J08制动系统设计计算报告D01081018.docx
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J08制动系统设计计算报告D01081018
编号：
J08-JS-128
制动系统设计计算报告
项目名称：
A级两厢轿车设计开发
整车型号：
CC7150CE00
编制:
日期:
校对:
日期:
审核:
日期:
批准:
日期:
长城同捷开发中心
2008年10月
1概述1
1.1任务来源1
1.2J08制动系统基本介绍1
1.3J08制动系统的结构简图1
2制动法规基本要求1
3J08制动系统设计的输入条件2
3.1整车基本参数2
3.2J08制动系统零部件主要参数3
4J08制动系统设计计算3
4.1前、后制动器制动力分配3
4.2制动距离校核9
4.3制动主缸行程校核11
4.4制动踏板行程和踏板力校核11
4.5制动系统其中一个回路失效制动效能的验证13
4.6真空助力器失效，剩余制动力校核13
4.7驻车制动校核15
5参数列表16
6结论及分析16
参考文献16
1概述
1.1任务来源
根据J08车型整车开发合同，按照双方确认的设计依据和要求，在参考丰田BELTA轿车底盘制造平台基础上，并结合平台化的思想，J08采用的制动系统与G08的制动系统相同，部分管路重新设计。
本计算报告根据总布置提供的整车参数和制动器、制动总泵及真空助力器厂家提供的数据进行匹配计算，并对部分项目按GB7258－2004进行验算，计算是以选配GW4G15发动机为基础的。
1.2J08制动系统基本介绍
J08车型的行车制动系统采用液压制动系统。
前、后制动器分别为通风盘式制动器和实心盘式制动器，前制动盘为空心通风盘，制动踏板为吊挂式踏板，带真空助力器，制动管路为双回路对角线（X型）布置，采用ABS以防止车辆在紧急制动情况下发生车轮抱死。
驻车制动系统为机械式手动后盘式制动，采用远距离棘轮拉索操纵机构。
ABS控制系统以及匹配计算由供应商完成，本文是基于不带ABS的前提下进行计算的。
1.3J08制动系统的结构简图
图1J08制动系统的结构简图
1.真空助力器带制动主缸总成2.制动踏板3.车轮
4.轮速传感器5.制动管路6.制动轮缸7.ABS控制器
2制动法规基本要求
制动法规基本要求见表1：
表1制动法规基本要求
序号
项目
要求
法规
1
试验路面
干燥、平整的混凝土或具有相同附着系数的其它路面
GB12676-1999
2
载重
空载/满载
3
制动初速度
80
4
制动时的稳定性
不许偏出3.7通道
5
制动距离（满载）
≤50.7
6
制动减速度
≥5.9
GB7258-2004
7
踏板力
≤500
8
踏板行程
踏板行程应不大于踏板全行程的五分之四
9
驻车制动操纵手柄力
≤400
10
部分管路失效
剩余制动效能仍应能保持原规定值的30%以上
11
应急制动（）
踏板力≤500
制动距离≤38
平均减速度≥2.9
12
驻车制动停驻角度
20％（12°）
ECE13H
3J08制动系统设计的输入条件
3.1整车基本参数
制动系统整车设计参数见表2：
表2J08车型制动系统计算整车基本参数列表
项目
代号
单位
数值
空载质量
1112
满载质量
1487
轴距（空载/满载）
2608
空载质心高
437
满载质心高
498
空载前轴轴荷
666
空载后轴轴荷
446
满载前轴轴荷
777
满载后轴轴荷
710
空载前轴到质心水平距离
1046
空载后轴到质心水平距离
1562
满载前轴到质心水平距离
1245
满载后轴到质心水平距离
1363
车轮滚动半径
R
301
3.2J08制动系统零部件主要参数
出于平台化目的，J08车型采用G08车型真空助力器带总泵总成和前后制动器，制动系统参数采用G08车型对应参数，见表3：
表3J08车型制动系统参数列表
项目
代号
单位
数值
备注
前/后制动器制动半径
/
105.2/110
前/后制动器摩擦片摩擦系数
0.41/0.38
参考值
前/后制动器效能因数
BF1/BF2
0.82/0.76
参考值，需做试验获得
制动主缸直径
φ20.64
设计值
制动主缸总行程
42
设计值
前/后轮缸直径
/
φ54/φ34
标杆车值/标杆车值
前/后制动器摩擦片间隙（两边之和）
/
1/1
参考值
真空助力比
7.4
设计值
真空助力器规格
9
设计值
最大助力点输入力
390
试验值
最大助力点压力
7.5
试验值
制动踏板杠杆比
2.77
设计值
制动踏板全行程
116
设计值
驻车制动手柄杠杆比
7.2
设计值
注：
未标明出处的值均为标杆车测量值
4J08制动系统设计计算
4.1前、后制动器制动力分配
4.1.1地面对前、后车轮的法向反作用力
地面对前、后车轮的法向反作用力如图2所示：
图2制动工况受力简图
由图2，对后轮接地点取力矩得:
（1）
式中：
——地面对前轮的法向反作用力，；
——汽车重力，；
——汽车质心至后轴中心线的水平距离，；
——汽车质量，；
——汽车质心高度，；
——轴距，；
——汽车减速度，。
对前轮接地点取力矩，得:
（2）
式中：
——地面对后轮的法向反作用力，；
——汽车质心至前轴中心线的距离，。
若在不同附着系数的路面上制动，前、后轮都抱死（不论是同时抱死或分别先后抱死），地面作用于前后轮的法向反作用力为
（3）
4.1.2理想前后制动力分配曲线及曲线
4.1.2.1理想前后制动力分配
