基于轻量化的轻型物流运输车驱动桥结构优化设计外文翻译资料

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现代车辆设计介绍

14.制动系统

本章的目的是：

bull;帮助设计师了解制动系统的法律要求;

bull;了解制动系统的基本要求;

bull;了解实现有效制动系统的设计过程;

bull;了解有效制动系统的材料要求;

bull;了解制动控制系统中的当前发展。

14.1介绍

道路车辆的安全和可靠使用需要响应于交通状况的变化而持续调整其速度和距离。该要求一部分由制动系统满足，其设计在确保特定车辆适合于给定应用中起关键作用。这通过设计一种系统来实现，该系统使得在正常操作期间在车辆可能遇到的操作条件的整个范围上尽可能有效地使用在轮胎和道路之间可用的有限牵引力。

本章的目的是向读者介绍与道路车辆减速行为相关的基本机制，并提供在选择制动转子和摩擦材料时必须解决的许多问题的见解。在单个章节的范围内，完整的覆盖是不可行的，因此在其末尾提供一组参考和附加阅读，指向感兴趣的读者指向更多的信息来源。

本章开始回顾制动系统的功能以及主要部件及其可能的配置的概述。审查法律，并强调其作为帮助制动系统的设计者的工具的重要性。直线运动学和动力学分析用于解决制动问题的基本原理，作为制动器配比，粘附利用和其他相关问题的分析的前身。本章的这一部分内置了一个案例研究，说明了理论的应用，从而加强了理解。回顾了从其制造摩擦副的材料的选择，并突出显示与热机械行为相关的问题。本章最后总结了更多高级主题，通常与制动系统和现代底盘控制相关。

14.1.1制动系统的功能和使用条件

为了理解制动系统的行为，定义了必须始终满足的三个单独功能：

（a）制动系统必须以受控和可重复的方式使车辆减速，并且在适当时使车辆停止。

（b）制动系统应允许车辆在下坡行驶时保持恒定速度。

（c）制动系统必须在平坦处或梯度上保持车辆静止。

如上所述，简单地说，制动系统在控制车辆运动中所起的作用的重要性被大大地低估了。考虑制动器运行时的的各种可能情况可以使我们更好地理解它们的作用。

包括以下等情况：

bull;干燥、潮湿和干燥的道路;

bull;路面平缓或平缓;

bull;裂开的摩擦面;

bull;直线制动或在曲线上制动时;

bull;湿式或干式制动器;

bull;新的或破旧的套筒;

bull;车载或未装载车辆;

bull;车辆牵引车或大篷车;

bull;较少使用或频繁使用的短途或长途旅行;

bull;高或低的减速率;

bull;熟练的或非熟练的司机。

显然，制动器以及转向部件和轮胎代表了存在于机动车辆上的各种条件下可靠运行的最重要的事故避免系统。然而，任何制动系统的有效性都受轮胎 - 道路界面处可用的牵引力的大小的限制。

14.1.2系统设计方法

上述制动系统的主要功能必须始终满足。在系统故障的情况下，也必须执行相同的功能，尽管效率降低。因此，典型的客车的制动系统包括用于正常制动的行车制动器，在行车制动器故障的情况下使用的辅助/紧急制动器和驻车制动器。当前实践允许在辅助/驻车制动系统中使用行车制动部件。

不考虑细节设计考虑，所有制动系统分为以下子系统：

（1）能源

这包括产生、存储或释放制动系统所需能量的所有部件。在标准乘用车中，由驾驶员施加的肌肉踏板力与真空增压系统组合构成能量源。在增压失败的情况下，驾驶员仍然可以通过单独的肌肉力来施加制动。替代能源包括动力制动系统，脉动制动器，液压重量制动器，电动制动器和弹簧制动器。

（2）调制系统

这包括用于控制施加到每个制动器的制动力水平的制动系统的那些元件。该系统包括驱动器，压力限制/调节值以及防抱死制动系统（ABS）。

（3）传动系统

能量通过其行进到车轮制动器的部件包括传动系统。制动管路（刚性管）和制动软管（软管）用于液压和空气制动系统。机械制动器利用杆，杠杆，凸轮和电缆传输能量。汽车的驻车制动器经常使用机械传​​动系统。

