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本科生毕业论文（设计）题目：小型客车制动力分配比分析与优化
专业代码：机械设计制造及其自动化（080301）作者姓名：陈哲
学号： 39
单位：汽车与交通工程学院
指导教师：楚晓华
2012 年5 月20日
原创性声明
本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。
学位论文作者签名：日期
指导教师签名：日期
摘要
汽车的制动性直接关系到交通安全。因此，改善汽车的制动性，成为了汽车设计制造和使用部门的重要任务。由于我国车辆种类繁多，为使本篇论文更有针对性，能够从一定程度上解决实际问题，所以只研究讨论了应用较为广泛的小型客车。
本文对汽车制动系统进行了全面的、系统的理论分析，在深入研究制动系统设计要求、制动性能的评价指标以及有关制动法规的基础上，在MATLAB环境下绘制了制动力分配曲线，通过对该曲线进一步研究分析，从而优化变量、设计确定目标函数、计算约束条件。
最后，本文结合小型客车实例对汽车制动力分配进行优化与制动性能计算，并最终得出结论。
关键词：小型客车，制动系统，制动力分配曲线
Abstract
The car's braking is directly related to traffic safety. Therefore, to improve the braking of the car has become the automotive design and manufacturing and use of the important task of the department. A wide range of China's vehicle to make this paper more focused, to a certain extent to solve practical problems, so the only research and discussion is widely used mini-van.
Automotive Brake Systems to conduct a comprehensive, systematic theoretical analysis, in-depth study of the braking system design requirements, evaluation of braking performance and brake regulations on the basis of the brake force distribution curve drawn in the MATLAB environment , further research and analysis of the curve, in order to optimize the variable, the design objective function to calculate the constraints.
Finally, this paper minibuses instance to optimize the braking force distribution and brake performance computing, and finally concluded.
Keywords: minivans, braking systems, brake-force distribution curve
目录
1 绪论 (1)
国内小型客车制动系统研究现状 (1)
本篇论文的主要内容以及需要解决的主要问题 (2)
2 制动力的理论分析 (3)
制动系统设计要求 (3)
制动性能评价指标 (5)
制动力的合理分配 (6)
制动力分配系数的确定 (8)
3 MATLAB环境下的制动力分配曲线及优化 (11)
理想状态下的制动力分配曲线 (11)
制动力分配优化 (12)
实例分析 (14)
4 总结 (16)
参考文献 (17)
附录 (17)
致谢 (18)
小型客车制动力分配比分析与优化
1 绪论
国内小型客车制动系统研究现状
随着国民经济的快速发展, 道路条件得到不断改善, 高速公路与日俱增, 汽车速度得到普遍提高, 与此同时，货车和客车向大型化发展, 其最大质量也有不同程度的增加。但汽车作为交通运输工具，应在保证安全行驶的前提下，提高平均行驶车速，以提高运输生产率[1]。同时在需要时，应能实现车辆的减速或停车，以及能够使停驶的车辆可靠地停住在原地不动。近年来由于汽车保有量的迅速增长( 超过4000万辆), 交通事故频繁发生，汽车的安全性能受到普遍重视。汽车的制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长，紧急制动时发生侧滑情况有关。因此，改善汽车的制动性，成为了汽车设计制造和使用部门的重要任务。
制动系的功用是根据需要使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动。我国车辆种类繁多，为使本篇论文更有针对性，能够从一定程度上解决实际问题，所以只研究讨论了应用较为广泛的小型客车。因为小型客车对主动安全性的要求要远甚于普通车辆 ,它关系到全体乘客十几位的生命安全。即小型客车的制动系统在小型客车的安全体系中占到了极其重要的位置，在小型客车交通事故中,制动性因素对乘员受伤严重程
度也起着至关重要的作用。
当今交通状况对制动系统提出了更加苛刻的要求，促使它做出相应改进。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。为了吸收高速制动时的汽车动能，出现了以热效能较稳定的钳盘式制动器取代传统的鼓式制动器的趋势；为了产生足够的地面制动力并减轻操作强度，逐步淘汰了人力制动，代之以伺服制动和动力制动；为了进一步提高制动系统的可靠性，在行车和驻车制动系之外增设了应急制动系；为了提高制动时的方向稳定性，出现了限压阀、比例阀、感载阀、惯性阀等制动力调节装置，以使实际制动力分配特性尽可能接近理想特性；随着电子技术的发展，电子控制制动防抱死系ABS(Antilock Braking
System)的发展成为可能，ABS能有效地防止制动时车轮抱死，从而提高制动方向稳定性并缩短制动距离[2]。
国内的小型客车产品在制动系统方面还不能完全满足不同路面条件，不同载荷条件下也不能完全满足国际制动安全法规。在此状况下，为了更好地提高小型客车的制动性能，并在技术要求、试验项目和试验方法等方面能尽快地与国际先进标准接轨，本文将重点按照 ECE/EEC制动法规中对客车制动性能的要求，结合我国客车制动标准，采用优化设计方法，结合某装有恒定制动力分配比的制动系统的国产小型客车, 对其制动力分配比进行了优化设计。在现有的小型客车的实例数据的基础上，建立制动力分析系统模型，并对模型进行计算，研究分析小型客车在空载和满载两种极限状况下的制动力分配状况，再根据汽车理论关于制动力稳定性的描述，推断出车辆在绝大多数路面上的行驶，无论是何种装载工况的制动力分配情况，从而进行进一步的优化计算。并提出一些较好的建议，使小型客车制动力分配在适用范围内达到最优化，使制动性能满足先进国家的法规要求。
本篇论文的主要内容以及需要解决的主要问题
参照制动系统的研究以及我所掌握的一些汽车理论知识，本文的主要内容主要包括以下几个部分：
1）对汽车对制动系统的设计要求以及制动性能的评价指标做出具体的明确。建立静特性函数，包括制动力分配比初值的计算、直线制动时的最佳制动力分配和利用附着系数和附着效率的计算等。
2）对汽车制动系统和有关制动法规进行深入研究，在此基础上，建立制动力分配设计数学模型。从而实现汽车前、后轴制动力的优化分配，使汽车轴间制动力分配满足我国的制动法规GB(车制动系统结构、性能和试验方法)的要求，提高汽车的制动稳定性。
3）通过对制动过程的研究、建立汽车制动系统数学模型和小型客车轴间制动力分配曲线；从而进行优化变量、设计确定目标函数、计算约束条件。
4）结合小型客车实例对汽车制动力分配进行优化与制动性能计算，并最终得出结论。
2 制动力的理论分析
制动系统设计要求
小型客车的制动系统与其它汽车一样，尽管具体设计各不相同，但所有制动系统都可以分成以下几个子系统：制动能源；制动力调节系统；制动力传输系统；制动器。由于制动系统的结构和性能直接关系到车辆、人员的安全，因此被认为是汽车的重要安全件，受到普遍重视。在国家强制性标准 GB 1 2676一 1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》以及 GB7258一2004《机动车运行安全技术条件》中，对制动系统的结构和性能都作出了严格的规定[3]。下面列出对制动系统的设计要求:
一、设计目标行车制动能力
制动系统应满足如下要求：
