摘 要

随着汽车行业的迅猛发展，汽车的性能相较于以前有了显著的提高。汽车的最高车速也提高了很多，这就使得安全问题愈发严重。汽车最高车速性能的提高对汽车制动也就有了更高的要求，在汽车设计这一大过程中，设计制动系是这其中具有重要地位的一环，汽车制动系的设计对于整车的性能影响有着非常重要的地位，良好的汽车制动系的设计使得汽车会拥有更好的操作稳定性和动力性。汽车制动系的设计需要认真考量。

本文基于已有的一辆纯电动微型车，通过matlab、cad、catia、ansys等软件对其制动系进行设计、选型、优化。首先比较盘式、鼓式制动系的优缺点选择了制动器的类型，接着计算整车基本参数，通过国家法规对制动距离的要求计算出制度减速度，然后计算制动器需要的制动力矩，从而可计算出制动器的结构参数。接着对制动器的各项性能，如比能量耗散率，应急制动力矩，驻车制动力矩做了校核，校核结果满足法规要求。然后针对制动驱动机构进行了设计，如制动主缸、轮缸的尺寸、制动踏板力、制动踏板行程。本文在传统制动系的基础之上，还设计了能够实现其自动制动功能的硬件，采用电机拉线式实现自动制动的功能，设计计算出所需电机的各项性能指标。通过ansys应力分析软件校核，结果理想，故所设计的制动系可以用于该车的制动。

关键词：自动驾驶；微型电动车；制动系设计

Abstract

With the rapid development of the automotive industry, the performance of cars has improved significantly compared with before. The maximum speed of cars has also increased a lot, which makes the safety problem more serious. The improvement of the car's maximum speed performance has a higher requirement for the automobile brake, so the design of the automobile brake system is really a very important module in the automobile design. The design of the automobile brake system has a very important position on the performance of the whole vehicle. The design of a good automobile brake system makes the car hold. an operation stability and power performance. So the design of the automobile brake system needs careful consideration.

Based on the existing pure electric mini car, the braking system is designed, selected and optimized by means of MATLAB, CAD, CATIA and ANSYS software. First, compare the advantages and disadvantages of disc and drum brake system, select the type of brake, then calculate the basic parameters of the whole vehicle, calculate the deceleration of the system by the national regulations and calculate the braking torque, then calculate the structural parameters of the brake. Then the performance of the brake, such as the specific energy dissipation rate, the emergency braking torque and the parking brake moment, were checked, and the check results met the regulatory requirements. Then the brake actuating mechanism is designed, such as brake master cylinder, wheel cylinder size, brake pedal force and brake pedal travel. On the basis of the traditional brake system, this paper also designs the hardware that can realize its automatic braking function. The function of automatic braking is realized by the motor drawing line, and the performance indexes of the required motor are designed and calculated. The ANSYS stress analysis software is checked and the result is ideal. Therefore, the designed brake system can be used for the braking of the vehicle.

Key Words：automatic driving；pure electric mini vehicle；design of braking system

目录

第1章 绪论 1

1.1制动系的作用 1

1.2制动系的种类 2

1.3制动系的组成 2

1.4制动系的要求 3

第2章 制动系统技术方案 6

2.1自动制动的功能的实现 6

2.2.1 自动制动系统形式的选择 6

2.2.2 电机形式、参数计算选择 7

2.2 制动回路的选择 7

第3章.制动器的结构种类选择 9

3.1制动器的种类 9

3.2盘式制动器的分类及选择 11

3.3 制动器的选择 13

第4章.整车基本参数 14

4.1 整车基本参数 14

4.2 轮胎半径 14

4.3 空、满载时质心高度及其至前后轴的距离 14

第5章.制动系主要参数选择 15

5.1 制度加速度的计算 15

5.2 同步附着系数及制动力分配系数 15

5.3 前、后轮制动力（矩）计算 16

5.4 制动器结构参数计算 17

5.4.1 制动衬块内外半径的计算 17

5.4.2 制动盘直径D 18

5.4.3 制动盘厚度h 18

5.4.4 全部制动衬块的工作面积 18

5.5 比能量耗散率校核 18

5.6 应急制动力矩校核 19

5.7 驻车制动校核 20

5.8 驻车制动力矩的校核 20

5.9 制动部件有限元应力校核 20

5.10 制动强度与利用附着系数 21

5.11 前后制动效率 22

5.12 满载空载时的I线，β线 23

第6章.制动驱动机构的计算 25

6.1 制动驱动机构的结构型式选择 25

6.2 液压制动驱动机构的设计计算 25

6.2.1 制动轮缸直径 25

6.2.2 制动主缸直径与工作容积 25

6.2.3 制动踏板力与踏板行程 26

第7章 结论 28

致谢 30

附录A matlab程序和运行结果 31

第1章 绪论

1.1制动系的作用

汽车制动系统的作用是让车辆在行驶过程中，以一个较为合适的加速度进行减速制动从而停车；当车辆在下坡的时候，制动系统也使得汽车维持某一车速；让车辆平稳地停到坡道或地上。驾驶员驾驶汽车最重要的就是安全，安全性是驾驶汽车最重要的因素，而制动系的可靠，有效，及时便是保证行车安全性的最后一道防线，有了有效安全的制动系，才有驾驶的安全。在这个时代，高速公路发展的十分迅猛，举国上下非常多的高速公路，而且随着车辆在城市中数量越来越多并且它们对应的最高车速也越来越高，想要实现车辆行驶过程非常安全，制动刹车过程非常可靠这一目的，设计一个可靠的有效的车辆制动系统的重要性诚然不容小觑。同时为了能够让车辆的动力性能得到完美的发挥，这也需要设计一个非常有效并且灵敏的制动系统。

