液壓制動管路整車布置設計

況旭，張偉棟，羅旋

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

汽車制動系統是汽車關鍵的安全部件，保障了汽車和人員的安全。目前汽車制動系統仍以液壓式制動系統為主，在液壓制動系統中，制動管路提供了制動液流通通道，有效地將制動主缸形成液壓力快速傳遞至制動輪缸，為制動器提供制動作用力[1]。在制動管路設計開發過程中，制動管路的整車布置尤其重要，制動管路整車布置既要考慮布置的合理性和安全可靠性，又要兼顧制動效能的優越性。

文中簡要介紹了液壓制動管路整車布置總體方案，從整車布置、周邊環境、固定形式和裝配工藝等方面分析了制動管路(包括制動硬管和軟管)布置設計要求，最后表明了制動管路布置對制動性能的影響。本文作者詳細分析了液壓制動管路整車布置設計，有利于指導制動管路的設計開發。

1 制動管路整車布置總體方案

目前汽車普遍采用雙回路制動系統，雙回路制動系統就是利用液壓制動管路將全車液壓制動系統分成彼此獨立的兩個管路系統，工作中如果一路制動液壓制動管路發生泄漏，另一路管路仍然可以實施制動，仍保持一定的制動效能，實現安全冗余性[2]。雙管路制動系統比較常見的布置形式有H形和X形，基于X形回路技術的液壓制動系統管路布置形式簡圖如圖1所示。

圖1 基于X形回路液壓制動系統管路布置簡圖

制動管路在整車布置區域主要分成前機艙和下車體兩部分。前機艙制動管路主要連接助力裝置主缸、ESP控制器和前輪制動器，由于前機艙區域布置零件角度，因此制動管路在前機艙布置的特點為空間少、環境較為復雜；下車體制動管路主要是將制動液的ESP制動硬管傳遞到后制動器，具有管路較長、安裝困難等特點。制動管路整車布置不僅要考慮布置合理性和安全可靠性，又要兼顧制動系統的制動性能。制動管路整車布置采用的基本原則：減少管路的長度和折彎次數，與周邊件保留合理間隙，配合汽車運動，固定牢靠，裝配方便。

2 制動管路布置設計要求

根據作用功能不同，液壓制動管路分為制動硬管和制動軟管兩種類型。制動硬管主要固定在汽車車身上，多為鋼質材料，主要與制動主缸蓄能元件和ESP控制元件相連。制動軟管主要布置在車輪輪邊位置，通常為橡膠材料組成，其主要的功能是配合懸架系統、轉向系統與車身間的相對運動，這就要求制動軟管滿足一定的韌性和撓性。

2.1 制動硬管布置設計要求

2.1.1 整車空間布置

制動管路在空間布置上主要分布在汽車前機艙和下車體。制動硬管在整車空間布局應與周邊零部件不產生干涉并遠離熱源，保證管路順暢，避免過彎管路，降低流通阻力。制動硬管在前機艙區域主要固定在前圍板和車架上。由于機艙汽車零部件較多，在制動硬管布置設計過程中需要充分考慮與周邊零部件的間隙，避免出現干涉問題；下車體制動硬管的走向主要是沿著車身或者車架的邊、槽、梁等部位，可有效防止制動管路承受其他壓力[3]。為避免汽車行駛中制動管路磕低損壞，下車體制動硬管應高于周邊建議最低點10 mm。空間布置上制動硬管與周邊零部件的間隙設計要求可參考表1。

表1 制動管路與周邊零件間隙設計建議要求

2.1.2 環境要求

制動管路的布置同樣需要考慮環境因素。首先，前機艙制動管路布置過程中需要考慮環境溫度影響。由于燃油車前機艙存在動力裝置，在局部容易形成較大熱源，靠近熱源區域的制動硬管需要進行表面熱害分析。理論上制動管表面的溫度不能超過120 ℃，因為制動管表面溫度達到120 ℃，內部制動液溫度將會達到制動液沸點，不利于制動液建壓。制動硬管受熱源影響較為嚴重的兩大區域主要為前機艙靠近發動機處和下車體靠近排氣管區域。如圖2所示，某車型排氣管表面溫度達到550 ℃，制動管路和排氣管的間隙為43 mm，熱管理校核得到制動管路表面溫度遠超過120 ℃。在制動硬管前期布置中就需要考慮增大制動管路與排氣管的間隙，或者在制動硬管表面包覆一層鋁箔，降低制動硬管表面的溫度。

圖2 排氣管附件制動硬管熱管理分析

另一方面，由于下車體制動管路較多直接暴露在空氣中，汽車在運動過程中容易受到路面砂石沖擊，因此在制動硬管需要滿足一定的耐磨性。對于一些耐磨性較差的管材材質如PVF管，需要在制動硬管外表面包覆一層耐磨的熱縮護套。