1）能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户要求。
2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻坡制动效能。
3）工作可靠。汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置，且它们的制动驱动机构应是各自独立的。
4）制动效能的热稳定性好。
5）制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用使摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。
6）制动时的操纵稳定性好。即以任何速度制动，汽车都不应当失去操纵性和方向稳定性。
7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便，舒适，能减少疲劳。
8）作用滞后的时间要尽可能地短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间(制动滞后时间)和从放开踏板至完全解除制动的时间。
9）制动时制动系噪声尽可能小，且无异常声响。
10）与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。
11）制动系中应有音响或光信号等警报装置以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装置。
12）能全天候使用，气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时气制动管路不应出现结冰。
13）制动系的机件应使用寿命长、制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。
二、制动系统设计程序
1、设计的前提条件
（1）汽车的参数
汽车的满载质量、自重以及满载和空载时的前、后轴负荷及重心高度，还有轴距和轮胎尺寸。
（2）法规适合性
决定制动系统、构造和参数的最低要求是适合指定的法规。
根据上述两项最基本的前提条件，再加上市场的需求、使用条件、竞争性及本公司现生产情况确定设计方向。
2、制动操纵方式和制动系统的确定
（1）研究、确定制动控制采用气压方式还是液压（真空助力、真空增压或油气混合）方式。
（2）研究、确定制动系统的构成。
①行车制动系统所采用双回路或多回路，应由那些部件构成，这些部件是现有的还是需要选购或新设计，设计制动系统示意图。
②驻车制动采用中央制动器还是作用后轮（机械操纵还是弹簧制动缸）。
③应急制动的操纵是与行车制动或驻车制动结合，还是独立操纵。
④是否需要有辅助制动，采用排气制动、液力缓速器或电涡流缓速器。
（3）汽车必需制动力及其前后分配的确定。
前提条件一经确定，与前项的系统的研究、确定的同时，研究汽车必需的制动力并把它们适当地分配到前后轴上，确定每个车轮制动器必需的制动力。此外，还应研究、确定汽车必需的驻车制动力和应急制动力[4]。
（4）确定制动器制动力、摩擦片寿命及构造、参数。
制动器必需制动力求出后，考虑摩擦片寿命和由轮胎尺寸等所限制的空间，选定制动器的型式、构造和参数，绘制布置图，进行制动力制动力矩计算、摩擦磨损计算。
（5）制动器零件设计。
零件设计、材料、强度、耐久性及装配性等的研究确定，进行工作图设计。
（6）制动操纵系统设计。
制动系操纵部件（阀类、加力器、制动气室等）的研究、选定或设计，操纵机构设计；注意性能（操纵力和行程、制动系统静特性和动特性）、强度、耐久性及车辆装配性等。
（7）管路设计。
管路布置、设计。
制动性能评价指标
制动效能是指汽车迅速降低行驶速度直至停车的能力，是制动性能最基本的评价指标。它是由制动力、制动减速度、制动距离和制动时间来评价的[5]。
汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车在受一外力作用下迅速地降低车速至停车，这个外力称为汽车的制动力。制动器制动力是评价汽车制动性能的最本指标之一。通过对制动力的检测，不仅可以测得各车轮的制动力的大小，还可了解汽车前后轴制动力合理分配，以及各轴两侧轮制动力平衡状况。若同时测得制动协调时间便能全面的检验车辆的制动性能。
制动距离与行车安全有直接关系，而且最直观。驾驶员可按预计停车地点的来控制制动强度，故政府职能部门通常按制动距离的要制定安全法规。各国对制动距离的定义不一致，在我国安全法中，是指在指定的道路条件下，机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板（或手触动制动手柄）时起至车辆停止车辆驶过的距离（见GB7258-2003, ）。
制动减速度与地面制动力及车辆总质量有关。对某一具体车辆而言，制动减速度与地面制动力是等效的。因此也常用制动减速度作为评价制动效能的指标。制动减速度在一次制动过程中是变化的[6]。当车辆制动到全部车轮抱死滑移时，回转质量换算系数等于1，而此时可得最大减速度。通常，车辆检测时用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，在我国的安全法中则采取充分发出的
平均减速度MFDD （Mean Fully Development Deceleration ）。
制动过程所经历的时间即制动时间，很少作为单纯的评价指标。但是作为分
析制动过程和评价制动效能又是不可缺少的参数。如对于同一型号的两辆汽车产
生同样的制动力所经历的时间不同，在两辆汽车的制动距离就可能相差很大，对
行驶安全将产生不同效果[7]。因此通常把制动时间作为一辅助的评价指标。
汽车制动抗热衰退性能是指汽车高速制动，短时间内重复制动或下长坡连续
制动时制动效能的热稳定性。因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动器吸收
转化为热能。制动过程中制动器温度不断升高，制动器摩擦系数下降制动器摩擦
阻力矩减小，从而使制动能力降低，这种现象称热衰退现象。
制动稳定性是指制动时汽车的方向稳定性。通过制动时汽车按给定轨迹行驶
的能力来评价，即汽车制动时维持直线行驶或预定弯道行驶的能力。制动稳定性
良好的汽车，在试验时不会产生不可控制的效能使汽车偏离一定的试验通道[8]。
汽车在制动过程中，当车轮未抱死制动时，车辆具有承受一定侧向力的能力。
汽车在一般横向干扰力的作用下不会发生制动侧滑现象。当车轮抱死制动时，车
轮承受侧向力的能力几乎全部丧失，汽车在横向干扰力作用下极易发生侧滑。
上述几方面的评价指标主要评价汽车制动时制动性能的好坏，然而一旦需要
解除制动力时制动装置能否迅速、彻底、解除往往也会影响行车安全严重时也会
造成交通事故。例如当车轮抱死制动而汽车又失去控制时，驾驶员通过放松制动
踏板不能迅速解除制动，此时汽车将可能丧失制动稳定性[9]。
制动力的合理分配
设定：
μM --制动器对车轮作用的制动力矩，其方向与车轮旋转方向相反；
B F --路面作用于车轮上的制动力，其方向与汽车行驶方向相反；
e r --车轮有效半径。
令e u r M F /=μ并称之为制动周缘力；
φF ――车轮与路面间的附着力；
φ――车轮与路面间的附着系数；
z F ――路面对车轮的法向反力；
欲使汽车在制动时的总制动力和减速度达到最大值，应使前后轮有可能被动
到同步抱死滑移，即前后轴的制动周缘力1μF 和2μF （而前后轴的制动力1B F 、2B F ）
能在同一瞬间达到各自轴的附着力φφ11z F F =和 φφ2
2z F F =的数值，其中 1z F 、2z F 分别为制动时前后轴载荷，φ为附着系数。根据制动时整车受力分析考虑到制动
时的轴荷转移，可求得前、后轴附着力与制动减速度j 的函数关系为
??
??????-=?+=φφφφ)()(21L h g j G L a G F L h g j G L b G F g a a g a a
(2-1) 式中:
a G --汽车总重量；
L --轴距；
a 、
b --汽车重心至前、后轴的纵向距离
g h --汽车重心高度；
g —重力加速度。
汽车总制动力:
Z G g
j G F F F a a B B B ==+=21 (2-2) 式中a B G F g
j Z /== 为制动强度。 于是方程组 (2-1)可写成:
???
????-=-=+=+=φφφφφφ)()()()(21g a g B a g a g B a Zh a L G L h F L a G F Zh b L G L h F L b G F (2-3) 在前后轴附着力同时被充分利用，即全部车轮都抱死滑移的制动工况下，式 (2-2)
变为:
φ
φφa
B B B G F F F F F =+=+=2121 而φ=Z 。 以此代入式 (2-3)，便可得到前后轮同步抱死的制动工况下的各轴理想制动力（理
想制动周缘力）：
???
????
