轻型汽车底盘前盘式后鼓式制动器设计Word文件下载.doc
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1.1研究的目的和意义 1
1.2国内外研究现状发展趋势 1
第二章：
汽车总体参数的确定 8
2.1汽车型式的选择 8
2.2汽车主要尺寸和参数的选择 9
2.2.1汽车主要尺寸的确定 9
2.2.2汽车质量参数的确定 10
2.2.3汽车性能参数的确定 12
2.2.4轮胎的选择 12
第三章：
制动器的结构型式及选择 14
3.1盘式制动器的结构型式及选择 14
3.1.1固定钳式盘式制动器 15
3.1.2浮动钳式盘式制动器 16
3.1.3盘式制动器的优缺点 17
3.2鼓式制动器的结构型式及选择 17
3.2.1领从蹄式制动器 18
3.2.2双领蹄式制动器 20
3.2.3双向双领蹄式制动器 20
3.2.4单向增力式制动器 21
3.2.5双向增力式制动器 21
第四章：
制动系的主要参数及选择 23
4.1制动力与制动力分配系数 23
4.2同步附着系数 27
4.3制动强度和附着系数利用率 28
4.4制动器最大制动力矩 29
4.5制动器因数 30
4.6鼓式制动器 31
4.6.1鼓式制动器的结构参数 31
4.6.2摩擦片摩擦系数 34
4.7盘式制动器主要参数的确定 35
第五章：
制动器的设计计算 36
5.1制动蹄摩擦面的压力分布规律及径向变形规律 36
5.1.1具有两个自由度的增势蹄摩擦衬片的压力分布规律及径向变形规律 36
5.2制动蹄片上的制动力矩 38
5.3制动器因数的分析计算 42
5.3.1浮式领—从蹄制动器 42
5.3.2浮式双领蹄制动器 44
5.4摩擦衬片（衬块）的磨损特性计算 44
5.5盘式制动器制动力矩的计算 45
5.6驻车制动计算 47
第六章：
制动器主要零部件的结构设计与强度计算 49
6.1制动器主要零部件的结构设计 49
6.1.1制动鼓 49
6.1.2制动蹄 50
6.1.3制动底板 50
6.1.4制动蹄的支承 50
6.1.5制动轮缸 51
6.1.6制动盘 51
6.1.7制动钳 51
6.1.8制动块 51
6.1.9摩擦衬片（衬块） 52
6.1.10摩擦材料 53
6.1.11制动器间隙的调整方法及相应机构 53
6.2制动器主要零件的强度计算 54
6.2.1紧固摩擦片铆钉的剪切应力验算 54
第七章：
制动驱动机构的结构形式选择与计算 55
7.1制动驱动机构的结构型式选择 55
7.1.2动力制动系 56
7.1.3伺服制动系 58
7.2制动管路的多回路系统 60
7.3液压制动驱动机构的设计计算 61
7.3.1制动缸直径与工作容积 61
7.3.2制动主缸直径与工作容积 62
7.3.3制动踏板力与踏板行程 63
结论 65
致谢 66
参考文献 67
附录一
绪论
1.1研究的目的和意义
汽车制动系是用于使行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使已停止的汽车停在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构，汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。
随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，停车可靠，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。
也只有制动性能良好，制动系工作可靠的汽车才能充分发挥其性能。
汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置，重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置，牵引汽车还应有自动制动装置。
行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车，并使汽车在下断坡时保持适当的稳定的车速。
其驱动机构常采用双回路或多回路机构，以保证其工作可靠。
驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在坡路上起步。
驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动，以免其发生故障。
应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时，则可利用其机械力源（如强力压缩弹簧）实现汽车制动。
应急制动装置不必是独立的制动系统，它可利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。
应急制动装置也不是每车必备的，因为普通的手力驻车制动器也可以起到应计制动的作用。
辅助制动装置用在山区行驶的汽车上，利用发动机排气制动或电涡流制动等的辅助制动装置，可使汽车下长坡时长时间而持续地减低或保持稳定车速，并减轻或解除行车制动器的负荷。
1.2国内外研究现状发展趋势
一.制动控制系统的历史
最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，这时的车辆的质量比较小，速度比较低，机械制动虽已满足车辆制动的需要，但随着汽车自质量的增加，助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。
这时，开始出现真空助力装置。
1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。
林肯公司也于1932年推出V12轿车，该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。
随着科学技术的发展及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。
DuesenbergEight车率先使用了轿车液压制动器。
克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世。
通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。
到20世纪50年代，液压助力制动器才成为现实。
20世纪80年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最显著的成就就是防抱制动系统（ABS）的实用和推广。
ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产品。
它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。
防抱装置一般包括三部分：
传感器、控制器（电子计算机）与压力调节器。
传感器接受运动参数，如车轮角速度、角加速度、车速等传送给控制装置，控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后，给压力调节器发出指令。
