摘要
目前，汽车的制动系统种类有很多，本设计主要从节约成本，并保证制动效能和制动稳定性的前提下，采用技术较为成熟的液压制动技术。
根据盘式和鼓式各自的性能特点，选用了前盘后鼓的设计方案。制动驱动形式为液压驱动形式，前后式（Ⅱ式）双回路制动控制系统。再根据制动系统的原始参数，分别对鼓式和盘式中的结构参数进行了求解设计，包括制动系统中的摩擦衬片，制动轮缸的结构参数等。然后计算了制动器受到的最大制动力，让最大制动力与确定出的同步附着系数比较是否满足条件，还有制动效能和制动距离的检验。其后用最大制动力进行液压制动驱动机构的结构参数确定，包括制动主缸等，并通过踏板行程和踏板力进行检验。最后是制动器主要结构元件的要求和补充以及对自动间隙调整机构的设计。本次毕业设计题目为汽车制动系统总体设计，以保证其制动性能的可靠性。
关键词：行车制动；驻车制动；鼓式制动器；盘式制动器；液压驱动
Abstract
Now, there are many kinds of automobile brake system.This design’s technology is relatively mature hydraulic brake technology from cost savings,and ensure the braking efficiency and stability of the premise.
According to the performance characteristics about the brake disc and the brake drum, this design scheme choose that the brake disc in the front and the brake drum in the rear . The drive form of brake system is hydraulic drive,the double line (Ⅱ type) braking control system in the front and rear. According to the original parameters of braking system ,structure parameters of the drum and structure parameters of the disc , separately to solve the design , including friction lining, the structure parameters of wheel cylinder. Then I calculate the brake’s maximum braking force by it, and verify the braking performance and braking distance. Followed,I determine the structure parameters of hydraulic brake drive mechanism with the maximum braking force, including brake master cylinder, and so on. And the structure parameters of hydraulic brake drive mechanism is verified by the pedal stroke and pedal force.Finally, I introduce the requirement of the brake’s main structural components as well as to design brake clearance of automatic adjusting mechanism,this graduation design topic for automobile brake system overall design,to ensure its reliable braking performance.
Key words：Brake；Parking brake；Drum brake；Disc brakes；Hydraulic drive
目 录
摘 要 .................................................................................................................................... i Abstract .................................................................................................................................. ii 目 录 (iii)
第1章 绪 论 (1)
1.1 课题背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.3选定方案前应解决的问题： (3)
1.4课题研究方法 (3)
1.5 本设计应解决的难点 (4)
第2章 总体设计方案 (4)
2.1 制动能源的比较分析 (5)
2.2 驻车制动系 (6)
2.3 行车制动系 (6)
2.4 制动管路的布置及原理 (7)
2.4.1 制动管路的布置示意图（II 型） (7)
2.4.2 制动原理和工作过程 (8)
2.5 制动器的结构方案分析 (9)
本章小结 (11)
第3章 制动系主要参数确定 (11)
3.1 基本参数 (11)
3.2鼓式制动器的主要参数选择 (12)
3.2.1 制动鼓内径D (12)
3.2.2 摩擦衬片宽度b 和包角β (12)
3.2.3 制动器中心到张开力P 作用线和距离a (13)
3.2.4 制动蹄支撑点的位置坐标k 与 c (14)
3.2.5摩擦片摩擦系数 (14)
3.3盘式制动器的主要参数选择 (14)
3.3.1制动盘直径D (14)
3.3.2 制动盘厚度h (15)
3.3.3摩擦衬块外半径1R 和内半径2R (15)
3.3.4摩擦衬块工作面积A (16)
本章小结 (16)
第四章 制动器的设计与计算 (16)
4.1 制动器摩擦面的压力分布规律 (16)
4.2制动器制动效能计算 (17)
4.3 同步附着系数的确定 (18)
4.4 制动器最大制动力矩确定 (20)
4.5单个制动器制动力矩的计算 (20)
4.5.1 同一制动器各蹄产生的制动力矩 (20)
4.5.2 盘式制动器制动力矩计算 (24)
4.6驻车制动的制动力矩计算 (25)
4.7 制动衬片的耐磨性计算 (26)
4.8制动距离的计算 (28)
本章小结 (30)
第5章液压制动驱动机构的设计计算 (30)