-=
==+=====φφφφφφμφφμ)()()(222)(111g a z I BI g a z I BI h a L G F F F h b L G F F F (2-4)
汽车制动时，如果前、后车轮能同时接近抱死状态，对附着条件的利用、制
动时汽车的方向稳定性均较有利。在任何附着系数的路面上，能使前、后车轮能
同时抱死的前、后轮制动器制动力1μF ，2μF 的关系曲线，称之为理想的前、后轮
制动力分配曲线(I 曲线)，如图 所示。
制动力分配系数的确定
前轴制动周缘力1μF 与总制动周缘力μF 之比称为制动周缘力分配系数，以符
号β表示。在附着条件所限定的范围内，制动力在数值上等于相应的制动周缘力，
故β通称为制动力分配系数[10]。按照理想的制动力分配特性的要求，系数β应当
是可变的，并且是附着系数φ或制动强度Z 以及汽车实际总重、汽车重心位置参数
的函数。
图 理想制动力分配曲线
目前，客车产品的制动力分配系数仍然是设计成恒定的，即β=常数。因而其
实际制动力分配是线性的。这种特性线就是我们常说的β线。β值恒定的制动系
是不可能在所有的附着条件和汽车实际装载情况下都使汽车实现理想制动的[11]。
总是有一轴车轮较早抱死滑移。倘若不至于因一轴车轮抱死而影响汽车的稳定性，
则还是有可能最终达到全轮抱死而得到最大可能的减速度g j φ=，但所需踏板力
或总制动力矩却较具有理想制动力分配特性的制动系的更大，即1/<
μF F B 。 适当选择同步附着系数0φ仍是采用恒定β值汽车制动系设计中的首要问题。
确定同步附着系数数的原则，主要是力求在汽车常遇的附着系数范围的制动强度
Z 和附着系数利用率ε尽可能高[12]。一般同步附着系数0φ的选取范围值：—，比较
适宜。而在汽车总重量和重心位置既定的条件下，0φ值与β值是相互决定的。若
相关参数选择得当，恒定制动力分配系数的车辆还是可以满足制动法规的要求的。
根据所选定的同步附着系数0φ，可由方程组（2-4）求得：
L h b g
0φβ+=
g
h b L -=βφ0 L h a 01φβ-=
- 并由此可得：
Z h b L
G Z G F F g a a B B )(01φββ+=== (2-5) Z h a L G Z G F F g a a B B )()1()1(02φ
ββ-=-=-= (2-6) 当0φφ=时，11φF F B =、22φF F B =，
故φa
B G F =；φ=Z ；1=ε。 当 0φφ<时，可能得到的最大总制动力取决于前轮刚刚首先抱死的条件，即
11φF F B =。由式（2-2）
、（2-3）和（2-5）得
g
a B h
b b G F )(0φφφ-+= g h b b Z )(0?φφ-
+= (2-7) g
h b b )(0φφε-+= (2-8) 当0φφ>时，可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，即
22φF F B =。由式(2-2）
、(2-3)和(2-6)得 g
a B h a a G F )(0φφφ-+= g
h a a Z )(0φφφ-+= (2-9) g
h a a )(0φφε-+=
(2-10)
3 MATLAB 环境下的制动力分配曲线及优化
理想状态下的制动力分配曲线
表 为某一小客车的质量参数 载荷
汽车总质量
/kg
质心高度hg/m 前轴载荷/kg 轴距/mm 制动力分配系数β 空载
1005 482 满载 1550 620
明确上述整车质量参数，推导出质心到前后轴的距离后，在MATLAB 环境下
将整车参数输入的语句如下：
ma_k=1005; %空载汽车总质量(kg)
ma_m=1550; %满载汽车总质量(kg)
g=; %重力加速度(m/s^2)
hg_k=; %空载质心高度(m)
hg_m=; %满载质心高度(m)
L=; %轴距(m)
load_f_k=482; %空载前轴载荷(kg)
load_f_m=620; %满载前轴载荷(kg)
b_k=load_f_k*L/ma_k; %空载质心到后轴的距离(m)
b_m=load_f_m*L/ma_m; %满载质心到后轴的距离(m)
a_k=L-b_k; %空载质心到前轴的距离(m)
a_m=L-b_m; %满载质心到前轴的距离(m)
G_k=ma_k*g; %空载重力(N)
G_m=ma_m*g; %满载重力(N)
前后轴制动力分配的比例将影响到汽车制动时的方向稳定性和附着条件的利
用程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。为了保证制动时的方向稳定性，
防止后轮抱死，实际制动分配曲线（β线）应位于理想制动力分配曲线（I 曲线）
的下方，而为了提高制动效率，β线应尽可能靠近I 曲线[13]。
由前几节可得，理想制动力分配曲线方程为：
???
????????? ??+-+=11222421μμμF h Gb F G L h b h G F g g g （3-1)
输入如下语句及即可得空、满载理想制动力分配曲线数组：
Fu1=[0:G_m]； %前制动器制动力
Fu2_k=*[G_k/hg_k*(b.^2+4*hg_k*L*Fu1).^(G*b_k/hg_k+2*Fu1)]; %空载I
曲线
Fu2_m=*[G_m/hg_m*(b.^2+4*hg_m*L*Fu1).^(G*b_m/hg_m+2*Fu1)]; %满载
I 曲线
在MATLAB 环境下，运用plot 语句可以得到汽车空载和满载时理想制动力分
配曲线I 曲线，如图所示。
图 小客车制动时的理想制动力分配曲线
β线与I 曲线的交点处的附着系数为同步附着系数，从图分析可知，汽车满载
时的同步附着系数满0?大于汽车空载时的同步附着系数空0?，根据汽车理论知识可
知，当β线位于I 曲线的下方，制动时总是前轮先抱死，当β线位于I 曲线的上方，
制动时总是前轮先抱死。在一定附着系数路面行驶时，对于满载的汽车，总是容
易出现0??<(即β线位于I 曲线的下方)此时汽车容易出现前轴抱死，汽车将失去
转向能力[14]。对于空载的汽车，总是容易出现0??>(即β线位于I 曲线的上方)
此时汽车容易出现后轴抱死，汽车易发生后轴侧滑，是不稳定工况[15]。
制动力分配优化
为了保障汽车制动的方向稳定性，应该使实际的制动力分配曲线位于理想分配曲线的下方，防止后轮抱死，同时为了提高制动效率，曲线应该尽可能的靠近
曲线。在这个理论基础上应用MATLAB 软件对实际汽车制动力的分配曲线进行
优化，得到最佳制动力分配曲线，从而提高汽车制动时方向稳定性和地面附着条
件利用程度。
根据图可知，只需改变原始的制动力分配系数β值就可以得到不同的制动力
分配线β线，从而可以得到最佳的制动力分配线。考虑到汽车实际制动时制动力
的分配受到制动强度，路面附着条件和制动效率的影响，从而可知对制动力分配
系数β进行优化建立的目标函数是非线性约束。所以取β为制动力分配优化设计
变量。
考虑到汽车实际制动时制动力的分配受到制动强度，路面附着条件和制动效
率的影响，根据ECE 制动法规对汽车制动力的分配进行约束：
对于8.0~2.0=?之间的各种车辆，要求制动强度()2
.085.01.0-+≥?z ，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。
根据汽车理论知识可得汽车前后轴利用附着系数的关系式：
)(11g
Z Xb f zh b z L F F +==β? （3-2) )
()1(22g Z Xb r zh a z L F F --==β? （3-3) 根据ECE 制动法规对汽车制动力分配的要求，可得下列不等式：
当8
.0~2.0=z 时， r f ??>
g
g
zh a z zh b z
-->+)1(ββ （3-4) 当4.0~3.0=z 时， 05.0)1(+≤--z zh a Lz g
β （3-5) g
g zh a z zh b z
--<+)1(ββ （3-6) 由（3-4)、（3-5)、（3-6)可以得到下列不同的不等式数组，
L zh a z g
/))(05.0(1-+-≥β （3-7) L zh b g
/)(+<β （3-8)
实例分析
如下表所示为某一小客车的质量参数，根据质量参数可以推导出质心到前后
轴的距离。 载荷
汽车总质量
/kg
质心高度hg/m 前轴载荷/kg 轴距/mm 制动力分配系数β 空载
1005 482 满载 1550 620
当3.0=z 时，代入（3-7)、（3-8)中得到
Lz zh a g
/)(35.01--≥β （3-9) L h b g
/)3.0(+<β （3-10) 当汽车空载时把相关数据代入（3-9)、（3-10)中可得：
55
.040.0<≤β （3-11) 当汽车满载时把相关数据代入（3-9)、（3-10)中可得：
47
.0389.0<≤β （3-12) 对于实例，根据求出的制动力分配系数的范围，在此范围内任取一数值，当
40
.0=β时，在MATLAB 下输入相应的程序可得到如下图所得的优化后的制动力分配曲线。
