摘 要

随着中国大学生电动方程式大赛的发展，对赛车的制动系统的性能要求越来越高。本文以WUTE车队刀锋3代赛车为设计基础，对赛车的制动踏板总成和盘式制动器进行设计，最终得到一套具有的安全可靠、调节方便、轻量化水平高等特点的赛车制动系统。

设计从制动主缸、卡钳等主要零件选型和同步附着系数、制动力分配系数等参数确定入手，再到制动过程中各部分受力情况与制动距离的分析计算，最终得到的极限工况制动系统踏板力与制动距离，满足制动法规ZB/T 7258-1998的要求。

设计了制动系统的踏板总成位置快速调节机构与制动力分配快速调节机构，满足不同驾驶员的驾驶需求，提高制动系统的调节便捷性与灵活性。

运用CATIA V5R20软件对制动系统进行三维建模与装配，并运用ANSYS Workbench有限元分析软件对制动踏板总成各零部件进行静力学结构分析和对制动盘进行热分析，得到在踏板力500N情况下，各零部件中最小安全系数为1.94，制动盘在紧急制动与单圈耐久工况下的最高温度分别为204.13和226.34，均在合理范围内。

关键词：FSEC；制动系统；快速调节；有限元分析

Abstract

With the development of FSEC, the requirements of the racing cars’ braking system is getting higher and higher. In this paper, the car brake pedal assembly and the disc brakes are designed based on the third generation racing car of WUTE, and finally get a braking system which is safe and reliable, easy to adjust as well as light.

The design begins with the choices of the main parts such as the brake cylinder, calipers and some parameters such as synchronization of the adhesion coefficient and the braking force distribution coefficient. Then is the calculation of the force and the braking distance during the braking process. Finally, the largest braking force is 343.99N and the braking distance is 19.18m, which meets the requirements of brake regulation ZB / T 7258-1998.

The pedal assembly position rapid adjustment mechanism and the rapid adjustment mechanism of the braking force distribution are designed in order to meet different drivers’ demands and improve the braking system to be more convenient and flexible.

The three-dimensional modeling and assembly of the braking system were carried out by using CATIA V5R20. The ANSYS Workbench finite element analysis software was used to analyze the static structure of various components of brake pedal assembly and the thermal analysis of the brake disc. The minimum safety factor for each part is 1.94, and the maximum temperature of the brake disc during emergency braking and one circle of the endurance tests is 204.13 °and 226.34 ，respectively, within reasonable limits.

Keywords：FSEC; braking system; rapid adjustment; finite element analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文设计与研究内容 1

1.4 设计技术方案流程图 2

第2章 制动系统性能分析 3

2.1 制动系统布置形式的选择 3

2.2 制动器类型的选择 3

2.3 制动系统主要零部件的选型和设计 4

2.3.1 制动主缸的选型 4

2.3.2 制动卡钳的选型 5

2.3.3 制动盘的基本参数确定 6

2.3.4 制动踏板杆杠杆比确定与踏板行程计算 6

2.2制动系统的设计计算 7

2.2.1 赛车整车参数 7

2.2.2 同步附着系数的选取 7

2.2.3 制动时车轮受力分析 8

2.2.4 制动过程的分析计算 9

2.2.5 制动距离的计算 11

2.3 本章小结 11

第3章 制动系统零部件结构设计与建模 12

3.1 设计软件介绍 12

3.2 零部件结构设计与建模 12

3.3 制动系统快速调节机构设计 15

3.4 制动系统安全机构设计 16

3.5 制动系统装配设计 17

3.6 本章小结 18

第4章 制动系统有限元分析 19

4.1 有限元分析软件介绍 19

4.2 零件结构强度分析 19

4.2.1 制动踏板杆结构强度分析 19

4.2.2 其余各零部件结构强度分析 20

4.2 制动盘热分析 21

4.2.1 分析模型简化 21

4.2.2 约束及边界条件 22

4.2.3 紧急制动工况制动盘热分析 22

4.2.4 耐久工况制动盘热分析 23

4.3 本章小结 24

第5章 结论 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1研究背景

中国大学生方程式汽车大赛是一项由大学生自主设计并制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异性能的赛车的综合性比赛^[1]。从大赛开创至今的五年里，大学生方程式赛车的动力系统不断升级、轻量化水平不断提高，动力性能也越来越好。但随着赛车行驶速度的上升，对赛车的制动系统的性能的要求也就越来越高。

在大学生方程式赛车中，制动系统的作用是根据车手的意图实现减速和停车。制动系统是赛车唯一的主动安全系统，是车手与赛车的安全保障^[2]。制动系统须能保证赛车在遇到紧急情况的时候，能够安全、迅速、平稳地将赛车减速并停车。因此，赛车制动系统在设计过程中必须充分考虑其安全可靠性。其次，在比赛中，赛车需要由多位车手驾驶并参加直线加速、八字绕环、高速避障和耐久赛。赛车需要有很好的可调节性来适应不同的车手、不同的赛道和不同的行驶工况。因此，能够灵活调节的制动系统将能更好的发挥赛车和车手的潜力。另外，在赛车比赛中，卓越的加速性能是永不停息追求的目标，而赛车轻量化就是提升赛车加速性能的一个主要途径。赛车制动系统包含了操纵机构、制动力调节机构、制动管路、制动盘、主缸、卡钳等多个零部件，占据了一定比例的赛车质量。因此，对制动系统进行轻量化设计势在必行。

1.2国内外研究现状