5.1 制动驱动机构的形式 (30)
5.2 分路系统 (31)
5.3 液压制动驱动机构的设计计算 (31)
5.3.1 制动轮缸直径d的确定 (32)
5.3.2 制动主缸直径
d的确定 (33)
5.3.3 制动踏板力FP (34)
5.3.4 制动踏板工作行程SP (35)
5.3.5 制动主缸 (35)
5.3.6制动力分配调节装置的选取 (36)
5.4 制动器的主要结构元件 (36)
5.4.1 制动鼓 (36)
5.4.2 制动蹄 (37)
5.4.3 摩擦衬（片）块 (37)
5.4.4 制动底板 (37)
5.4.5 支承 (38)
5.4.6 制动轮缸 (38)
5.4.7 制动盘 (38)
5.4.8 制动钳 (38)
5.4.9 制动块 (39)
5.5 自动间隙调整机构 (39)
5.6 鼓式制动器工作过程 (42)
5.7 盘式制动器工作过程 (44)
本章小结 (45)
结论 (45)
参考文献 (46)
外文资料 (48)
中文译文 (67)
致谢 (75)
第1章绪论
1.1 课题背景及意义
从2000年开始，中国汽车市场进入到黄金10年。汽车保有量从1600万辆攀升到1亿多辆。汽车市场由小变大，2010年成为全球第一大汽车市场，比原先普遍预测的2015年提早了5年。2013年，美国的底特律汽车城宣布破产了，这不仅不代表汽车行业的衰落，反而更加展露出汽车的迅速发展，不仅仅是战略还有技术。随着人民生活水平提高和人们对物质的急剧需求，汽车保有量的也在猛速增加。由于交通事故的频发，也为我们带来梦靥，所以安全是汽车首要问题。众所周知，汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。因此，必须充分考虑制动系统的控制机构和制动执行机构的各种性能，然后进行汽车的制动系统的设计以满足汽车安全行驶的要求。由有关部门调查，在汽车事故中由制动系统故障引起的事故约为总数的45%。可见，制动系统在保证行车安全中的重要性。此外，制动系统的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。因此制动系统设计是汽车设计中重要的环节之一。在这个拥挤的交通和激烈市场的背景下，生产能保证良好的制动性能和较低的成本的制动系统至关重要。本次设计就是通过资料的查阅，以及对知识的梳理总结，
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在赵老师的帮助下达到设计目标。我的设计目标：1.具有良好的制动性能及其稳定性；2.制动时汽车操纵稳定性好；3.制动效能的热稳定性好。
1.2 国内外研究现状
汽车的制动系统是车辆的主动安全之一。自汽车诞生时起，其就起着决定性作用。汽车的制动系统有很多种类，传统的制动系统主要结构型式有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数汽车上[1]。汽车液压制动系统可以分为行车制动、辅助制动、伺服制动等，主要制动部件包括制动踏板机构、真空助力器、制动主缸、制动软管、比例阀、制动器和制动警示灯等。在制动系统，真空助力器、制动主缸和刹车制动器是最为重要的部分。目前，汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果好于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备。鼓式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少,成本较低,方便维修、由于鼓式制动器的绝对制动力远远高于盘式制动器,所以普遍用于后轮驱动的卡车上。鼓式制动器根据其结构都不同，又分为：双向自增力蹄式制动器、双领蹄式制动器、领从蹄式制动器、双从蹄式制动器。其制动效能依次降低，最低是盘式制动器；但制动效能稳定性却是依次增高，盘式制动器最高。也正是因为这个原因，盘式制动器被普遍使用。但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统，使其造价较高，故轻型车一般还是使用前盘后鼓式[2]。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。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路结构，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，以免其产生故障。
任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。行车制动是用脚踩下制动踏板来操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动杆操纵利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动俩个后轮，行车制动和驻车制动这两套制动装置，必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动装置的驱动机构分为液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、
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气路管道、储气筒、控制阀和制动气室等。
现代汽车由于车速的提高，对于应急制动时的可靠性要求更严格，因此在中、高级轿车和部分轻型商用车上，多在后轮制动器上附加手操纵的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。
随着电子技术的飞速发展，汽车防抱死制动系统在技术上已经成熟，开始在汽车上普及。它是基于汽车轮胎与路面兼得附着特性而开发的高技术制动系统。它能有效的防止汽车在应急制动时由于车轮抱死使汽车失去方向稳定性而出现侧滑或失去转向能力的危险，并缩短制动距离，从而提高了汽车高速行驶的安全性。
1.3选定方案前应解决的问题：
1,由于专业基础知识不够扎实，设计经验欠缺，参考资料收集不够全面，设计主题思路还不是很清晰，对于有些简单的问题解决的不够精准，同时欠缺仿真软件的支持，无法确定其设计效果。并且有较多的相关知识综合运用，在设计计算过程中，运用不是很熟练，计算过程不是很顺利，需要对欠缺的知识补习，弥补不足。
2,由于涉及汽车专业知识，在设计过程中，需要补充对汽车基础理论知识的学习。3,用CAD进行绘图时，软件操作不是很熟练，画图速度缓慢，需要在平时多加练习。
1.4课题研究方法