图 优化后小客车的制动力分配曲线
根据实例的相关数据，通过计算可以得到小客车空载时满足制动力分配法规
的制动力系数β值的取值范围为55
.040.0<≤β，汽车满载时满足制动力分配法规的制动力分配系数β值的取值范围为47
.0389.0<≤β，考虑到汽车空载满载时都要满足制动力分配法规的要求，所以制动力分配系数β值的取值范围为
47
.040.0<≤β，在此区间范围取β值可以得到比较好的制动力分配曲线。在通过理想制动力分配曲线如图所示与优化得到的制动力分配曲线如图所示，可以很
明显的看出图中的β线更加靠近理想制动力I 曲线，且仍旧位于I 曲线的下方。
β线与I 曲线交点处的附着系数即为同步附着系数，
设图中的空载时同步附着系数为空0?，满载时的同步附着系数为满0?，图中空载时同步附着系数为空，0?，
满载时的同步附着系数为满，0?，通过两个图形比较可以很容易得到>空0?空，0?，
满满0,0??>
，即不论是空载还是满载时，优化前的同步附着系数总是大于优化后的同步附着系数，优化后减少汽车制动时前轮抱死而失去转向能力的机会，提高
附着效率，且优化后β线仍位于I 曲线的下方，防止了后轮抱死发生危险的侧滑。
第四章 汽车制动性 第四节 制动力分配 一、制动力分配要求 根据制动稳定性的要求，前轮的附着率应大于后轮，即b1b2j j >，也就是说μ1 1μ22Z Z F F F F >制动方向稳定性的极限条件为： g g 210μ12g 1g g 1μ221g 20Z Z Z Z h h l F mg z z F l h z F l l l h h l F F l h z F mg z z l l l +++====--- (4-16)式中：μ1F 、μ2F —前、后轮的理想制动力。 又由式(4-14)，得： μ2μ1F F z mg mg =- (4-17) 当给定一个μ1 F mg 值，即可从式(4-16)和(4-17)求出z 值和μ2 F mg 值，这样就可得出如图4- 16所示制动方向稳定性极限曲线。制动力处于该曲线上时，可使车辆制动距离最短，是理想的前后制动器制动力分配曲线，称为I 线。欧洲制动法规规定，轿车在0.150.8z ??范围内应满足b1b2j j >的要求。只要车辆制动力分配处于I 线下方，就可保证前轮先抱死，使车辆处于制动稳定状态。
图4-16 稳定性界限（I 曲线）和最大制动距离界限 为使制动距离不至于过长，上述法规又要求满足： p 0.10.85(0.2)z j ?+- (4-18) 因为在I 线下方，前轮先达到峰值附着率，这时前轴制动力为： 21p ()g h l F mg z l l m j =+ (4-19)给定p j 值，即可从式(4-18)求出z 取值范围，由式(4-19)得到μ1 F mg 的范围，随即从式(4- 17)求得μ2 F mg 的范围，这样可在图4-16上画出制动距离允许的极限曲线。 车辆前后轴制动力分配不得超越上述两条极限曲线。对于前后轴制动力定比分配的车辆，有： μ2 μμ2μ1F k F F =+； μ2μμ1μ1F k F mg k mg =- (4-20)式中：μk 为常数，是前后轴制动力的分配比。
第一节制动性能的评价指标 制动性能：指汽车行驶时，能在短时间内停车，并维持行驶方向稳定。下长坡时能维持一定车速的能力。 评价指标： 1、制动效能：即制动距离与制动减速度。 2、制动效能的恒定性：抵抗制动效能的热衰退和水衰退的能力。 3、制动时，汽车方向的稳定性：即制动时，不跑偏、侧滑，即失去转向能力的性能。 第二节制动时车轮受力 一、地面制动力（T——车轴的推力；W——车轮垂直载荷）FXb=Tu/r?N 因为：FXb受到轮胎与地面附着力，Fφ=Fzφ的限制。 所以：FXb=Tu/r≤Fzφ，当FXb=Fzφ（Xb=zφ）时，Tu上升，则FXb不再上升，即：FXbmax=Fzφ 二、制动器制动力：在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力Fu（Fu=Tu/r）。 取决于制动器的型式，结构尺寸、摩擦片摩擦系数、车轮半径与踏板力——制动系的油压（气压）成 正比。 三、地面制动力FXb，制动器制动力Fu及附着力Fφ之间的关系。 1、当FXb小于Fφ时，踏板力上升则Fu上升。 2、当Xb=Fφ时，踏板力上升，则Fu上升，而FXb=Fφ，此时，车轮抱死不转而出现滑拖现象。如果要提高地面制动力FXb，只有提高附着系数φ。即：FXbmax=Fzφ 所以：地面制动力FXb首先取决于Fu，同时又受Fφ的限制，只有Fu、Fφ都足够大时，FXb才比较大。 例：Fu很大，但在结冰路上FXb几乎为0。 四、硬路面上的附着系数φ，φ与车轮的运动状况（滑动程度）有关。 1、滑动率S：S=Vw-rωw/Vw Vw——车轮中心速度 ωw——车轮角速度 r——不制动时的滚动半径 （1）车轮纯滚动时：Vw≈rωw，S=0，制动印痕与胎纹基本一致。 （2）车轮边滚边滑时，Vw大于rωw，0小于S小于100%，胎迹逐渐模糊。 （3）车轮纯滑动时，ωw=0，Un>>roωw，S=100%，制动印痕形成粗黑的印痕。 S的数值说明了制动过程中，滑动成分的多少，S越大，滑动越多，S不同时，φb不同（obi=制动系数）。 2、φb——S关系曲线 （1）纵向φ，沿车轮旋转平面方向。因为：FXb=Fzφb，所以：φb=FXb/Fz （2）φb峰值附着系数S=15——20%时，纵向φ的最大值——φp。 （3）φs滑动附着系数S=100%时的纵向φ——φs。（滑动附着系数） 干路面φp与φs相差不大； 湿路面φp与φs相差很大。 r =φs/φp=1/3——1
制动系统匹配设计计算 根据AA车型整车开发计划，AA车型制动系统在参考BB轿车底盘制造平台的基础上进行逆向开发设计，管路重新设计。本计算是以选配C发动机为基础。 AA车型的行车制动系统采用液压制动系统。前、后制动器分别为前通风盘式制动器和实心盘式制动器，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。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。因AA车型与参考样车BB的整车参数接近，制动系统采用了BB样车制动系统，因此，计算的目的在于校核前/后制动力、最大制动距离、制动踏板力、驻车制动手柄力及驻坡极限倾角。 设计要符合GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》；GB 13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》和GB 7258-2004《机动车运行安全技术条件》的要求，其中的踏板力要求≤500N，驻车制动停驻角度为20％（12），驻车制动操纵手柄力≤400N。 制动系统设计的输入条件 整车基本参数见表1，零部件主要参数见表2。 表1 整车基本参数
表2 零部件主要参数制动系统设计计算 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1所示。 图1 制动工况受力简图由图1，对后轮接地点取力矩得:
式中：FZ1（N）：地面对前轮的法向反作用力；G（N）：汽车重力；b（m）：汽车质心至后轴中心线的水平距离；m（kg）：汽车质量；hg（m）：汽车质心高度；L（m）：轴距；（m/s2）：汽车减速度。 对前轮接地点取力矩，得： 式中：FZ2（N）：地面对后轮的法向反作用力；a（m）：汽车质心至前轴中心线的距离。 2.理想前后制动力分配 在附着系数为ψ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Fm1、Fm2分别等于各自的附着力，即：
电子制动力分配系统( EBD/EBV) 第一节概述 EBD即Electronic Brake - force Distribution的英文简称，其含义是电子制动力分配系统。当汽车制动时产生汽车重心的移动，为了发挥最佳制动效果，各车轮根据载重需要有效的分配制动力。前后轮同时抱死的制动力分配叫做理想制动力分配。 当车轮抱死滑移时，车轮与路面间的侧向附着力完全消失。如果只是前轮（转向轮）制动到抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力；如 果只是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到侧 向干扰力，汽车也 将产生侧滑（甩尾）现象。这些都极易造成严重的交 通事故。 为了避免此类现象的发生，根据重心的移动需要自动 分配每个轮的制动力。在一些车型中采用机械式分配阀 ( Proportionig V alve)又叫P阀来完成这个作用。P阀是 为了在急制动时提高前后轮的制动均衡力，在发生高压 时，减少后轮制动油压上升速度。但机械式分配阀不能实 现理想的制动力分配，它在轻微制动时不起作用。理想制 动力控制曲线如图7-1所示。 一、EBD/EBV系统作用 电子制动力分配系统( EBD)主要作用有： （1）紧急制动时，防止因后轮先被抱死造成汽车滑动及甩尾。 （2）取代P阀（又称比例阀）的功能，比机械式分配阀提高后轮制动力，缩短制动距离。 （3）可分别控制四轮的制动。 （4）确保ABS工作时的制动安全性。 （5）实现后轮制动压力左右独立控制，确保转向制动时的安全性。 （6）提高后轮的制动效果，减少前轮制动摩擦片的磨损量及温度的上升，一般轿车把前、后轮制动力比例分配在约30:70。 二、制动力分配 1.前后轮制动力分配 因前后轮荷重不同，所需的制动力不同，在车辆后部无负荷时，适当增大车辆前轮的制动力．如图7-2所示，随着车辆后部的负荷重量加大时，就要加大后轮的制动力。
