轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王中輝，于士軍

（德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，山東德州 253023）

轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王中輝，于士軍

（德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，山東德州 253023）

轎車(chē)的主要安全系統(tǒng)是制動(dòng)系統(tǒng)。轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于轎車(chē)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，只有具備良好的制動(dòng)系統(tǒng)才能保障車(chē)輛的安全行駛。文章對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)中制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理及計(jì)算和制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些分析和說(shuō)明。

制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)器；電子機(jī)械制動(dòng)

轎車(chē)制動(dòng)系作為轎車(chē)底盤(pán)中一個(gè)重要的系統(tǒng)，它制約著轎車(chē)的運(yùn)動(dòng)。而在制動(dòng)系中直接制約轎車(chē)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵裝置是制動(dòng)器。按照一般分類(lèi)，轎車(chē)制動(dòng)器可分為鼓式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器。同時(shí)，電子機(jī)械制動(dòng)也是國(guó)內(nèi)外汽車(chē)零部件廠商關(guān)注的熱點(diǎn)，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，也是需要關(guān)注的。

1 轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通常來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在轎車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)由駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)以及應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)這幾套獨(dú)立的系統(tǒng)構(gòu)成。駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)使行駛的汽車(chē)短時(shí)間內(nèi)在地面上保持靜止，此過(guò)程由駕駛員用手操控。行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)汽車(chē)行駛過(guò)程中的減速與停車(chē)。應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)通過(guò)獨(dú)立的管道控制車(chē)輪制定的備用系統(tǒng)。

轎車(chē)各大獨(dú)立制動(dòng)系統(tǒng)通常是由以下四部分組成：①供能裝置；②制動(dòng)器；③控制裝置；④傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置。

1.2 類(lèi)型

（1）制動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)。一般來(lái)講，按照其能量輸出方式分，可分為液壓式、氣壓式、電磁式等；按其作用分類(lèi)，可分為駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)以及應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)等。

（2）制動(dòng)器分類(lèi)。制動(dòng)器是制動(dòng)系中的一個(gè)關(guān)鍵裝置，制動(dòng)器主要分為盤(pán)式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器，而盤(pán)式跟鼓式又分為多種。如圖1、圖2 分別為盤(pán)式和鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖1 盤(pán)式制動(dòng)器

圖2 鼓式制動(dòng)器

1.3 轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

作用在轎車(chē)車(chē)輪上的力矩，其方向與車(chē)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向或者汽車(chē)的行駛方向是相反的，同時(shí)在路面上產(chǎn)生阻力，阻礙汽車(chē)行駛。另外，底盤(pán)各個(gè)零部件之間的摩擦也會(huì)阻止車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)及原理為：金屬制動(dòng)鼓固定在汽車(chē)車(chē)輪輪轂上，制動(dòng)底板上兩個(gè)支撐銷(xiāo)固定不動(dòng)，用來(lái)支撐制動(dòng)蹄下端，將摩擦片安裝在制動(dòng)蹄的外圓面上，在制動(dòng)底板上安裝有液壓制動(dòng)輪缸，通過(guò)油管與車(chē)架上的液壓制動(dòng)主缸相通。駕駛員通過(guò)踩制動(dòng)踏板可以操縱主缸中的活塞運(yùn)動(dòng)，完成剎車(chē)過(guò)程。剎車(chē)系統(tǒng)原理如圖3 所示。

圖3 剎車(chē)系統(tǒng)原理

2 轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 制動(dòng)盤(pán)的設(shè)計(jì)

直徑 D 和厚度 H 是制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)主要參數(shù),以下這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)選取。

（1）制動(dòng)盤(pán)直徑 D。為了使制動(dòng)盤(pán)的有效半徑得以增大，同時(shí)滿足可降低制動(dòng)鉗的夾緊力，方便降低摩擦襯塊的單位壓力，就要使制動(dòng)盤(pán)的直徑 D 盡量大一些。又由于輪輞的直徑限制著制動(dòng)盤(pán)的直徑 D。所以，制動(dòng)盤(pán)的直徑 D 選取大約是輪輞直徑的 70%～90%，在圖3 的計(jì)算簡(jiǎn)圖中設(shè)計(jì)制動(dòng)盤(pán)直徑為：