1.2制动系的种类

车辆的制动系统必须保证要有两套独立且互不发生干涉的有效的制动装置，第一种是行车制动装置，而第二种就是驻车制动装置，这两者必须互不干涉互不影响。

行车制动装置的功用：这种制动装置是用于让在行进过程中的车辆减速停车，同时，也使得车辆在下坡的时候维持一个较为平稳的车速，从而平稳下坡。双回路或多回路结构常在这种制动装置的驱动机构中采用，因为这种回路系统的安全性高，可靠性强。

驻车制动装置的功用：这种制动装置是用在让车辆在斜坡上稳定地停靠。驻车制动装置为了避免其产生问题和故障，故常采用机械式的驻车制动装置

应急制动装置的功用：应急制动装置首先它可以是驻车/行车制动器中的一部分或者它自己也可以由驻车/行车制动系统来完成。当行车制动装置发生意外，导致其不能制动从而制动失效时，应急制动装置可以实现车辆安全平稳地制动。并不是每辆车辆都需要应急制动装置。这是因为普通的手力驻车制动器完全可以发挥紧急制动的作用。

辅动装置的功用：利用发动机排气制动类似的辅助制动装置，可以使得车辆在下坡时，维持一个较为稳定的车速，从而使得下车时行车安全，这就可以让行车制动系统不用承担全部的制动任务，从而降低行车制动系统的负担。

1.3制动系的组成

制动器和制动驱动机构两部分组成了制动系统(如图1-1所示)，从结构上讲，制动系统还可以分为供能机构、执行机构、油路。而在这之中，制动器有盘式制动器，盘式制动器由于有良好的散热性，结构简单等优点，在现代汽车的生产中大量应用，制动器还有鼓式制动器，一般由于其制动效能高用于大型的货车，也用于驻车制动器。

图1-1 制动系统示意图

1.4制动系的要求

车辆制动系统应该满足这些要求。

(1)车辆制动系统的各类评价指标必须符合相关的国家法规/标准的要求。为了让车辆安全性得到保障，国家必须制动相关的法规/标准来让车辆的制动系统满足标准来保障安全。同时，在特定的地区和地方，车辆制动系统的各种性能指标同时因为各地区域差异性不同，地形地貌不同，人口密度不同，故所以车辆需要满足地方区域的法规法律标准，以达到安全制动的目的。

(2)所设计的车辆制动系的制动效能要足够大，车辆的制动效能分为两种：行车制动效能，即车辆行驶时制动器的制动效能；还有驻车制动效能，即车辆停车驻车时的制动效能。这两种制动效能要足够充分才能保证车辆制动系的可靠和安全。第一种行车制动效能，它是由这个因素来衡量的：即驾驶员把踏板踩到底时，车辆所获得的最大的制动加速度，因为最大的制动加速度决定了一辆车的制动时间；而制动距离驻坡效能则是车辆静止时所能平稳的停靠的最大坡度来决定的，这个最大坡度反映了车辆在坡上驻车的能力，也就是所谓的驻车制动效能，而根据相关经验和法规，一般这个坡度应大于25％才能够达到安全的驻车制动。

(3)所设计的制动系统需要有一个较好的水稳定性。这就需要所设计的制动器抵抗水衰退的能力强。所谓的水衰退现象，就是制动器的摩擦表面（即制动衬块与制动盘的两个表面）浸水后，使制动器的摩擦副的制动效能迅速减小，这就是我们在制动系设计中会出现的水衰退现象。根据相关国家法规规定，一般规定在进入制动器的水被排出/甩出后反复踩制动踏板来制动5～15次，所设计的制动器应恢复其正常制动时的制动效能，否则制动器的水稳定性不合格。一般来说，良好的摩擦材料（非石棉类）的吸水率低，也就是说摩擦副的材料基本不会吸入太多的水，故所以这种较好的摩擦材料的摩擦性能会恢复迅速，另外所设计制动系也应该具有较强的抵抗污物进入内部的能力。故应防止石头、泥土、沙尘等进入制动器摩擦副（制动盘与制动衬块）的表面，否则会加剧制动器摩擦副表面的磨损，从而降低它的制动效率，某些越野汽车采用封闭制动器的措施，这么做是为了具有一个较好的抵抗石头、泥土、沙尘进入摩擦副表面的能力。^[16]

(4)汽车在制动时操纵稳定性好。汽车在制动的时候，有时会发生制动跑偏和制动侧滑的现象（当然也有驾驶员利用这一特点进行漂移），但是大部分制动跑偏和制动侧滑都是对于行驶安全不利的。汽车以任何的车速制动，汽车均不发生跑偏和侧滑，不失去方向稳定性和操纵性，这也就是所谓汽车的操作稳定性。对于这一要求，前后制动器的制动力矩的分配具有相当大的影响。为了达到这个目标，需要适当的调整油路的油压来调整前后制动器的制动力矩的分配，一般来说制动力矩的分配都是固定的，但是最理想的情况是随着载荷的增加调整制动力矩的分配；同一车轴上，制动力矩在一轴上左、右车轮的制动器上应该相同，如若不然会由于对中力矩不同发生制动跑偏和侧滑，否则将会失去操纵稳定性。