编制部门：技术部文件编号：SAF-P009 XXXX汽车工业有限公司 刹车制动力分配试验方法 第（1）版 编制：日期：年月日 审核：日期：年月日 批准：日期：年月日发布日期：2004年月日实施日期：2004年月日
刹车制动力分配试验方法修订一览表 页次 1/1 版次 日 期 修订人 修订页次 修订内容概述 第一版 2004/11/4 新出
1、目的 本标准是测定车辆的前轮及后轮制动力分配的相关试验方法。 2、适用范围 乘用车、商用车。 3、试验方法 3.1.试验条件 3.1.1.供试部品 （1）蹄片（PAD）、刹车碟片（ROTOR）、来令（LINING）及刹车鼓（DRUM），在试验时原则上使用新品，但开发需要时PAD的μ值，LINING的BEF值已知品亦可实施； （2）车装置需符合正规式样、并具有正常机能。 3.1.2.供试车辆 （1）车辆之重量在同一车型、同一刹车规格中，取最大的积载（G.V.W.）重量式样实施， 重量包含试验人员及试验用计测器的状态，但LOCK试验时为1名成员状态的重量分配； （2）使用标准装配之轮胎，必要时选用件轮胎亦实施，胎压为一般道路走行之正规胎压。 3.1.3.路面及气象 （1）试验路为标准铺装良好路面（如水泥路等）； （2）需为干燥的路面。 3.1. 4.计测器 （1）数字显示型温度计； （2）踏力及液压SENSOR及踏力或液压指示计； （3）U-字管（减速度计）； （4）车轮扭力计（Wheel Torque meters）； （5）信号放大器； （6）AR1100或相当的记录器。 3.2.试验方法 试验时需注意以下要点 （1）原则上需要磨合200回，但如有必要于PAD及LINING于新品时、磨合途中及热履历 后亦可； （2）试验时需监测和记录PAD和LINING温度； （3）以得到图1减速度的波形来操作刹车踏板，但车辆在车轮锁死（LOCK）的条件下得到如图2的波形亦可。
汽车制动力计算 G4 6个电池组6X28=168KG 总重量530KG 车辆中心位置(x,y,z ): -8 , 261, 1559 (原点在前轮轴中间) 车轮轴距离地面的距离为230； 轴间距L=2370 地面对前轮的法向反作用力为：F1=(mg/L)[b+(h g/g)(du/dt)] 地面对后轮的法向反作用力为：F2=(mg/L)[a-(h g/g)(du/dt)] L——汽车轴距；=2370mm a --- 重心到前轴中心线的距离；=1559mm b——重心到后轴中心线的距离；=2370-1559=811mm hg -- 汽车重心高度；261+230=490mm du/dt ――汽车制动减速度； 国家规定汽车的制动数据为：制动初速度为80km/h,制动的距离为50m 2 因此：du/dt=4.9m/s 所以地面对后轮的法向反作用力F2: =(450*9.8/2370){1558-[ (200+89)/9.8]*4.9} =2630N B = (b+? hg) /L=(811+0.7*490)/2370=0.49 汽车的前后轮制动力为： F U1+F U2=?G; F U1/F U2= (b+ ?h) /(a- ? h) ? ――附着系数，(干沥青路面，取0.7 ) F U1 < (mg ? /L) (b+? h g) F U2W (mg? /L) (a- ? h g) F U2W (mg ? /L) (a- ? h g) 所以G4的后轮制动力为: =530*9.8*0.7*(1559-0.7*490)/2370 =1865N
对于轮缸式制动器和盘式制动器，制动力F： F ui=2p*(Pi*D i2/4)*n i*C i*R i/r d F U2 =2p2*(Pi*D 22/4)*n 2*C2*RJr d F ui, U2――分别为前、后轮的制动力，N; D , D2—分别为前、后轮缸直径，m n i,n2 ------ 分别为前、后制动器单侧油缸数目(仅对于盘式制动器而言)； C，C2――分别为前、后制动器的效能因数； R，R――分别为前、后制动器的工作半径，m r d ------ 轮胎动负荷半径； 效能因数是指在制动鼓或制动盘的作用半径上所得到的摩擦力与输入力之比。 C=(M/r)/F 0 M制动器输出的制动力矩 r――制动鼓或者制动盘的作用半径 F。一一为制动器输入力 制动器的效能因数取决与制动器的类型、结构特点和结构参数等因素，并受摩擦片的摩擦系数变化的影响。(参见“汽车工程手册设计篇”，表格5-3-1和5-3.3) 鼓式刹车的效能因数：(参见“汽车工程手册基础篇191页”) 盘式刹车的效能因数：(参见“汽车工程手册基础篇195页”) 同步附着系数?。=(LB -b ) / h g B――制动力分配系数；既前轴制动器制动力与前、后轴制动器总制动力的比值表示。一般取0.6
制动系统概述 汽车的制动性是汽车的主要性能之一。自从汽车诞生之日起，汽车的制动性就显得至关重要；并且随着汽车技术的发展和汽车行驶车速的提高，其重要性也显得越来越明显。制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关。所以，汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。下面让我们来了解一下汽车制动系统的几点知识。 一.汽车的制动性及其评价指标 所谓的汽车制动性就是指汽车行驶时能在短距离内停车并且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，以及汽车在一定坡道上能长时间停车不动的驻车制动器性能。汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。 1、制动效能： 即制动距离与制动减速度，是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度，是制动性能最基本的评价指标。制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车空档时以一定初速，从驾驶员踩着制动踏板开始到汽车停止为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力以及路面附着条件有关。制动减速度反映了地面制动力，因此它与制动器制动力（车轮滚动时）及附着力（车轮抱死拖滑时）有关。由于各种汽车动力性不同，对制动效能的要求也就不同：一般轿车、轻型货车的行驶速度高，所以要求其制动效能也高；而重型货车行驶速度相对较低，其制动效能的要求也就稍低一些。 2、制动效能的恒定性： 制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能，汽车在繁重的工作条件下制动时（例如下长坡长时间、连续制动）或高速制动时，制动器温度常在300°C 以上，有时甚至达到600-700°C，制动器温度上升后，摩擦力矩将显著下降，这种现象就称为制动器的热衰退。所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。根据国际标准草案ISO／DIS6597，要求以一定车速连续制动15次，每次的制动强度为3m／s2，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能（5.8m
前后轮制动力分配的调节装置 一、概述 1．目的 如本章第一节所述，最大制动力f bmax，受轮胎与地面之间附着力fψ的限制。即： f ≤fψ=gψ bma x 当f b一旦等于fψ后，车轮便停止转动被“抱死”，而在地面上滑拖。制动管路中的工作压力再增大，也不可能使制动力f b增加。车轮一旦抱死便会失去抗侧滑的能力。如前轮抱死时，会使汽车失去方向操纵性，无法转向；如后轮抱死而前轮滚动时，会使汽车失去方向稳定性，丧失了对侧向力的抵抗能力而侧滑(甩尾)，造成极为严重的恶果。可见，后轮抱死的危险性远大于前轮。因此，要使汽车既能得到尽可能大的制动力，又能保持行驶方向的操纵性和稳定性(不失控、不甩尾)，即最佳制动状态，就必须使汽车前后轮同时达到“抱死”的边缘。其同步条件是：前后车轮制动力之比等于前后车轮对路面垂直载荷之比。 但是，随着装载量不同和汽车制动时减速度所引起载荷的转移不同，汽车前后车轮的实际垂直载荷比是变化的。因此，要满足最佳制动状态的条件，汽车前后轮制动力的比例也应是变化的。 2．前后轮制动管路压力分配特性曲线 (1)无制动力调节装置的汽车，其前后车轮控制管路的工作压力p1、p2基本是相等的，其压力比p2/ p1永远等于1(如图20-71虚线所示)。这就使得不论前后车轮制动器的型式、尺寸如何不同，但制动力的分配比例却永远是个常数，不可能使汽车在各种条件下都能获得最佳的制动状态。