D=0.8×D=0.8×430=344mm

故取制動(dòng)盤(pán)直徑 D=344mm。

（2）制動(dòng)盤(pán)厚度 H。制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫升直接受到制動(dòng)盤(pán)厚度 H 的影響。一般來(lái)講，實(shí)心盤(pán)的厚度可取為10mm～20mm；具有通風(fēng)孔道制動(dòng)盤(pán)的兩工作面之間的尺寸一般采取 20mm～30mm。

在計(jì)算制動(dòng)器時(shí)，若將制動(dòng)塊摩擦襯片的圓形摩攘面劃分成無(wú)窮多個(gè)與盤(pán)同心的圓弧形小區(qū)單元，則在任一單元上摩擦表面的磨攝與該單元的壓力及滑轉(zhuǎn)速度的乘積成正比，假設(shè) PV=C（C 為常量）。

式中 l為單位弧長(zhǎng)，即 l=AC，mm；

制動(dòng)時(shí)的摩擦力矩是：

式中μ為制動(dòng)盤(pán)與襯片間的摩擦系數(shù)，

以上各式中的 l及 I1均為 r的函數(shù)。

一個(gè)制動(dòng)缸所驅(qū)動(dòng)的一對(duì)摩擦塊產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為

式中：Dp為活塞直徑

由于活塞軸線與摩擦塊軸線重合，從而得：

2.2 電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）電子機(jī)械制動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng) EMB）執(zhí)行系統(tǒng)。行星齒輪減速裝置靠無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)是靠運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，采用滾動(dòng)珠絲杠，從而產(chǎn)生制動(dòng)器制動(dòng)力矩，用于監(jiān)測(cè)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)壓力反饋信號(hào)是壓力傳感器。執(zhí)行系統(tǒng)示意圖如圖4 所示。

圖4 EMB執(zhí)行系統(tǒng)組成示意圖

（2）EMB 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是：以確定各環(huán)控制目標(biāo)為前提，從內(nèi)環(huán)開(kāi)始,一環(huán)一環(huán)地向外擴(kuò)展，第一設(shè)計(jì)電流控制環(huán)，第二將電流環(huán)當(dāng)作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一部分設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制環(huán)，最后把轉(zhuǎn)速控制環(huán)當(dāng)作壓力調(diào)節(jié)環(huán)中的一部分，設(shè)計(jì)得壓力控制環(huán)。

3 結(jié)論

文章對(duì)轎車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單介紹，其中包括了制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及工作原理，制動(dòng)盤(pán)和電子機(jī)械制動(dòng)的設(shè)計(jì)等。我國(guó)要在制動(dòng)系統(tǒng)方面做出高水準(zhǔn)、高水平，需要大量創(chuàng)新，同時(shí)還要引進(jìn)外國(guó)的最新技術(shù)，在獨(dú)立設(shè)計(jì)和自主開(kāi)發(fā)上面要多下功夫，要大量的累積經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成自己的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)轎車(chē)制動(dòng)技術(shù)更好的發(fā)展，從而促進(jìn)我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)。

［1］［美］霍爾德曼米切爾.汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)出版社，2006.

Design of Car Braking System

WA NG Zhong-hui，YU Shi-jun
（School of A utomotive Engineering，Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

The main safety system of car is braking system.Car braking system is very important for the car，and only a good braking system can ensure the safe driving of the vehicle.The paper analyzes the structure，working principle，calculation and design of brake system of brake system.

brake system；brake；electronic mechanical brake

U463.5

A

2095-980X（2016）12-0040-02

2016- 11-16

王中輝，主要研究方向：汽車(chē)工程。