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毕业设计（论文）外文资料翻译

学院：

机械工程学院

专业：

机械设计制造及其制动化

姓名：

崔福军

学号：

122171113

外文出处：

ASURTFormulaStudentBrakeDesign

附件：

1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

指导教师评语：

签名：

年月日

附件1：

外文资料翻译译文

ASURT学生方程式赛车制动器设计

MohamedSamyBarakat

艾因沙姆斯大学

摘要

制动系统是赛车最重要的部分。

毫无疑问，如果在制动系统中即使只有一个小故障发生，这将足够导致比赛车队被取消参赛资格。

时间是任何比赛的最主要和最重要的标准；另一方面学生方程式“FSUKSAE”竞赛最关心汽车工程发展的意义，为学生制定严格的规则，通常这些规则取自“F1”的最初版本的规则，目的是鼓励他们的创造力，使他们在这些严格的规则下达到最优秀的表现。

“没有刹车的电线”是最重要的规则之一，这么做最明显的结果就是有更多的停止距离和时间。

制动距离是获得比赛成功在竞争激烈的领域中的一个关键的制作。

本报告将采用偏杆、动态比重分配“前后制动”和精心选择的制动与悬挂系统部件的尺寸，来满足“ABS和EBD”的主要功能，这种功能主要是为了在充分的考虑车辆最大可接近的减速度并且不锁定和使用任何一种电子“执行器或控制器”的情况下进行不同动态的转弯测试时，防止车轮被锁止和车辆侧滑。

该报告的结果主要基于数学模型“Matlab”和物理模型“AMESIM”。

引文：

Barakat.M.，“ASURT学生方程式赛车制动器设计”SAEInt.J.Passeng.Cars-Mech.Syst.7（4）:

2014,doi:

10.4271/2014-01-2487.

介绍

ASURT14使用2个串联的主缸，一个用于后轴一个用于前轴，目的是为了能够构建4个液压制动电路来增加车辆的安全性。

在制动电路出现故障的情况下，司机可以锁止车轮，同时在大多数赛车中可以避免左右重量分布是不对称这样更大的问题的发生，由于链轮和差速器放置，因此我们可以将可调（偏置）阀应用在每一个卡钳上。

基础设计

首先，为了满足制动系统部件的基本设计方法，经常使用牛顿和帕斯卡规律。

集中总参数模型的简单线性关系，建立了初步的系统分析。

此外，将一些假设纳入考虑范围。

表1.基本设计假设

这些假设只考虑了可以提供根据的基础之上，但进一步为先前情况的假设的详细计算和建模将在本报告中阐述。

制动力

由于刹车没有助力，制动系统应设计为445N的最大踏板力，理论上0.9g的减速度是可以达到预期结果的。

（1）

通过踏板杠杆制动力已经成比例的被放大，并且踏板力已经作用到主缸上。

主制动系统设计

在制动系统部件的刚度、制动液的体积分析、制动液的可压缩性以及轮胎的扭转刚度等方面，对制动系统的性能有很大的影响。

在采取任何优化措施之前，必须考虑到规定的参数。

制动系统部件刚度

用组件和自由度标记的系统示意图（3）可以看出，质量包括：

制动主缸Mmc，制动液Mfl，制动卡钳Mcalp，活塞Mpist，制动卡钳侧制动片Mcpad，活塞侧制动片Mppad，和车轮Mrot。

相应的自由度包括：

制动主缸Xmc，制动液Xfl，制动卡钳Xcalp，活塞Xpist，制动卡钳侧制动片Xcpad，活塞侧制动片Xppad，制动卡钳侧车轮表面Xcrot，和活塞侧车轮表面Xprot。

刚度包括：

制动主缸的Kmc，制动液Kfl，高压密封Kseal，制动卡钳Kcalp，活塞Kpist，和刹车片Kpad。

图3.线性盘式制动器制动模型

在这一点上，AMESIM程序将被用来提供制动器制动模型所需要的物理模型。

AMESIM模型

图4.AMESIM模型

AMESim软件为用户提供多层次的建模，这是对我们来说非常有用。

该模型假设制动片和转子之间的摩擦系数μf和有效半径Reff是恒定的，两值可以在一个给定的制动运动范围内变化；而且惯性力I通过方程（7）计算转子盘的角度α（t），这个可以用于通过方程（8）计算转子盘的角速度Ω（t）