首先对选题的目的和意义进行了阐述与分析，让我明确了自己设计的机构是作什么用的，其在车辆安全方面的重要性。其次是对其在国内外的发展状况做了分析，了解了当今汽车制动器的现状和发展趋势。这对于本次设计的不足，需要改进的地方，使我受到了启发。在指导老师的辅导下，收集并整理了大量的相关信息，又通过互联网查阅到了比较多的相关资料，初步对汽车制动器的结构形式、管路布置、制动驱动机构的结构形式及各个部件型式做出了选择，并收集相关紧凑型轿车制动系统设计资料；参考现有研究成果，并进行深入的学习和分析，借鉴经验；同时学习有关汽车零部件设计准则；充分学习和利用画图软件，并再次学习机械制图，画出符合标准的设计图纸，通过自己的研究分析；发挥自己的设计能力并通过试验最终确定制动系统设计方案。
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1.5 本设计应解决的难点
（1）确定制动系各参数，分析其制动性能;
（2）制动器的设计计算；
（3）液压制动驱动机构的设计计算；
（4）制动系统图纸设计。
第2章总体设计方案
汽车的制动性直接关系到行使安全性，是汽车行使的重要保障。制动性是汽车的主动安全主要性能之一，随着高速公路迅速的发展和车流密度的日益增大，出现了频繁的交通事故。因此，改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的主要任务。
汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行使直至停车；在下坡行使时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。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。前者用来保证前两项功能，后者用来保证第三项功能。
设计汽车制动系应满足如下主要要求[3]：
（1）应能适应有关标准和法规的规定；
（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度来评定的。详见QC/T239-1997《货车、客车制动器性能要求国家标准》。
（3）工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其他制动装置多为手操纵；
（4）制动效能的热稳定性好。具体要求详见QC/T582-1999《轿车制动器性能要求国家标准》；
（5）制动效能的水稳定性好；
（6）在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵稳定性和方向稳定性。有关方向
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稳定性的评价标准，详见QC/T239-1997《货车、客车制动器性能要求国家标准》；（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和从放开踏板至完全解除制动的时间；
（9）制动时不产生振动和噪声；
（10）转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或转向时不会引起自行制动；（11）应有音响或光信号等警报装置，以便及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；
（12）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，应力求减少制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维[4]；
（13）磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。
防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，所以近年来防抱死制动系统（ABS）在汽车上得到了很快的发展和应用。此外，由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害问题，已被逐渐淘汰，取而代之的各种无石棉材料相继研制成功。
本次设计采用前盘后鼓式制动器,液压制动, II式(前后式)双回路制动控制系统。采用真空助力器.其中鼓式制动器采用一般常用的领从蹄式,为一个自由度.灰铸铁制动鼓[5]。制动鼓内径尺寸、摩擦衬片宽度尺寸参照专业标准QC/T309-1999《制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列》选取。盘式制动器采用浮动钳盘式.制动盘直径取轮辋直径的70%。通风式制动盘厚度取20mm。具体的制动系统设计计算过程依据汽车设计教材进行。
2.1 制动能源的比较分析
经过同多种类型的车辆制动能源比较，如表2.1所示：
表2.1 制动能源比较
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真空伺服制动系是由发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源，伺服气压一般可达0.05～0.07MPa。真空伺服制动系多用于总质量在1.1～1.35t以上的轿车及装载质量在6t以下的轻、中型载货汽车上；气压伺服制动系则广泛用于装载质量为6～12t的中、重型货车以及极少数高级轿车上。
液压制动用于行车制动装置。液压制动的优点是：作用滞后时间短，（0.1～0.3s）;
P），因而轮缸尺寸小，可以安装在制动器内部，直接工作压力高（可达10～20M
a
作为制动蹄的张开机构（或制动块的压紧机构），而不需要制动臂等传动件，使之结构简单，质量小；机械效率较高（液压系统有自润滑作用）。液压制动的主要缺点是：过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系统的效能降低，甚至完全失效。液压制动广泛应用在乘用车和总质量不大的商用车上。
2.2 驻车制动系
驻车制动系统用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至斜坡上，同时也有助于汽车在斜坡上起步的一套专门装置。驻车制动系统应采用机械式驱动机构而不用液压或气压式，以免其产生故障。
通过类比采用手动驻车制动操纵杆、驻车制动杠杆作用于后轮，作为后轮驻车制动器。
后轮驻车制动：轮缸或轮制动器，（对领丛蹄制动器，只需附加一个驻车制动推杆和一个驻车杠杆即可）使用驻车制动时，由人搬动驻车制动操纵杆，通过操纵缆绳。平衡臂和拉杆（拉绳）拉动驻车制动杠杆使两蹄张开。
2.3 行车制动系
行车制动系统用作强制行使中的汽车减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构多采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。