图20-71 理想的前后轮制动管路压力分配特性曲线 p1-前轮制动管路中的压力；p2-后轮制动管路中的压力；c-质心 (2)理想的前后轮制动管路压力分配特性曲线如图20-71实线所示。由于汽车满载较空载时质心c后移，p2应相应增加，故其曲线较空载曲线上移。又因制动强度的增加(即工作压力p的增加)，质心向前转移程度的增加，压力比p2/ p1应相应减小(小于1)，故随压力p1的增加，曲线变得平缓。 为满足上述理想特性的要求，在一些汽车上采用了各种制动力调节装置，来调节前后车轮制动管路中的工作压力。常用的有限压阀、比例阀和感载比例阀。 二、液压式限压阀 1.安装位置 限压阀是一种最简单的压力调节阀，串联在制动主缸与后轮制动器的管路之间。 2.作用 它的作用是当前后制动管路压力p1和p2由零同步增长到一定值后，即自动将后轮制动器管路中的液压限定在该值不变，防止后轮抱死。
汽车电子稳定系统(ESP)( 汽车电子稳定系统或动态偏航稳定控制系统(Electronic Stability Program，ESP)是防抱死制动系统ABS、驱动防滑控制系统ASR、电子制动力分配系统EBD、牵引力控制系统TCS 和主动车身横摆控制系统AYC(Active Yaw Control)等基本功能的组合，是一种汽车新型主动安全系统。该系统是德国博世公司(B0SCH)和梅塞德斯-奔驰(MERCEDES-BENZ)公司联合开发的汽车底盘电子控制系统。 在汽车行驶过程中，因外界干扰，比如行人、车辆或环境等突然变化，驾驶员采取一些紧急避让措施，使汽车进入不稳定行驶状态，即出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险状态。装置ESP的汽车能在极短的几毫秒时间内，识别并判定出这种汽车不稳定的行驶趋势，通过智能化的电子控制方案，让汽车的驱动传动系统和制动系统产生准确响应，及时恰当地消除汽车这些不稳定的行驶趋势，使汽车保持行驶路线和预防翻滚，避免交通事故的发生。 ESP系统是汽车主动安全措施的巨大突破，它通过控制事故发生的可能性来实现安全行车，使汽车在极其恶劣的行车环境中确保行驶的稳定性和安全性。 1．汽车电子稳定系统的组成 ESP在ABS和ASR各种传感器的基础上，增加了汽车转向行驶时横摆率传感器、车身翻转角速度传感器、侧加速度传感器、制动总泵中的液压力传感器和转向盘转角传感器等。其中最重要的是车身翻转角速度传感器，这种车用传感器是航天飞机和空间飞行器上使用的旋转角速度传感器的类似产品。车身翻转角速度传感器就像一个罗盘，适时地监控汽车行驶的准确姿态，监控汽车每个可能的翻转运动角速度。其他传感器则分别监控汽车的行驶速度和各车轮的速度差，监控转向盘的转动角度和汽车的水平侧向加速度，当制动发生时则监控制动力的大小和各车轮制动力的分配情况。 ESP系统包括车距控制、防驾驶员困倦、限速识别、并线警告、停车入位、夜视仪，周围环境识别、综合稳定控制和制动助力(BAS)9项控制功能。通过综合应用9种智能主动安全技术，ESP可将驾驶员对车辆失去控制的危险性降低80％左右。 ESP智能化随车微机控制系统，通过各种传感器，随时监测车辆的行驶状态和驾驶员的驾驶意图，及时向执行机构发出各种指令，以确保汽车在制动、加速、转向等状况下的行驶稳定性。
汽车制动的原理 众所周知，当我们踩下制动踏板时，汽车会减速直到停车。但那个工作是怎么样完成的？你腿部的力量是如何样传递到车轮的？那个力量是如何样被扩大以至能让一台笨重的汽车停下来？ 首先我们把制动系统分成6部分，从踏板到车轮依次解释每部分的工作原理，在了解汽车制动原理之前我们先了解一些差不多理论，附加部分包括制动系统的差不多操作方式。 差不多的制动原理 当你踩下制动踏板时，机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但实际上要想让车停下来必须要一个特别大的力量，这要比人腿的力量大特别多。因此制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个方法：?杠杆作用 ?利用帕斯卡定律，用液力放大 制动系统把力量传递给车轮，给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给地面一个摩擦力。在我们讨论制动系统构成原理之前，让我们了解三个原理：?杠杆作用 ?液压作用 ?摩擦力作用 制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量，然后把那个力量传递给液压系统。
如上图，在杠杆的左边施加一个力F，杠杆左边的长度〔2X〕是右边〔X〕的两倍。因此在杠杆右端能够得到左端两倍的力2F，然而它的行程Y只有左端行程2Y的一半。 液压系统 事实上任何液压系统背后的差不多原理都特别简单：作用在一点的力被不能压缩的液体传递到另一点，这种液体通常是油。绝大多数制动系统也在此中放大制动力量。下图是最简单的液压系统： 如图：两个活塞〔红色〕装在充满油〔蓝色〕的玻璃圆桶中，之间由一个充满油的导管连接，假如你施一个向下的力给其中一个活塞〔图中左边的活塞〕那么那个力能够通过管道内的液压油传送到第二个活塞。由于油不能被压缩，因此这种方式传递力矩的效率特别高，几乎100%的力传递给了第二个活塞。液压传力系统最大的好处确实是能够以任何长度，或者曲折成各种形状绕过其他部件来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处确实是液压管能够分支，如此一个主缸能够被分成多个副缸，如下图：
百度文库- 让每个人平等地提升自我 本科生毕业论文（设计）题目：小型客车制动力分配比分析与优化 专业代码：机械设计制造及其自动化（080301）作者姓名：陈哲 学号： 39 单位：汽车与交通工程学院 指导教师：楚晓华 2012 年5 月20日
原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名：日期 指导教师签名：日期
摘要 汽车的制动性直接关系到交通安全。因此，改善汽车的制动性，成为了汽车设计制造和使用部门的重要任务。由于我国车辆种类繁多，为使本篇论文更有针对性，能够从一定程度上解决实际问题，所以只研究讨论了应用较为广泛的小型客车。 本文对汽车制动系统进行了全面的、系统的理论分析，在深入研究制动系统设计要求、制动性能的评价指标以及有关制动法规的基础上，在MATLAB环境下绘制了制动力分配曲线，通过对该曲线进一步研究分析，从而优化变量、设计确定目标函数、计算约束条件。 最后，本文结合小型客车实例对汽车制动力分配进行优化与制动性能计算，并最终得出结论。 关键词：小型客车，制动系统，制动力分配曲线
Abstract The car's braking is directly related to traffic safety. Therefore, to improve the braking of the car has become the automotive design and manufacturing and use of the important task of the department. A wide range of China's vehicle to make this paper more focused, to a certain extent to solve practical problems, so the only research and discussion is widely used mini-van. Automotive Brake Systems to conduct a comprehensive, systematic theoretical analysis, in-depth study of the braking system design requirements, evaluation of braking performance and brake regulations on the basis of the brake force distribution curve drawn in the MATLAB environment , further research and analysis of the curve, in order to optimize the variable, the design objective function to calculate the constraints. Finally, this paper minibuses instance to optimize the braking force distribution and brake performance computing, and finally concluded. Keywords: minivans, braking systems, brake-force distribution curve