2.1.3 固定形式

制動硬管主要通過管夾固定在車身上。目前汽車使用的管夾類型較多，按照管夾與車身的安裝形式，較為常用的管夾類型有螺柱式和卡扣式，如圖3所示。螺柱式管夾與車身貼合牢固，較難脫落；而卡扣式管夾工藝較簡易，便于安裝。按照制動硬管管夾的管路數量，可以分為單管夾，雙管夾、三管夾和四管夾等[4]。在制動硬管布置過程中往往也考慮將制動硬管和其他管路共用管夾，有利于更好布置汽車零件。如圖4所示，制動硬管和燃油管共用四管夾，兩者保持合理的間隙。同時為考慮制動硬管固定牢固，相鄰管夾固定點設計要求制動管的長度建議不應大于300 mm。

圖3 螺柱式管夾和卡扣式管夾

圖4 制動管路和燃油管共用四管夾

2.1.4 裝配工藝

制動管路通過硬管接頭與助力主缸和ESP等零件連接，主要是內部擴口、外螺紋、內螺紋中間的配合，既能滿足裝配可靠性，又能依靠軸向力起到密封效果。在管路布置設計中需要預留工藝裝配空間，如圖5所示，制動硬管在布置設計過程中避免制動管路與擰緊工具發生干涉。同時，對于下車體布置的長制動硬管，由于管路布置較長，裝配較為困難，往往會設計制動管連接器，將后制動硬管分為兩段，有利于制動管路安裝。

圖5 制動管路布置設計工藝校核

2.2 制動軟管布置設計要求

由于汽車行駛過程中制動軟管存在局部相對運動，因此制動軟管的布置設計需要考慮動態校核。當轉向輪處于轉向極限位置或車輪處于上下跳動極限狀態時，制動軟管不應與周邊件干涉，也不能緊繃。文中從空間布置和與軟管力學特性兩方面討論制動軟管的布置設計。

2.2.1 空間布置

通常情況下，制動軟管主要連接制動硬管和輪邊制動器。前端制動軟管通過支架固定在車身上，后端制動軟管主要通過螺柱與制動器卡鉗連接，與制動器一起隨著車輪運動。對于前驅車，由于前輪存在轉向功能，前制動軟管總成通常設計成自帶中間支架，通過中間支架固定在減震器或者轉向節上，如圖6所示。

圖6 前制動軟管固定在轉向節和減震器上

制動軟管空間布置需結合動態校核進行分析。目前設計中主要通過軟件仿真來模擬實車運動狀態，主要工況包括懸架系統跳動的上極限、中間狀態、下極限，轉向系統的左極限、中間狀態、右極限工況。在各工況下制動軟管布置需要滿足與周邊件不發生干涉，避免制動軟管因干涉而造成磨損，制動軟管各種工況下與周邊間隙需滿足設計要求(表2)。

表2 制動軟管與周邊零件間隙設計要求

2.2.2 軟管力學特性

制動軟管長度設計主要受運動過程中自身特性影響。制動軟管主要分為運動段和固定段，運動段是指制動軟管兩端存在相對運動，其長度的設計主要取決于軟管裝配應力和最大拉力，如果裝配應力和最大拉力過大，制動軟管運動中拉伸將會導致過大塑性變形，嚴重時造成軟管斷裂；固定段主要是指制動軟管兩端相對靜止，其長度的設計取決于制動軟管運動過程中的最小彎曲半徑，如果最小彎曲半徑過小，制動軟管耐久易出現破損風險。同時，軟管設計同時要考慮相位角參數，相位角是指制動軟管兩端接頭的相對角度。相位角設計合理，有利于裝配時制動軟管處于自然狀態，可避免裝配受力造成軟管扭曲。表3為制動軟管運動力學特性。

表3 制動軟管運動力學特性

3 制動管路布置設計對制動系統影響

制動管路布置設計對制動系統功能的影響同樣不可忽略。首先，制動管路的布置應合理選擇制動硬管和軟管的長度，制動硬管應該減少折彎次數，這樣可減少液體在管路中流動的液體阻力，從而提升制動器的響應速度；而制動軟管長度設計過大，在制動液建壓過程中軟管受力將會膨脹，影響制動性能。此外，制動管路布置設計存在干涉或不牢固，都可能導致制動液發生泄漏，一定程度上將會影響制動效能。在制動管路整車實際布置中由于管路所處空間和環境限制，制動管路在管路布置往往需要綜合考慮多方面影響，合理布置制動管路，提升制動系統的制動效能。

4 結束語

制動管路布置設計是制動系統開發過程中的關鍵布置。文中從空間布置、周邊環境、固定形式和裝配工藝等多方面進行考慮，詳細介紹了制動硬管和制動軟管整車布置設計。制動管路作為傳遞液壓力的主要通道，其布置對制動系統的響應速度和制動性能均起到關鍵作用。從理論上分析了制動管路布置設計，有利于指導制動管路的設計開發。