在附着系数为的路面上，前、后车轮同步抱死的条件是：
前、后轮制动器制动力之和等于汽车的地面附着力；并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即：
（4）
根据公式（3）及（4），消去变量，得
（5）
由公式（3）和（4）可得
（6）
由此可以建立理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，即I曲线。
4.1.2.2曲线
制动力分配系数
（7）
由汽车设计（吉林工大，张洪欣主编，第2版）制动器效能因数定义：
得
而由制动器制动力矩产生的制动器制动力，故
（8）
（9）
（10）
式中：
——为液压系统中的压力，MPa；
——为轮缸活塞的直径，；
——为制动器效能因数；
——为制动器的有效制动半径，;
——为车轮的滚动半径,;
——为制动器摩擦副间的制动力矩,;
——制动器轮缸的输出力,;
——由制动器制动力矩产生的车轮周缘力，即制动器制动力，。
由公式（8）、（9）代入（7）得，制动力分配系数
（11）
同步附着系数:
（12）
由以上计算公式，可计算出空、满载同步附着系数、制动力和轮缸压力，计算结果见表4：
表4空、满载同步附着系数、制动力和轮缸压力计算结果
名称
符号
单位
计算结果
制动器制动力分配系数
0.72
满载同步附着系数
1.05
空载同步附着系数
0.74
前后轮同时抱死时前制动器轮缸压力
8.39
前后轮同时抱死时后制动器轮缸压力
8.39
根据以上计算，可绘出空满载状态理想前后制动力分配曲线（I线）和实际前后制动力分配曲线（β线）,如图3所示：
图3J08车型的I曲线与β线
结论：
由表4和图3可知，若不带ABS控制系统，
（1）我国目前的道路路面状况有较大改善，一般可达＝0.8左右，J08车型在满载时的一般路面情况下，均是前轮先抱死；
（2）空载状态下，在＜0.74的路面条件下，J08车型是前轮先抱死，在＞0.74的路面下，J08车型是后轮先抱死。
4.1.3J08制动力校核
前、后轮制动器制动力公式如下：
（13）
式中：
、——前、后轮制动器制动力，
、——前、后轮缸液压，
、——前、后轮缸直径，
、——前、后制动器单侧油缸数目（仅对于盘式制动器而言）
、——前、后制动器效能因数
、——前、后制动器制动半径，
——车轮滚动半径，
当制动踏板力为500时，查真空助力器和总泵特性曲线得对应制动主缸输出压力为10.27，因此，制动器所能提供的最大制动力为：
（2×10.27×3.14×542×0.82×105.2）/（4×301）=13481.6（）
（2×10.27×3.14×342×0.76×110）/（4×301）=5179.5（）
我国目前的道路路面状况一般＝0.8，所以当＝0.8时，可计算出满载时前后轮抱死所需的力为：
=7873.7（）
=3784.4（）
表5J08制动器可提供制动力与前后轮抱死所需作用力对比
常用路面前后轮抱死时所需的作用力
前轴制动力（）
7873.7
后轴制动力（）
3784.4
前后制动器可提供制动力
前轴制动力（）
13481.6
后轴制动力（）
5179.5
从表5数据可以看出：
前、后制动器所能提供的制动力大于常用路面前后轮抱死时所需的作用力，满足设计要求。
4.1.4前后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线
前后轴利用附着系数公式为
（14）
式中：
——前轴利用附着系数；
——后轴利用附着系数；
——前轴到质心水平距，；
——后轴到质心水平距，；
——制动强度。
由公式（14）可作出前后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线，如图4所示：
图4J08利用附着系数与制动强度的关系曲线
根据GB12676-1999法规要求：
（1）利用附着系数在0.2～0.8之间，前后轴曲线应在直线=（z+0.07）/0.85以下，从上图可看出，J08制动系统满足该要求。
（2）车辆处于各种载荷状态时，前轴的附着系数利用曲线应位于后轴的附着系数利用曲线之上。
但制动强度在0.15～0.8之间的M1类车辆，对于Z值在0.3～0.45时，若后轴利用附着曲线位于=z+0.05直线以下，则允许后轴附着系数利用曲线位于前轴附着系数利用曲线之上。
从上图中可看出：
J08车型制动系统满足法规关于制动力在前后轴之间分配的协调性要求。
4.2制动距离校核
制动距离公式为
（15）
式中：
——制动初速度，；
——最大制动减速度，；
——制动器的作用时间，0.2～0.9；
取=0.4。
我国目前的道路路面状况一般附着系数为0.8，取＝0.8作为常用路面附着系数进行校核。
根据ECE法规：
（16）
（17）
（18）
式中：
：
整车附着系数；
：
前轴附着系数；
：
后轴附着系数；
：
车重量，；
：
轴距，；
：
ABS起作用，动态条件下路面的对前轴的法向反作用力，；
：
ABS起作用，动态条件下路面的对后轴的法向反作用力，；
：
动态条件下路面对前轴的法向反作用力，；
：
动态条件下路面对后轴的法向反作用力，；
因本计算不考虑ABS作用，所以由公式（17）、（18）得：
（19）
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