死。</p><p>　　當I線在β線下方時，前輪先抱死。</p><p>　　當I線在β線上方時，后輪先抱死</p><p>　　通過該圖可以看出相關參數和制動力分配系數的合理性。</p

92、><p><b>　　6.6 制動減速度</b></p><p>　　制動系的作用效果，可以用最大制動減速度及最小制動距離來評價。</p><p>　　假設汽車是在水平的，堅硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動力是由制動器產生。此時= </p><p>　　式中 M總：汽車前、后輪制動力矩的總合。</p&g

93、t;<p>　　M總= M+ M=785+1600=2385Nm</p><p>　　r--滾動半徑 r=370mm</p><p>　　Ga—汽車總重 Ga=2000kg</p><p>　　代入數據得=(785+1600)/0.377×2000=6.16m/s</p><p>　　轎車制動減速度應在5.8—7m

94、/s,所以符合要求。</p><p><b>　　6.7 制動距離S</b></p><p>　　在勻減速度制動時，制動距離S為</p><p>　　S=1/3.6（t12+ t/2）Va+ Va/254</p><p>　　式中，t12 ：消除蹄與制動鼓間隙時間，取0.1s</p><p>　

95、　t112：制動力增長過程所需時間取0.2s</p><p>　　故S=1/3.6（0.1+ 0.2/2）30+ 302/254×0.7=7.2m</p><p>　　轎車的最大制動距離為：S=0.1V+V/150</p><p>　　V取30km/小時。</p><p>　　S=0.1+302/150=9m</p>

96、<p><b>　　S < S</b></p><p><b>　　所以符合要求</b></p><p><b>　　7 結論</b></p><p>　　設計進行的過程中參考了大量國內、外相關的書籍和文獻資料。運用經驗法選取飛度轎車制動系統(tǒng)相關數據并一一代入公式驗證，最后經過大量驗證

97、計算后選取最合適數據。根據汽車制動系統(tǒng)的工作原理和汽車制動性能要求對飛度轎車進行一下改進設計： </p><p>　　1. 增大制動盤尺寸，前制動盤直徑由原來的230mm增加到235mm，厚度由原來的10mm增加到12mm，改進后制動力矩由原來的516N·m增加到548.6N·m。</p><p>　　2. 將后輪鼓式制動器改換成盤式制動器，改進后汽車的制動穩(wěn)定性提高2

98、%，維護成本降低10%，但整車的生產成本上升了1%。</p><p>　　3.優(yōu)化制動分泵和優(yōu)化制動總泵，優(yōu)化后制動分泵容積由原來的12301mm3增加至13502mm3，制動總泵泵體的內徑加大至30mm、泵體容積增加至14852.2mm3、活塞的行程減少了5mm，增加了制動液單位壓力的同時減少了制動活塞的行程。</p><p>　　4.優(yōu)化制動踏板，改進后的制動踏板使制動更輕松、制動踏板

99、行程更合理。</p><p>　　經改進設計后解決了飛度液壓制動系統(tǒng)存在制動力不足（排除ABS系統(tǒng)作用）制動偏軟、制動反應速度慢，后輪制動器維護難，制動踏板行程過大等存在的問題。提高了飛度轎車的安全性，此改進設計具有實用價值。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] L.?？嘶舳?美).汽車制動系統(tǒng)[M].北京

100、：機械工業(yè)出版社，1998：4-5</p><p>　　[2] L.?？嘶舳?美).汽車制動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998：89-99</p><p>　　[3]劉惟信.汽車制動系的結構分析與設計計算[M].北京：清華大學出版社，2006 54</p><p>　　[4]劉惟信.汽車制動系的結構分析與設計計算[M].北京：清華大學出版社，2006 71&

101、lt;/p><p>　　[13] Rudolf Limpert. BRAKE DESIGN and SAFETY. Warrendale, PA 15096,USA: SAE,Inc ,1992</p><p>　　[14]John Fenton. Hand Book of Vehicle Design Analysis. Warrendale ,PA，USA：Society of Auto