目前，盘式制动器已广泛应用于轿车，但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外，大都只用作前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期汽车有较高的
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制动时的方向稳定性。在货车上，盘式制动器也有采用。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。
2.4 制动管路的布置及原理
II式(前后式): 前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，一条回路连接前桥(轴)车轮制动器,另一条回路连接后桥(轴)车轮制动器,如图（2.1）所示。前桥车轮制动器与后桥车轮制动器各用一个回路。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器相配合，成本较低。在各类汽车上都有采用。通过分析，II式(前后式)制动器结构简单，成本较低，因此采用的就是II式(前后式)双回路制动系。
2.4.1 制动管路的布置示意图（II型）
如图2.1所示
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2.4.2
制动原理和工作过程
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以鼓式制动器为例，其结构示意图如图（2.2）所示，工作原理如下：要使行使中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板，通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞推动两制动蹄绕支撑销转动，上端向两边分开而其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓作用一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架和车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大，制动减速度越大。当放开制动踏板时，复位弹簧即将制动蹄拉回复位，摩擦力和制动力消失，制动作用即行终止。
2.5 制动器的结构方案分析
通常，汽车所用制动器一般都采用摩擦式的，也就是阻止汽车运动的制动力矩来
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源于固定元件和旋转工作表面之间的摩擦。主要是盘式制动器和鼓式制动器两种形式。
鼓式制动器的选用：
鼓式制动器是靠制动块在制动轮上压紧产生摩擦来实现刹车的。鼓式制动器的形式有很多种，如领从蹄式制动器、单向双领蹄式制动器、双向双领蹄式制动器、单向自增力式制动器、双向自增力式制动器、凸轮式制动器、楔式制动器。它们都各有利弊，其中领从蹄式制动器发展较早，且其效能和效能稳定性在各式制动器中均居于中游；前进、倒退行驶的制动效果不变；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙；且有结构简单，成本低等优点。但领从蹄式制动器也有两蹄片的压力不等（在两制动蹄上的摩擦衬片面积相等的条件下），因而两蹄片磨损不均匀、寿命不同的缺点。此外，因只有一个轮缸，两制动蹄必须在同一驱动回路下工作。因此，本设计采用由定位销定位的一个自由度的非平衡式的领从蹄式制动器。
盘式制动器的选用：
盘式制动器又叫做碟式制动器，一般是由液压控制，主要的部件有制动盘、制动钳、固定器，制动轮缸等组成。按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触。用得较多的是多片全盘式制动器，以便获得较大的制动力。但这种制动器的散热性能较差，故多为油冷式，结构较复杂。
钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为固定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器。定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上，既不能旋转，也不能沿着制动盘轴线方向移动，因此必须在制动盘的两侧都安装制动块的促动装置，以便于将两侧的制动块分别压向制动盘。定钳盘式制动器在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式。
定钳盘式制动器的缺点就是：
（1）制动盘的两侧各有液压缸，使制动钳的结构复杂。
（2）液压缸分装于制动盘的两侧，制动液必须跨越制动盘的钳内油道或者外部的油管。
（3）热负荷较大，液压缸和跨越制动盘的钳内制动管路或者是外部油管内的制动液容易气化。
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（4）若想兼用于驻车制动装置，则必须添加一个机械促动的驻车制动钳。
由于上述的种种原因，定钳盘式制动装置已经很难适应现代轿车的发展趋势，也逐渐的在70年代以后让位于浮钳盘式制动器。
浮钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可以将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车和驻车制动，在兼行车和驻车制动的情况下不需要加设驻车制动钳，只需要在行车制动钳液压缸的附近加装一些用于推动液压缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管，减少了受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少使冷却条件较好。另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动液温度比用固定钳时低30℃～50℃，气化的可能性较小。但由于制动钳体是浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、磨损和噪声。
经过对不同制动器优、缺点的比较，参考同类型车，本设计采用前盘（浮动钳式）后鼓（支承销领丛蹄式）的制动系统。
本章小结
本章确定了制动系统方案为行车制动系统采用液压制动控制机构，前轴制动器为浮动钳盘式制动器，后轴采用领从蹄式鼓式制动器。回路系统采用一轴对一轴式双回路控制系统。驻车制动系统控制机构为机械式，由鼓式制动器兼做驻车制动器。
第3章制动系主要参数确定
3.1 基本参数
表3.1 制动系主要参数
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