汽车制造与装配专业毕业设计范文word版 10页.docx
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汽车制造与装配专业毕业设计范文word版10页
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汽车制造与装配专业毕业设计
课
件2
汽车制造与装配专业毕业设计
标 题：
汽车制动性能检测工艺设计
摘 要
随着交通事故发生率的急剧增加，如今汽车的安全性能已经成为人们所关注的热点，由于汽车制动性能直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故汽车的制动性能是汽车安全行驶的重要保障。
改善汽车的制动性能，始终是汽车设计制造和使用部门首要任务。
本文首先以汽车制动性理论知识为基础，包括汽车制动性的主要评价方法、制动时车轮受力、制动效能及其恒定性、制动时汽车的方向稳定性、前后制动器制动力的比例关系等；然后利用MATLAB软件对汽车制动性能相关指标进行仿真编程以及调试；最后进行实例分析，建立FSAE赛车制动模型，结合车辆制动系统设计经验取制动力分配比的初值为0.4，选取设计变量，构建目标函数，设置约束条件，运行程序进行仿真分析，得出FASE赛车的制动距离为44.791m、最佳制动分配比为0.6223、制动减速度6.88m/以及同步附着系数为0.695。
由仿真结果证明，所得结果满足系统使用要求，对赛车制动系统设计具有一定的指导作用。
关键词：
制动性能，建模，MATLAB，FSAE赛车
1. 汽车制动性能检测概述
1.1汽车制动性主要评价指标
汽车的制动是指汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定和在下长坡时能维持一定车速的能力。
它主要由制动效能、制动效能的恒定性、制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。
（1）制动效能
制动效能，指汽车在良好的路面上以一定初速度和规定的踏板力开始制动，
在最短的时间内停车的一种能力，是制动性能级墓本的评价指标。
一般用制动距
离、制动减速度、制动力等表示。
（2）制动效能的恒定性
制动效能的恒定性，指抗热衰退性能和抗水衰退性能，主要指抗热衰退性能。
其中，抗热衰退性能指汽车离速行驶制动或下长坡制动时随制动器温度升离而保持摩擦力矩不下降的能力；抗水衰退性能指汽车涉水后对制动效能的保持能力。
（3）制动时汽车的方向德定性
制动时汽车的方向稳定性是指汽车在制动过程中不发生跑偏、侧淆或丧失转
向功能而按驾驶人给定方向行驶的能力。
1.2制动时车轮的受力
1.2.1地面制动力
制动时地面对车轮的切向反作用力——FX
1.2.2制动器制动力
制动时制动器制动产生的力————FT1FT2
1.2.3地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系
地面制动力Fμ、制动器制动力FX及附着力Fφ之间的关系。
1.附着力——地面对轮胎切向反作用力的极限值Fφ。
2.附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用及路面的抗剪强度。
3.硬路面上附着系数φ与滑移率s的关系
（1）制动过程中车轮的三种运动状态
第一阶段：
纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速Vω
第二阶段：
边滚边滑，路面印痕可以辨认出轮胎花纹，但花纹逐渐模糊。
车速V＞轮速Vω
第三阶段：
抱死拖滑，路面印痕粗黑。
轮速Vω=0
若需增大Fx，必须增大F。
F取决于附着系数φ，φ又受滑移率s的影响。
（2）滑移率S
定义：
s=[（V－Vω）/V]×100%=[（V－r.ω）/V]×100%
分析结论：
s＜20%为制动稳定区域；
s＞20%为制动非稳定区域；
1.2.4硬路面上的附着系数
