某轿车制动系统关键部件的匹配设计

某轿车制动系统关键部件的匹配设计

丛铭翁智逸吴子涵高浩杰龚安东

南京林业大学汽车与交通工程学院江苏省南京市210037

摘要：本文结合某轿车制动性能的要求，设计出一种采用液压驱动的制动系统，分别匹配了浮钮盘式制动器和领从

蹄式制动器。并设计了盘式制动器和鼓式制动器的主要参数。最后利用制动法规对匹配的结果进行了校核， 验证了设计方案的可行性。

关键词：轿车；制动系统；匹配；设计

1引言

近年来，我国汽车工业快速发展，新车 型不断涌现。本文结合某款轿车开发过程中 的实际需求，在兼顾汽车制动性能和驾驶员 驾驶感受的同时，对制动系统进行了匹配和 设计计算。

伹是散热效果更好，制动效能比实心盘更加 稳定可靠，大大减少了驾驶员对刹车失灵的 担心，所以该车前轮采用浮动钳盘式制动 器，有效增加散热，提高制动时的稳定性和 安全性，制动盘选择通风盘。后轮采用效能 稳定，结构简单的领从蹄式制动器。

3.2盘式制动器的设计计算

(1)制动盘直径D1

本次设计中制动盘直径选为轮辋直径的

75%,贝糊动盘直径1为：

D

D1 = 16in x 75%=304.8mm

取〇1=305111111

2制动系统匹配设计条件

在进行制动系统的设计之前，关于整车

表1整车的质置参数

目标设定质置（Kg )

载荷

总质量

前922.9781.8

755.1521.2

55%60%前轴负荷率

的一些基本参数需要作为设计匹配的前提条 件进行输入选择，包括的内容如表1和表2。

3制动系统关键部件的设计

1678

3.1制动器结构形式的选择

由于轿车的行驶速度远大于客车和货

m

1303

车，制动时应充分考虑制动器的制动效能恒 定性。由于鼓式制动器制动效能因数较大， 便于安装驻车制动，但是制动器因发热引起 的的制动效能变化幅度大，如果遇到长时间 制动或者较长的下坡路段会导致制动器的热 稳定性变差，严重会导致刹车失灵。而盘式 制动器制造成本较高，制动效能因数较小， 但制动效能恒定性较好，所以本车最终采用 前盘后鼓式的结构方案。盘式制动器分为通 风盘和普通盘两种。普通盘采用实心盘，制 造加工方便，对表面粗糙度和加工精度要求 较低，而通风盘采用空心盘，加工精度要求 相对较高，制造工艺要比实心盘加工复杂，

前轮滚动半径(mm)后轮滚动半径(mm>轮始型号尺寸

307307

20555R16 (前）205/55R16 (后）

质心距距离a(mm)

轴距L{mm)

1192.5

2650

1060

质/出高度hg(mm>

表2车辆的尺寸参数

满载602

空载580

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AUTOMOBILE DESIGN 丨汽车设计

(2) 制动盘厚度

h

为减小制动盘质量，其厚度不宜过大， 此外制动盘厚度与制动效能的热衰退性能有 很大的关系，为降低制动时的温升，其厚度 又不宜过小。本次设计中采用通风式盘式制 动器，厚度h

选为25

mm，材料为合金铸铁。

(3) 摩擦衬块内半径R1和外半径R2

为防止制动力矩产生较大变化，摩 擦衬块的外半径

R2与内半径R1的比值不

大于1.5。本次设计中取摩擦衬块的外径

R2=305 + 2mm=152.5mm。内半径为： R1=R2^-1.5=152.5^ 1.5mm=101.7mm

⑷摩擦衬块工作面积 摩擦衬块圆心角取a =90°

单个摩擦衬块工作面积=冗x (R22

Rj) a+360= 71 (15.252_10.172)

x 90+360=101.4cm2

单个摩擦衬块面积A = 2x 101.4 =202.8

cm2

(5)摩擦衬块摩擦系数

f

各种制动器摩擦材料的摩擦系数稳定值 约为0.3~0.5。为提高摩擦系数的稳定性， 降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感 度，故选择摩擦系数f