1936年，博世公司申请一项电液控制的ABS装置专利促进了防抱制动系统在汽车上的应用。
1969年的福特使用了真空助力的ABS制动器；
1971年，克莱斯勒车采用了四轮电子控制的ABS装置。
这些早期的ABS装置性能有限，可靠性不够理想，且成本高。
1979年，默·
本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的ABS制动装置。
1985年美国开发出带有数字显示微处理器、复合主缸、液压制动助力器、电磁阀及执行器“一体化”的ABS防抱装置。
随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现，以及电子信息处理技术的高速发展，ABS以成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。
1992年ABS的世界年产量已超过1000万辆份，世界汽车ABS的装用率已超过20%。
一些国家和地区（如欧洲、日本、美国等）已制定法规，使ABS成为汽车的标准设备。
二.制动控制系统的现状
当考虑基本的制动功能量，液压操纵仍然是最可靠、最经济的方法。
即使增加了防抱制动（ABS）功能后，传统的“油液制动系统”仍然占有优势地位。
但是就复杂性和经济性而言，增加的牵引力控制、车辆稳定性控制和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术使基本的制动器显得微不足道。
传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。
当制动踏板踏下时，主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路，并通过一个比例阀使前后平衡。
而ABS或其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。
目前，车辆防抱制动控制系统（ABS）已发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。
方法虽然简单实用，但是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，在许多不同的道路上加以验证；
从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。
另外，由于编制逻辑门限ABS有许多局限性，所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统（VDC）。
结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS，它是以连续量控制形式，使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率，理论上是一种理想的ABS控制系统。
滑移率控制的难点在于确定各种路况下的最佳滑移率，另一个难点是车辆速度的测量问题，它应是低成本可靠的技术，并最终能发展成为使用的产品。
对以滑移率为目标的ABS而言，控制精度并不是十分突出的问题，并且达到高精度的控制也比较困难；
因为路面及车辆运动状态的变化很大，多种干扰影响较大，所以重要的问题在于控制的稳定性，即系统鲁棒性，应保持在各种条件下不失控。
防抱系统要求高可靠性，否则会导致人身伤亡及车辆损坏。
因此，发展鲁棒性的ABS控制系统成为关键。
现在，多种鲁棒控制系统应用到ABS的控制逻辑中来。
除传统的逻辑门限方法是以比较为目的外，增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制是常用的鲁棒控制系统，是目前所采用的以滑移率为目标的连续控制系统。
模糊控制法是基于经验规则的控制，与系统的模型无关，具有很好的鲁棒性和控制规则的灵活性，但调整控制参数比较困难，无理论而言，基本上是靠试凑的方法。
然而对大多数基于目标值的控制而言，控制规律有一定的规律。
另外，也有采用其它的控制方法，如基于状态空门及线性反馈理论的方法，模糊神经网络控制系统等。
各种控制方法并不是单独应用在汽车上，通常是几种控制方法组合起来实施。
如可以将模糊控制和PID结合起来，兼顾模糊控制的鲁棒性和PID控制的高精度，能达到很好的控制效果。
车轮的驱动打滑与制动抱死是很类似的问题。
在汽车起动或加速时，因驱动力过大而使驱动轮高速旋转、超过摩擦极限而引起打滑。
此时，车轮同样不具有足够的侧向力来保持车辆的稳定，车轮切向力也减少，影响加速性能。
由此看出，防止车轮打滑与抱死都是要控制汽车的滑移率，所以在ABS的基础上发展了驱动防滑系统（ASR）。
ASR是ABS的逻辑和功能扩展。
ABS在增加了ASR功能后，主要的变化是在电子控制单元中增加了驱动防滑逻辑系统，来监测驱动轮的转速。
ASR大多借用ABS的硬件，两者共存一体，发展成为ABS/ASR系统。
目前，ABS/ASR已在欧洲新载货车中普遍使用，并且欧共体法规EEC/71/320已强制性规定在总质量大于3.5t的某些载货车上使用，重型车是首先装用的。
然而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用，并可获得较短的制动距离及制动方向稳定性，但是它不能解决制动系统中的所有缺陷。
因此ABS/ASR功能，同时可进行制动强度的控制。
ABS只有在极端情况下（车轮完全抱死）才会控制制动，在部分制动时，电子制动使可控制单个制动缸压力，因此反应时间缩短，确保在任一瞬间得到正确的制动压力。
近几年电子技术及计算机控制技术的飞速发展为EBS的发展带来了机遇。
德国自20世纪80年代以来率先发展了ABS/ASR系统并投入市场，在EBS的研究与发展过程中走到了世界的前列。
德国博世公司在1993年与斯堪尼公司联合首次在Scania牵引车及挂车上装用了EBS。
然而EBS是全新的系统，它有很大的潜力，必将给现在及将来的制动系统带来革命性的变革。
三.制动控制系统的发展
今天，ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。
车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。
一方面是扩大控制范围、增加控制功能；
另一方面是采用优化控制理论，实施伺服控制和高精度控制。
在第一方面，ABS功能的扩充除ASR外，同时把悬架和转向控制扩展进来，使ABS不仅仅是防抱死系统，而成为更综合的车辆控制系统。
制动器开发厂商还提出了未来将ABS/TCS和VDC与智能化运输系统一体化运用的构想。
随着电子控制传动、悬架系统及转向装置的发展，将产生电子控制系统之间的联系网络，从而产生一些新的功能，如：
采用电子控制的离合器可大大提高汽车静止启动的效率；
在制动过程中，通过输入一个驱动命令给电子悬架系统，能防止车辆的俯仰。
在第二个方面，一些智能控制技术如神经网络控制技术是现在比较新的控制技术，已经有人将其应用在汽车的制动控制系统中。
ABS/ASR并不能解决汽车制动中的所有问题。
因此由ABS/ASR进一步发展演变成电子控制制动系统（EBS），这将是控制系统发展的一个重要的方向。