（4）基础制动器

这些组件产生与车辆的运动相反的力，并且这样做将与车辆的纵向运动相关联的动能转换成热能。

在制动系统的设计中涉及四个主要阶段。第一个，也许是最基本的阶段是选择车辆的车轴之间的制动力分配。这主要是车辆尺寸和其重量分布的函数。接下来是传动系统的设计，该活动包括主缸与前轮和后轮缸的尺寸。在这个阶段考虑附加部件，例如调节施加到每个车轮的液压的特殊阀。基础制动器成为过程第三阶段的焦点。除了能够对施加的负载和扭矩进行反应外，基础制动器还必须具有足够的热性能，磨损和噪声特性。该过程的最后阶段导致踏板组件和真空增压系统结合到制动系统中。为了完成这个设计任务，工程师需要访问几个基本的车辆参数。这些包括：

bull;车载质量;

bull;载荷和卸载时的重量分布;

bull;轴距;

bull;载重和未装载时的重心高度;

bull;最大车辆速度;

bull;胎圈和轮辋尺寸;

bull;车辆功能;

bull;制定标准。

必须认识到每个前面的阶段是紧密相连的，并且最终的设计将需要许多迭代来实现。因此，任何形式方法都必须设计成不会损害可能由组件级别的设计变化导致的整体系统质量。例如，封装空间的减小可导致必须将较小直径的车轮制动器安装到车辆上。除非检查，否则这将改变制动力分布，例如调整轮缸的大小，并且在最坏的情况下，这可能导致过早的车轮锁定和违反管理法。

14.1.3制动系统组件和配置

以下概括了一起构成常规制动系统的主要部件以及可能的制动系统布局。部件的讨论从踏板组件开始，并且通过制动系统，用基础制动器或车轮制动器完成。

踏板总成

制动踏板由臂、垫和枢轴附件组成。大多数乘用车使用悬挂踏板。连杆连接到踏板，并且将力和运动传递到主缸。

制动助力器

制动助力器用于放大在踩下制动踏板时产生的脚压力。这具有减少致动所需的手动力的效果。升压器总是与汽缸组件结合。真空增压器采用在火花点火发动机的进气歧管中产生的负压，而液压增压器依赖于液压能量源的存在，并且通常应用于由柴油发动机驱动的车辆中，其仅产生最小量的进气真空。汽缸基本上启动和控制制动过程。法规规定要求乘用车辆装备有两个单独的制动回路，这通过串联主缸来满足。串联汽缸具有容纳在单个孔内的两个活塞。单元的每个部分用作单个气缸，并且最靠近制动踏板的活塞称为主活塞，而另一个称为次级活塞。因此，如果在初级回路中产生泄漏，则主活塞向前移动直到其底部抵靠次级活塞。推杆力通过活塞到活塞接触直接传递到次级活塞，从而允许次级活塞对次级回路加压。相反，如果次级回路产生泄漏，则次级活塞向前移动，直到其停止抵靠主缸膛的端部。这然后允许两个活塞之间的截留流体变得加压，因此主回路保持工作。

调节阀

制动过程的动力学要求需要一些装置，以在增加减速率的作用下减小在车辆后部产生的制动力的大小。这种需要起因于在任何制动事件期间从后向前发生的负载转移。该功能通过将某种形式的制动压力调节阀并入后制动回路中来实现。阀的确切性质取决于细节设计，但它们分为三种类型：

负载敏感压力调节阀：这种类型的阀门适用于在轴负载中经历大量运行变化的车辆。阀锚定到车身，并且还通过机械联动装置连接到后悬架。这允许阀感测本体和悬架之间的相对位移，并调节阀性能以实现对后管线压力的控制，并且因此使后制动器能够补偿轴向载荷的变化;

 压力敏感压力调节阀：当压力超过预定值时，这种类型的阀将后制动回路隔离。它们适用于具有低重心和有限货物体积的车辆;

减速敏感压力调节阀：这种类型的阀具有广泛的应用。动力点由车辆的减速度决定，这通常为0.3g数量级。这种类型的阀的益处是其提供一定程度的负载敏感操作，因为车辆的总减速度是车辆重量和管线压力的函数。它们也对斜坡上的制动敏感。这种类型的阀的数学模型在本文后面研究，并且给出了制动系统的性能的影响的证明。

基础制动器

基础制动器或车轮制动器，分为两类，即盘式（轴向）和鼓式（径向）制动器。现代车辆总是在前轴上装配盘式单元，并且存在将类似单元安装到后轴的增长趋势。如果鼓式制动器安装到后轴，那么这些通常是单工型，其采用前导和后导板构造以产生所需的制动扭矩。这种类型的鼓式制动器的扭矩输出对车辆方向的变化不敏感。在完全装配有盘式制动器的车辆上，通常采用小鼓单元作为车辆后车轴上的驻车制动器。围绕用于制造盘和鼓以及它们的摩擦材料配对物的材料的选择的问题在本文后面更详细地讨论。

制动系统布局

法律要求需要在所有公路车辆上安装双回路传动系统。在五种可能的配置中，两种已经成为标准，这些被称为图14.1中所示的II和X布局。 II设计的特征在于用于前轴和后轴的分离的回路，而在X构型中，每个回路致动前部的一个车轮和对角相对的后轮。 II设计通常在后部重型车辆上发现，并且X布局应用于前部重型车辆。