=0.4。

3.3鼓式制动器的设计计算(1) 制动鼓内径

Dr

对于鼓式制动器，其制动鼓直径与轮辋 直径之比D/

Dr的范围如下：

乘用车 D/Dr=0.64—0.74 商用车 D/Dr=0.70-0.83 在本次设计中 Dr=406.4 x 〇. 7=284.5mm 取 Dr=285mm

(2) 摩擦衬片宽度b和包角p

摩擦衬片宽度b影响摩擦成片的使用寿

命，衬片取窄，则磨损速度快，寿命短，若 衬片取宽，则质量大不易加工，增加了成 本。本次设计中摩擦衬片宽度b

选为30mm，

摩擦衬片包角选为100°。

3.4制动驱动机构的设计计算(1)制动轮缸

由整车参数可求出汽车满载时前后轮的 制动力矩，由于制动管路压力一般不超过

10〜12

MP，对于盘式制动器可以取更高，在

本次设计中取P=12MPa。根据制动轮缸对制 动块施加的张开力F0与轮缸直径d和制动管路 压力P的关系求出前后轴制动器轮缸直径分别

为48.16

mm和11.9mm 〇轮缸直径d应在标准

规定的尺寸系列中选取（HG2865-1997)， 因此取前轮制动轮缸直径为50mm,取后轮制 动轮缸直径为19mm。

(2)制动主缸

为提高汽车安全性，现代汽车都采用双 回路制动系统，即串列双腔主缸组成的双回 路液压制动系统。

取轮缸活塞在完全制动时的行程5 = 2

mm 0

制动主缸应有的工作容积为

V1，

式中V

为所有轮缸的总工作容积，^为制动 软管的变形容积。在初步设计时，制动主缸 的工作容积可为：对于乘用车

Kpl. IV。

取活塞直径d

〇等于主缸活塞行程求得

d〇=23

主缸的直径d。应符合

QC/T311—1999中规

定的尺寸系列，所以取得^=28111111。

4匹配结果仿真

4.1利用附着系数

由式（1)、 （2)可以求出该车型在空

满载情况下汽车的利用附着系数，并与ECE

法规进行比较，如图1。

中f =---------b+zhg

pzL

⑴4>ra-zhg

0zL⑵

从图1中可看出，该制动系统在空载 情况不满足

GB21670要求，但该车标配

ABS,

制动力分配将更加合理，可以满足

法规要求。

4.2制动效率

空满载情况下不同附着系数下的制动效 率可由式（3)、（4)求得

b/L

^ P-cJ)fhg/L

⑶

_

Era/L

(l-/3)-0rhg/L

⑷

由上图分析可知：在空满载情况下，路 面附着系数在0.2到0.8之间时，汽车的制动 效率基本在80%以上说明该车的p

较为合理。

5结语

本文所做的设计为一种综合浮钳盘式制 动器和领从蹄式制动器并采用液压驱动的制

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图1利用附«系数与制动强度曲线

1.4

1.2

—理想的利用附着系数曲线 —前轮满截一

后轮满截

—

前轮空截

—

后轮空截

图2

前后轴制动效率曲线

制动效率E

250

制动强度Z

—满载后轮 一空载后轮—

空载前轮

一

满载前轮

动器。首先设计了盘式制动器和鼓式制动器 的主要参数，然后进行仿真。仿真结果证明 了利用此方法匹配出的制动系统是完全满足 法规要求的，同时也验证了此种匹配计算方 法是具有实际意义的。

参考文献：

[

l]Courdy R.Invitational methods for the solution

of problems of equilibrium and vibrations 〇]. BuEetin of American Mathematical Society,

1943, 49： 1-23.

®作者简介----------------------------丛铭：（1997.1.20—),女，汉族，山东省烟

台市人，南京林业大学汽车与交通工程学 院学生。

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