（7）

（8）

将制动力假定为一个步骤输入到模型中，并且制动踏板压力的几何形状的影响可以在简化的模型中被忽略。

A.制动主缸

图5.制动主缸模型

对于图（5）的主缸，主要功能是在其产生活塞效应的两个腔室内部建模。

用来避免在腔室内部出现腐蚀的回转部分（相当于减压阀）不在主缸模型考虑。

主缸模型只考虑了前室输出的限制，后室虽然也有限制，但有一个大直径的孔。

压力的摩擦力作用也不考虑在内。

B.液压流体和线路配件

图6.BremboLCF600PLUS

AMESIM允许使用者加模型中使用规格的液压油。

ASURT使用“BremboLCF600PLUS”的制动液，其压缩性曲线如图（6）。

体积损失和液压回路的效率将在本文中稍后讨论，然而软管和线路配件的摩擦（AN-3）被忽略。

C.制动卡钳/轮缸

图7.制动卡钳/轮缸模型

图（7）中的制动卡钳，主要的功能是为活塞的刚度效应和活塞的摩擦力建模。

每个活塞独立建模代表了总刚度和质量元素。

这两个参数是相同的两个活塞。

2个导向销连接到该制动卡钳的粘性阻尼由于在实验室测量其值有难度，所以这种影响可以被忽略。

D.反应

在图（8）中，曲线显示在前轴两个车轮之间的车轮之间的液压管路中压力值的差值介于0.057MPa。

由于对串联式制动主缸的结构原理，造成液压管路压力有差异，当推杆活塞向浮动活塞移动时，打开处于开启状态的第一室与储层的连接处开始关闭。

当踏板继续前进因此建立起来的压力由浮动活塞传递到下一个的主缸室。

浮动活塞向前移动，处于开启状态的储蓄层与下一个腔室的连接处开始关闭，现在整个主缸开始建压。

图8.前轴两轮液压管路压力

图9.后轴两轮液压管路压力

在图（9）中，曲线显示后轴两轮液压管路压力大约为0.14MPa。

液压管路压力的差异是由于在一个液压回路和另一个液压回路之间建立起压力的时间有延迟。

基于图（8）的结果、图（9）AMESIM模型可用于调整（偏置）各个制动卡钳的液压管路阀门，要达到这一目标的性能，报告稍后会有更详细的阐述。

制动系统容量分析

在制动液容量分析中，确定主缸必须传递的制动液量的最小量，从而使承担制动系统部件的所有流体体积能够正常工作，并且制动踏板行程不能超过其最大值。

表2.容量分析数据与假设

即将进行的计算主要基于表

（2）所述的数据，制动系统应锁定在70%的最大制动行程，这是计算制动踏板的最大行程需要考虑的。

其次，最重要的是考虑在每个制动回路的体积损耗，以便能够调整制动系统达到目标性能。

容量分析模型

图（10）容量分析模型

图（10）中的容量分析法和每个组件的容量分析主要是针对ASURT14制动踏板9厘米的行程，其中车轮抱死是最关键的点。

1.主缸

图11.主缸

主缸的容积损失的变化的依据是机械的情况和尺寸，在参考

（1）主缸容量损失Kmc的基础上ASURT14主缸前后尺寸在表

（2）显示。

主缸损失可以按图（11）计算。

（9）

这里的Vmc是主缸的容量损失，cmᶾ。

2.制动管路和软管

图12.制动管路拓展

图13.制动软管拓展

ASURT14使用3/16″钢质制动管路材料，弹性为E20.6×10^6，N/cmᶾ；和聚四氟乙烯的制动软管，弹性为E15×10^6，N/cm²。

在图（12）和图（13）中，可以使用增压缸的基本方程，计算体积膨胀Vbl。

（10）

D在管液压管路的外径。

L是液压管路的长度，cm。

PL是液压管路的压力，N/cm²。

制动液压缩

图14.制动液压缩

由于制动管路温度和压力增加造成的容量损失可能对制动踏板行程有明显的影响。

基于ASURT14制动液的特点：

它表示在图（6）中的容量损失可以在不同的环境温度下进行计算，首先必须计算制动系统的有效容积Va。

（11）

i表示制动。

Vo是装有新垫的制动液的体积，cmᶾ。

w是制动卡钳与转子之间的间隙，cm。

Acalp是制动卡钳（轮缸）的面积，cm²。

容积损失Vfl可以计算作为液压管路压力Pl和温度的函数，如制动液的压缩因数Cfl随温度变化而变化。

（12）

气泡可以在制动系统的流体中保持，而且使用真空放气的工序并不能将气泡除掉，小气泡将始终附着在弹簧的金属表面上，只能通过采用超声波才能将其除掉。

在整个制动系统的起作用量的真空量可以达到3%。

因此，必须将气泡的影响考虑在内，并将其计算在图（15）中。

（13）

Vgl是空气体积减小量，cmᶾ。

Ta是绝对温度，Keivin。

To是在初始条件下的绝对温度，Keivin。

Vg是在环境温度下的封闭气体体积，cmᶾ。

总结/结论

本文对制动系统部件的刚度、制动液的体积以及轮胎在制动过程中的滑移运动进行了分析。

在本文中，保持制动滑移摩擦参数达到类似ABS性能曲线的车轮锁止，这个结果完成在文章的末尾；通过调整整车参数，减小其制动距离，需要进行一个实时运动的制动测试，LuGar学生方程式采用Matlab图像识别，主要是为了测量制动时车轮角速度的变化。

卢格摩擦模型有很多假设，需要进一步的发展和分析，但它有令人关注的理论特性，状态是受到限制的，它具有被动特性，与速率相关。

在本文中也显示，制动系统组件的刚度有一个巨大的冲击压力和系统的容量损失。

总之：

1.4液压回路故障的概率是¼，同时液压回路装有压力传感器在每个液压回路中的任何泄漏或失效的情况下，仪表盘上的制动泄漏指示灯会开始闪烁，和在ASURT学生方程式驾驶员能够熟练地踩下制动踏板和关闭车辆开关的情况下。

“基于MATLAB仿真程序，车辆的滑移角在事先定义的人力作用于踏板和后轮上不足0.63g时达到11度”

2.由于在学生方程式赛车的空间不足，导致前后线路对偶分裂，如果前部线路分配比例不足，后轮制动和最大踏板行程可获得的正常值为2.83。

考虑到这是一个平衡杆制动系统，在该系统中根据前后的平衡杆比例将合适的人力进行分配，这将需要更多的人力在前端电路故障的情况下采用后轮刹车，同时克服平衡比的影响。