14.2法律

无一例外，机动公路车辆，无论是汽车，公共汽车还是货车，都对其他道路使用者和行人造成潜在的致命危险。此外，过去十年中“绿色思维”的兴起导致认真考虑道路车辆对我们大家必须生活的环境的影响。它是政府的许多责任之一，以确保所有道路车辆尽可能安全，并且车辆对环境的任何不利影响最小化。该任务通过立法来实现，就制动器而言，该立法主要为系统及其部件的性能设定最低标准，其结合以受控方式阻止车辆的运动。在设计新的制动系统时，设计工程师必须考虑与制动力学相关的许多因素。除了这些要素外，遵守车辆所在国家或地区的立法要求是绝对必要的。因此，这种文件的内容和范围的工作知识形成制动工程师的信息数据库的非常重要的部分。

有很多反对立法的论据。然而，尽管有一些不可避免的缺点，标准和法律构成了今天社会必要和可取的部分，他们在这里留下来。不好的法律文件可能扼杀主动，并通过执行不切实际的标准和未能认识到技术进步来限制技术进步。文档的措辞有些复杂，这可能导致难以理解其内容。这在很大程度上是不可避免的，因为它们是法律文件，它们必须试图覆盖所有可能性，防止歧义和堵塞漏洞。默认情况下，符合国家或国际标准的证明产生了作为增加成本转移给消费者的开销。重要的是，该过程不抑制新的或小的制造商进入市场。最后，国家法律可以用作经济武器（称为贸易技术壁垒），特别是那些经营批准制度的国家，以保护其工业免受世界范围侵入当地市场。通过使用有利于家庭产业的标准和测试程序或通过禁止解释，通过允许测试机构使用主观判断并且通过在测试调度中显示缺乏合作，进口商的工作变得非常困难，在发出审批文件。

技术标准和法律要求需要不断修订，以提高质量。他们必须为新的和在役车辆制定现实的标准，从而真正改善安全和环境保护。考虑到必要的法律制约因素，他们应该直接了解和解释以及普遍接受鼓励自由贸易，从而防止产生贸易壁垒。标准和立法也必须适用于所有类型的车辆，并且不应排除创新设计，因为这样不灵活以限制技术进步、理想情况下，他们必须积极鼓励使用新技术。考虑到时间，公司将正式的测试程序纳入其设计计划中，并与国家审批机构建立密切的工作关系。原则上，这导致改进的出口性能，因为在制造国获得的批准对所有其他批准自动有效。此外，明确界定的基本规则常常作为产品开发的辅助。

关于制动系统，法律首先以1904年的汽车订单的形式出现。自那时起，填充道路网络的车辆的范围和复杂性已经显着增加。不可避免地，这伴随着关于制动的规定的尺寸和复杂性的类似增加。离开自我认证过程的第一个重大变化是，当英国开始沿着类型批准的道路，由欧洲大陆赞成，欧洲经济委员会（ECE）条例的并入。这些自愿性条例试图协调车辆法律，它们规定了车辆系统和部件批准的相互接受和通知。相关制动法律包含在条例13中。下一个重大变化发生在英国成为共同市场的成员，其中接受EEC指令对所有成员国都具有约束力。成员国不允许施加比指令中包含的更严格的标准。然而，他们可以就EEC法律未涵盖的事项自由要求额外的标准。 EEC指令与相应的ECE法规在一个主要方面不同：一个成员发布的批准必须被所有其他成员接受。然而，两者的目标是相同的，即协调不同的技术要求。在1978年，在英国强制要求所有新车都获得EEC制动指令型式认证。 1980年对于批准用于欧洲经委会条例13的车辆也给予类似的豁免。目前的EEC制动指令是根据指令91/422 / EEC最近修订的指令71/320 / EEC。

在EEC规则所规定的许多要求中，或许道路车辆必须满足的最重要的方面涉及其使用可用的轮胎地面附着力。制造商必须提交附着力利用率曲线，证明符合EEC指令71/320附件II图1A和1B中定义的限值。参考M1类车辆（座位容量最多可达8人，包括驾驶员）的附着力利用率图如图14.2所示，来源于EEC理事会指令71/320 / EEC中最后修订的91 / 422 / EEC。

该指令使用字母k表示附着力利用率和z用于减速，并且指出对于所有类别的车辆，附着力利用率在0.2和0.8之间，

zge;0.1 0.85（k-0.2）

对于M1类车辆，对于所有负载情况，前轴的附着力利用率曲线必须大于后轴，0.15g和0.8g之间的减速度值。在0.3g和0.45g的减速水平之间，允许附着力利用曲线的反转，只要后轴附着力曲线不超过由k = z限定的线超过0.05。上述规定适用于由线k = 0.8和 z = 0.8限定的区域内。制动系统与图14.2中限定的约束相一致，确保后轮不会优先于前轮锁定，并且限制了施加在车辆前部的制动力的比例，使得制动系统不会变成太低效。这一要求的详细解释将在本文后面部分概述。

14.3制动的基本原理

14.3.1制动车辆的运动学

车辆在停车或缓冲期间（当最终速度不为零时）制动时行驶的距离是制动系统的有效性的基

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