汽车制动性能评价指标 Final approval draft on November 22, 2020
3-2 汽车制动性能评价指标 导入新课：制动性能的评价指标包括制动效能、制动效能的恒定性、制动时的方向稳定性三个方面。 一、制动效能 制动效能是指汽车迅速降低行驶速度直至停车，或在下坡时维持一定车速及坡道驻车的能力，是制动性能最基本的评价指标。一般用制动减速度、制动力、制动距离等来评价。 1、制动减速度 是指制动时单位时间内车速的变化量。它反映了地面制动力的大小，与制动器制动力及附着力有关。 2、制动力 1）地面制动力 2）制动器制动力 3）地面制动力、制动器制动力和附着力之间的关系 汽车的地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离越短；而地面制动力首先取决于制动器制动力，同时受地面附着条件的限制。因此只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力 3、制动距离 是指车辆在规定的出速度下，以规定踏板力急踩制动踏板时，从驾驶员右脚接触到制动踏板到车辆停止时车辆所使的距离。 影响制动距离的主要因素：制动器起作用的时间、最大制动减速度
（有附着力和制动器制动力决定）、制动出速度。因此及时维护车辆能缩短制动器起作用时间以及制动性能的稳定。 二、制动效能的恒定性 1）热衰退性 制动效能的稳定性是指汽车制动的抗热衰退性，是指汽车高速制动、短时间重复制动或下长坡连续制动时制动效能的热稳定性。因为制动产生大量的热量，使制动器温度上升，制动器在热状态下能否保持有效的制动效能是衡量制动性能的重要指标。 2）水衰退性 当制动器被水浸湿时，应在汽车涉水后多踩几次制动踏板，是制动蹄和制动鼓摩擦生热迅速干燥。 三、制动时的方向稳定性 制动时方向的稳定性是指汽车制动时不发生跑偏、侧滑及失支转向能力。 1、制动跑偏 主要是由于左、右轮（尤其是前轴）制动器制动力不相等。为限制制动跑偏，要求前轴左、右制动力之差不大于该轴符负荷的5%，后轴为8% 2、制动侧滑与制动时转向能力的丧失 侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向滑移。 制动时转向能力丧失是指弯道制动时。汽车不再按原来的弯道行驶而沿前线方向驶出，或直线行驶制动时转动转向盘不能改变方向的现象。原因是转向轮抱死。
汽车电子稳定系统(ESP) 汽车电子稳定系统或动态偏航稳定控制系统(Electronic Stability Program，ESP)是防抱死制动系统ABS、驱动防滑控制系统ASR、电子制动力分配系统EBD、牵引力控制系统TCS和主动车身横摆控制系统AYC(Active Yaw Control)等基本功能的组合，是一种汽车新型主动安全系统。该系统是德国博世公司(B0SCH)和梅塞德斯-奔驰(MERCEDES-BENZ)公司联合开发的汽车底盘电子控制系统。 在汽车行驶过程中，因外界干扰，比如行人、车辆或环境等突然变化，驾驶员采取一些紧急避让措施，使汽车进入不稳定行驶状态，即出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险状态。装置ESP的汽车能在极短的几毫秒时间内，识别并判定出这种汽车不稳定的行驶趋势，通过智能化的电子控制方案，让汽车的驱动传动系统和制动系统产生准确响应，及时恰当地消除汽车这些不稳定的行驶趋势，使汽车保持行驶路线和预防翻滚，避免交通事故的发生。 ESP系统是汽车主动安全措施的巨大突破，它通过控制事故发生的可能性来实现安全行车，使汽车在极其恶劣的行车环境中确保行驶的稳定性和安全性。 1．汽车电子稳定系统的组成 ESP在ABS和ASR各种传感器的基础上，增加了汽车转向行驶时横摆率传感器、车身翻转角速度传感器、侧加速度传感器、制动总泵中的液压力传感器和转向盘转角传感器等。其中最重要的是车身翻转角速度传感器，这种车用传感器是航天飞机和空间飞行器上使用的旋转角速度传感器的类似产品。车身翻转角速度传感器就像一个罗盘，适时地监控汽车行驶的准确姿态，监控汽车每个可能的翻转运动角速度。其他传感器则分别监控汽车的行驶速度和各车轮的速度差，监控转向盘的转动角度和汽车的水平侧向加速度，当制动发生时则监控制动力的大小和各车轮制动力的分配情况。 ESP系统包括车距控制、防驾驶员困倦、限速识别、并线警告、停车入位、夜视仪，周围环境识别、综合稳定控制和制动助力(BAS)9项控制功能。通过综合应用9种智能主动安全技术，ESP可将驾驶员对车辆失去控制的危险性降低80％左右。 ESP智能化随车微机控制系统，通过各种传感器，随时监测车辆的行驶状态和驾驶员的驾驶意图，及时向执行机构发出各种指令，以确保汽车在制动、加速、转向等状况下的行驶稳定性。 图1是汽车电子稳定系统ESP的各种传感器及电子稳定系统ECU在轿车上的安装，其ECU 中配置了两台56kB内存的微机。ESP系统利用这两台微机和各种传感器信号不间断地监控车内电子模块、系统的工作状态和汽车的行驶姿势，比如，速度传感器每相隔20ms就会自检一次。ESP系统还通过车内电子模块之间的信号交流通信网络，充分利用防抱死制动系统ABS、制动助力系统BAS和驱动防滑控制系统ASR等的先进功能。紧急情况下，如紧张的驾驶员对制动力施加不够，制动助力系统BAS将自动增大制动力。在ESP系统出现故障不能正常工作时，ABS和ASR系统能照样工作，以保证汽车正常行驶和制动。
汽车知识讲座－汽车制动时受力分析 1.摩擦阻力的因素 汽车在制动过程中，有两个地方会产生摩擦阻力。一个是车轮制动器产生的摩擦阻力，使车轮转速减慢；另一个是车轮与地面产生摩擦阻力使汽车减速。前者称制动器制动力，后者称地面制动力，也就是我们车在检测站检测的制动力。 如果制动器产生的摩擦力偶大于轮胎与路面之间的最大摩擦力偶时,车轮即完全停止滚动,也就是车轮被抱死。 在车轮未抱死前，地面制动力始终等于制动器制动力，此时制动器制摩擦力消耗一部份动能(发热)，地面制动力消耗一部份动能。 在车轮抱死后，地面制动力等于地面附着力，它不再随制动器制动力的增加而增加，制动器制不再消耗动能(W=FS，∵S=0，∴W=0)，只有轮胎与地面摩擦消耗动能。由于车轮抱死后，纵向附着系数(摩擦力)下降，制动器制也不消耗动能，侧向附着系数趋于0，所以刹车距离也就变长，易产生则滑。 2.前后轴载荷重心变动的因素 车辆在静止时，其前后轴的垂直载荷之比仅决定于汽车重心的纵向位置。但在车辆行驶中制动时，由于作用在重心上的向前的惯性力使汽车俯冲前倾，因而前后轴的垂直载荷比值变大，即前轴载荷加大，而后轴载荷减少；而且制动力越强，惯性力越大，前后轴垂直载荷的比值也越大。即刹车时前轴荷随加速度变大而增大，后轴荷减少。 80年后生产的国产及进口车轿车，前后轴制动力分配按欧共体的ECE R13标准制定，即按“前后轴附着糸数利用曲线”分配比例，不允许有车轮抱死现象，前轴所占总制动力通常为80％，上限为85％。 各种轿车都是按自身的悬挂糸统的动态重心分配特性去设计前后轴制动力分配，原车的前后轴制动力分配是经过各种实验优化定案，提供良好的制动平衡。 根椐北京理工大学做的路试，国产及进口轿车前轴刹车力在800kg-1100kg以上，后轴最低173kg，最高290kg(满载车重1684kg)，路试刹车减速度、距离都符合要求。实试正实，后轮刹车即使一轮失效，30km/h刹车距离变化很小，不跑偏。国内现有的检测站的测试台是无法测试真正动态刹车力的。 急刹车时，前轮先抱死，汽车不能变方向，后轮先抱死则产生侧滑。后轮比前轮先抱死要危险得多！因此，我不认同随便改动“比例阀”去适应年审验车。 轿车前轴的制动力决定了制动距离效能，有关刹车距离长故障重点应放在前轴。 3.车轮抱死的影响因素 车轮抱死是制动侧滑的根本原因,制动强度太大也可导致汽车制动侧滑。路面状况不同，车轮与地面附着特性不同，在制动时，如果制动强度太大，可能导致车轮滑移率超过制动稳定的范围，从而导致制动方向失稳。因此，驾驶员应熟悉制动器和路面特性，把制动强度控制在制动方向稳定范围内，并发挥较大的制动效能。 根据车轮与地面的附着特性，当车轮抱死以后，地面横向附着系数降为零，这时车轮不能承受侧向外力作用。当前轮抱死并试图转向时，尽管操纵转向盘使前轮偏转，但由于地面不能对车轮产生侧向作用力，前轮将沿汽车纵向轴线