但是EBS要想在实际中应用开来，并不是一个简单的问题。
除技术外，系统的成本和相关的法规是其投入应用的关键。
经过了一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本固定下来。
随着电子，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。
如凯西-海斯（K-H）公司在一辆实验车上安装了一种电-液（EH）制动系统，该系统彻底改变了制动器的操作机理。
通过采用4个比例阀和电力电子控制装置，K-H公司的EBM就能考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况，而不需另外增加任何一种附加装置。
EBM系统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力，从而使制动距离缩短5%。
一种完全无油液、完全的电路制动BBW（Brake-By-Wire）的开发使传统的液压制动装置成为历史。
四.全电路制动（BBW）
BBW是未来制动控制系统的L发展方向。
全电制动不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。
全电制动的结构如图2所示。
其主要包含以下部分：
（a）电制动器。
其结构和液压制动器基本类似，有盘式和鼓式两种，作动器是电动机；
（b）电制动控制单元（ECU）。
接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动；
接收驻车制动信号，控制驻车制动；
接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。
由于各种控制系统如卫星定位、导航系统，自动变速系统，无级转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制；
（c）轮速传感器。
准确、可靠、及时地获得车轮的速度；
（d）线束。
给系统传递能源和电控制信号；
（e）电源。
为整个电制动系统提供能源。
与其他系统共用。
可以是各种电源，也包括再生能源。
从结构上可以看出这种全电路制动系统具有其他传统制动控制系统无法比拟的优点：
（a）整个制动系统结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置。
液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低；
（b）制动响应时间短，提高制动性能；
（c）无制动液，维护简单；
（d）系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构；
（e）采用电线连接，系统耐久性能良好；
（f）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。
全电制动控制系统是一个全新的系统，给制动控制系统带来了巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供条件。
但是，要想全面推广，还有不少问题需要解决：
首先是驱动能源问题。
采用全电路制动控制系统，需要较多的能源，一个盘式制动器大约需要1kW的驱动能量。
目前车辆12V电力系统提供不了这么大的能量，因此，将来车辆动力系统采用高压电，加大能源供应，可以满足制动能量要求，同时需要解决高电压带来的安全问题。
其次是控制系统失效处理。
全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。
因为不存在独立的主动备用制动系统，因此需要一个备用系统保证制动安全，不论是ECU元件失效，传感器失效还是制动器本身、线束失效，都能保证制动的基本性能。
实现全电制动控制的一个关键技术是系统失效时的信息交流协议，如TTP/C。
系统一旦出现故障，立即发出信息，确保信息传递符合法规最适合的方法是多重通道分时区（TDMA），它可以保证不出现不可预测的信息滞后。
TTP/C协议是根据TDMA制定的。
第三是抗干扰处理。
车辆在运行过程中会有各种干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响，目前存在多种抗干扰控制系统，基本上分为两种：
即对称式和非对称式抗干扰控制系统。
对称式抗干扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理制动信号。
非对称式抗干扰控制系统是用两个不同的CPU和不一样的计算程序处理制动信号。
两种方法各有优缺点。
另外，电制动控制系统的软件和硬件如何实现模块化，以适应不同种类的车型需要；
如何实现底盘的模块化，是一个重要的难题。
只有将制动、转向、悬架、导航等系统综合考虑进来，从算法上模块化，建立数据总线系统，才能以最低的成本获得最好的控制系统。
电制动控制系统首先用在混合动力制动系统车辆上，采用液压制动和电制动两种制动系统。
这种混合制动系统是全电制动系统的过渡方案。
由于两套制动系统共存，使结构复杂，成本偏高。
随着技术的进步，上述的各种问题会逐步得到解决，全电制动控制系统会真正代替传统的以液压为主的制动控制系统。
图3是这种全电制动控制系统的配置方案。
五.结论
综上所述，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。
全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。
同时，随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降。
汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。
但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。
有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。
同时需要各种国际及国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。
汽车总体参数的确定
2.1汽车型式的选择
不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式、以及布置形式上的区别
影响汽车的轴数的主要因素是汽车的总质量、道路法规对轴载荷质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。
根据有关部门规定，公路允许车辆的单后轴负荷不超过130kN，双后轴负荷为240kN。
双轴汽车前后轴总负荷一般不大于190KN，而三轴汽车前后轴总负荷不超过320kN，总负荷超过上述数字的可采用四轴。
根据给定的已知数据采用双轴式。
驱动型式常用4×
2，4×
4，6×
6等代号表示，期中第一
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