对车辆动力学控制中的道路路面附着系数实时估计问题进行研究。
首先使用魔术公式建立1/4车辆制动模型,即车轮制动动力学模型;然后将其中的附着系数相关项视为制动系统的扩张状态,建立其扩张状态观测器,通过轮速信号和制动力矩信号实时观测制动过程中地面与轮胎间的纵向力,进而计算出路面附着系数;最后在均匀路面和突变路面条件下进行仿真研究。
结果表明,所提出的方法对车辆制动系统参数摄动和传感器噪声具有鲁棒性,可以准确地实现道路路面附着系数的实时估计,观测器与控制器设计具有一定独立性。
图解：
1.3制动分析
1.3.1制动减速度
制动减速度，是汽车在制动过程中的减速度。
它直接反映了使汽车减速行驶的制动力的大小。
显然，制动减速度越大，制动力就越大，制动距离也越短。
由于它更科学、更准确地反应了汽车的制动效能，所以已经成为评价制动效能的重要指标，与制动距离一起并用。
我国国家标准规定了对各种车型汽车的制动减速度的要求。
从制动测试的结果中，最直观的是可以看出两车在制动距离上的差异。
不过，从减速的G值上可以看出另外一个结果：
不管在什么初始速度下，雅阁的制动减速G值都要小于凯美瑞的G值，这就可以说明雅阁与凯美瑞不同的制动特性：
雅阁虽然在制动距离上长过凯美瑞，但雅阁在制动时的车身动态要好于凯美瑞，尤其在制动时的“点头”动作上。
制动测试基础数据
凯美瑞 汽车型号：
凯美瑞2.4G 行驶里程（公里）：
1349
测试环境温度
（摄氏度）:
13.13 测试路面温度
（摄氏度）:
11.5
即时风速（米/秒）:
0.17 即时风向:
与跑道成20度夹角
直线路段方向:
西北偏北-东南偏南 测试时间:
201X.04.26（10点33分）
轮胎型号：
普利司通215/60R1695V 试车：
邵笑 记录：
张胤 载重：
125公斤
轮胎压力（巴）左前2.0右前2.0左后2.0右后2.0
减速时间（秒） 减速距离（米） 减速G值（g）
最大
40公里/小时 平均值：
1.84 7.837 0.975
60公里/小时 平均值：
2.375 16.369 1.006
80公里/小时 平均值：
2.99 28.232 1.05
100公里/小时 平均值：
3.555 44.505 1.05
速度偏差一览
车辆速度表 GPS实际车辆速度
40公里/小时 36公里/小时
50公里/小时 45公里/小时
60公里/小时 56公里/小时
80公里/小时 75公里/小时
100公里/小时 95公里/小时
制动测试基础数据
雅阁 汽车型号：
雅阁 行驶里程（公里）:
1723
测试环境温度（摄氏度）：
13.13 测试路面温度（摄度）:
11.5
即时风速（米/秒）:
0.17 即时风向:
与跑道成20度夹角
直线路段方向:
西北偏北-东南偏南 测试时间：
201X.04.26（10点33分）
轮胎型号：
横滨215/60R1695H 试车:
邵笑 记录张胤 载重：
125公斤
轮胎压力（巴）左前2.1右前2.1左后2.1右后2.1
减速时间（秒） 减速距离（米） 减速G值（g）
最大
40公里/小时 平均值：
1.645 6.936 1.057
60公里/小时 平均值：
2.335 16.034 1.051
80公里/小时 平均值：
3.02 28.762 1.001
100公里/小时 平均值：
3.678 45.353 1.001
速度偏差一览
车辆速度表 GPS实际车辆速度
40公里/小时 39公里/小时
50公里/小时 48公里/小时
60公里/小时 59公里/小时
80公里/小时 75公里/小时
100公里/小时 96公里/小时
1.3.2制动距离的分析
在刹车的过程中车轮与地面的相对运动情况是决定刹车距离的关键。
在刹车过程中，起主要作用的力是轮胎与地面的摩擦力，空气阻力所起的减速作用在高速时有一定影响，在低速时可以忽略。
轮胎与地面的摩擦力在不同的相对运动情况下可分三种，分别是静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。
同样的车重下，这三种力均与轮胎和路面有关。