EBD和ESP都是ABS下的延伸电子系统 EBD的英文全称是Electric Brake force Distribution，中文翻译为电子制动力分布，EBD系统是当重踩制动在ABS作动之前，可平衡每一个轮的有效地面抓地力，主要是用来改善制动力的平衡并缩短制动距离。EBD可依据车辆的重量和路面条件，当制动时此系统会自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率，如发觉差异且此差异程度是必须被调整时, 则此时制动油压系统将会调整传至后轮的油压以得到更平衡且更接近理想化制动力的分布。 EBD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。 答案补充 ESP的英文全称是Electronic Stability Program，中文翻译为电子稳定程序，ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的转动速度）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。有ESP与只有ABS及ASR的汽车，它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向（转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。这套系统是由博世公司研发，最初只应用在高档车上，现在也在逐渐向中高档汽车上延伸。ESP系统能够给乘客提供更高的安全保障,无论是在高速行使时的紧急避障,还是在湿滑路面的急打方向,ESP系统都能提供快速准确的方向响应，保证车身行驶稳定。 答案补充 当然，无论EBS和ESP的作用效果有多好,终归是有它的物理极限的，不在万不得已的情况下，还是谨慎驾驶最最安全。
浅谈汽车电子稳定程序 前言 随着汽车行驶速度的提高,道路行车密度的增大,汽车行驶安全性已经受到了高度关注。汽车的行驶安全性能要求不断提高,汽车安全系统已经成为汽车研究发展的重要部分。 汽车安全性包括主动安全性和被动安全性两大类。汽车主动 安全是指事故发生前的安全，即实现事故预防和事故回避，防止 事故发生。主动安全性是指通过事先预防，避免或减少事故发生 的能力。被动安全性是指汽车在发生意外事故时对乘员进行有效 保护的能力。汽车的主动安全性因其防患于未然，所以越来越受 到汽车厂商和消费者的重视，越来越多的先进技术也被应用到汽 车主动安全装置上。主动安全性的好坏决定了汽车产生事故发生概率的多少，而被动安全性的好坏主要决定了事故后车内成员的受伤严重程度。 目前广泛运用的汽车主动安全性系统主要有防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑系统〔ASR〕、牵引力控制系统 (TCS)、汽车电子稳定程序系统(ESP),汽车电子制动力分配系统(EBD), 紧急刹车辅助系统 (EBA)、汽车自适应巡航速度控制系统(ACC)等,保证汽车在危险状况下行驶的安全性。上述这些系统具有智能化的控制作用,根据车辆的行驶状况,自动地完成对汽车制动性能、转向辅助等的控制,无需人的主动性操作,可见汽车安全系统已经向智能型方向发展。
摘要 本文探讨了ESP系统的原理、发展和现状。简要讨论汽车 ESP 系统的结构及关键技术。介绍新奥迪 A4轿车 ESP系统的组成、电控系统、液压单元及工作过程。 关键词：电子稳定程序，主动安全性，操纵稳定性，模糊控制传感器液压控制单元电子控制单元 ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。 ESP系统是汽车上一个重要的系统，通常是支持ABS及ASR 的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。 ESP系统包含ABS（防抱死刹车系统）及ASR（驱动防滑转系统），是这两种系统功能上的延伸。因此，ESP称得上是当前汽车
《机动车运行安全技术条件》（GB7258-2004）有关制动方面的： 1.1 台试检验制动性能 1.1.1 行车制动性能检验 1.1.1.1 汽车、汽车列车在制动检验台上测出的制动力应符合表 6 的要求。对空载检验制 动力有质疑时，可用表 6 规定的满载检验制动力要求进行检验。 摩托车及轻便摩托车的前、后轴制动力应符合表 6 的要求，测试时只允许乘坐一名驾 驶员。 检验时制动踏板力或制动气压按7.13.1.3 的规定。 表 6 台试检验制动力要求 1.1.1.2 制动力平衡要求（两轮、边三轮摩托车和轻便摩托车除外） 在制动力增长全过程中同时测得的左右轮制动力差的最大值，与全过程中测得的该轴左 右轮最大制动力中大者之比，对前轴不应大于20% ，对后轴（及其它轴）在轴制动力不小 于该轴轴荷的60% 时不应大于24%；当后轴（及其它轴）制动力小于该轴轴荷的60% 时，在制动力增长全过程中同时测得的左右轮制动力差的最大值不应大于该轴轴荷的8% 。 依据国标要求，对前轴以外的制动力平衡计算分两种情况： 1、当该轴制动制动率 >= 60%时，过程差最大差值点的两个力分别 为f1和f2，如果f1 >= f2 不平衡率 = （f1 –f2）/f1 * 100 ； 如果f1 < f2不平衡率 = （f2 –f1）/f2 * 100 2、当该轴制动制动率 < 60%时，过程差最大差值点的两个力分别
为f1和f2，如果f1 >= f2 不平衡率 = （f1 –f2）/轴重 * 100 ；如果f1 < f2不平衡率 = （f2 –f1）/轴重 * 100 注意：以上为简约的计算，较为准确的计算要注意单位之间的换算：轴重是kg，制动力的单位是10N 例如： 轴重最大左最大右差值左差值右制动率不平衡率 2074 543 508 543 508 50.7 1.7 二轴不平衡率（ 543-508）*10/(2074*9.8)*100= 1.722% 有关制动台仪表 制动台仪表的不平衡率算法说明书没有给出，不清楚其算法，对于前轴有可能是对的，对于后轴等仪表算法可定是错误的，制动台本身不能得到车辆的轴重，也就不能判断制动率是否 >=60，也就不能得出不平衡率。
EBD-EBL电子制动力分配及限制技术解析electronic brake force distribution The theoretical basis and principle of EBD: during brake, rear axle sideslip is the main factor causing the vehicle not stable, by lots of experiments, the rear axle when braking if than the front axle is locked first sliping, may occur for the plant to prevent rear axle sideslip, locking the rear wheel and a dangerous side slip, the actual front and rear brake force distribution curve of automobile brake system (knife line) should always be in the ideal braking force distribution line (I curve) below, for plants to reduce the wheel to lose steering ability opportunity and improve the braking efficiency, knife line should be more close to the I curve is better, the EBD function can be achieved today, has a fixed proportion of the front and rear axle braking force the car has a bigger superiority. The EBD function is the balance function of slip ratio, by modifying the program of ECU in ABS system to achieve, ABS system does not need to install additional components, the ABS system is the wheel speed sensor is calculated based on the rear axle of slip rate and reducing vehicle speed exceeds the set range in the braking process, the EBD start function, the output pressure of the rear axle will change with the different loads,