轮胎的因素很关键，但是我们无法得到有关的数据来分析，因此假设轮胎情况都是一样的。
路面越粗糙，提供的摩擦力就越大。
干燥路面比雨雪路面摩擦力要大得多。
三种力中哪一种力最大，在刹车过程中哪一种力起主要作用，是我们分析刹车距离长短首先要弄清楚的两个问题。
毫无疑问，滚动摩擦力是最小的，静摩擦力和滑动摩擦力哪一个大，在接触的两个物体表面没有发生变化或者破坏的情况下，静摩擦力肯定是最大的。
根据我们急刹车时总是伴随着有一条黑色刹车痕迹，这是车轮锁死后停止滚动轮胎橡胶与路面直接磨损造成的。
因此，可以认为在刹车过程中滑动摩擦力是起主要作用的。
但是，轮胎橡胶与路面剧烈摩擦会产生大量的热量引起橡胶温度升高，高温下的橡胶物理性能会下降，硬度和耐磨性能下降导致滑动摩擦力减少。
在车轮从滚动到抱死的这个过程中，开始起作用的是滚动摩擦，抱死临界点时是静摩擦，抱死后是滑动摩擦，我们不妨称为“摩擦循环”。
可以看出，在ABS系统不起作用的情况下，轮胎与路面的摩擦力情况就已经很复杂。
现在的小汽车都配备了ABS系统，ABS系统的主要作用就是保证在急刹车时轮胎不会抱死（也就是避免滑动摩擦情况的发生），确保驾驶员对车辆的控制，避免跑偏等。
ABS的工作原理就是通过电子控制系统，对刹车装置进行控制，使得刹车装置在极短的时间间隔内对车轮进行抱死和松开操作，在提供最大限度的制动力的同时，保持车辆良好的控制性。
福克斯使用的ABS版本是BOSH7.1，调节频率是每秒10-14次，而据称同类国产车的调节频率是每秒8-10次。
花冠与宝来的ABS版本及工作参数我手头没有资料，请知道的人士提供。
也就是说，福克斯每秒钟可以让14个不同的轮胎接触面与路面发生“摩擦循环”，而一般车子每秒钟只有10个“摩擦循环”。
假定每个“摩擦循环”都提供同样的摩擦做功（当然实际情况可能不完全相符），那么同样时间里“摩擦循环”出现得越多，摩擦力做的功就越多，车子就越容易减速，自然刹车距离就越短。
综上所述，摩擦力与刹车盘、轮胎、ABS等都有直接关系。
与车重关系不大，因为在理论状况下摩擦力等于车重乘以摩擦系数。
在目前的情况下，假设同类型的车子轮胎相差不多（而且也无法调整为同一种轮胎），假设刹车盘都能提供足够的抱死压力，假设每辆车都配备了ABS且在急刹车时ABS都介入工作，那么ABS的版本就是决定刹车距离最关键的因素。
每秒抱死-松开的次数越多，提供的摩擦做功越多，刹车性能越好。
以上的观点成立需要几个假设。
如果三种力中静摩擦力起主要作用，而静摩擦力只在车轮抱死的临界点才会发生，因此ABS同样时间内进行越多的抱死-松开操作就会使得静摩擦力起作用的次数越多，上述观点肯定成立。
如果三种力中滑动摩擦力起主要作用，而滑动摩擦力随轮胎橡胶升温而迅速下降，那么ABS同样时间内进行越多的抱死-松开操作就会使得越多的轮胎不同表面与地面摩擦，避免升温而降低摩擦系数,上述观点也成立。
如果ABS的工作原理偏重松开，也就是为了保持车辆的控制而在抱死-松开操作中松开的时间比抱死时间长，因为只有在车轮抱死的情况下才能提供最大的摩擦力，ABS在同样时间内调整频率越快，发生抱死的次数就越多，那么上述观点同样成立。
1.3.3制动系统的组成
制动系统是由制动器和制动驱动机构组成的。
制动器是指产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助系统中的缓冲装置。
而制动驱动机构主要包括供能装置、控制装置、传动装置，其中供能装置是指包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件，其产生制动能量的部分称为制动能源，人的肌体也可作为制动能源；控制装置是指包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件，如制动踏板、制动阀等；传动装置是指包括将制动能量传输到制动器的各个
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