摘 要

制动系统对汽车的行驶安全起着至关重要的作用，随着汽车车速及负荷的提高，车辆对制动系统的要求也越来越高。好的制动系统不是阻碍汽车前进的部件，而是使汽车发挥更好性能的一种保障，对于巴哈赛车来说，制动系统的制动效果以及可靠性，是保证其在比赛中发挥动力性能的基础。

本文首先介绍了制动系统各部分的结构组成、工作原理以及不同种类的优缺点，选择了适合于巴哈赛车的结构形式；其次，根据赛车的工况，对制动系统的主要参数进行了计算，对一些部件进行了校核，并对制动力分配系数进行了优化；再次，对制动器和制动踏板进行了建模；从此，通过Abaqus软件，对制动盘进行了热-机耦合仿真，并对结果进行了分析；最后，对制动钳体进行了结构优化，减轻了一定的质量。

关键词：制动系统，热-机耦合分析，结构优化

Abstract

Braking system makes an important part in driving safety of automobiles. With the increase of speed and load, there is a higher requirement for the braking system. An excellent braking system is not a part that hinder the car going forward, but an insurance which helps the car make better performance. To BaJa racing car, the braking effect and reliability is the basic to perform its dynamic ability.

This article first introduces the structural composition, working principle, advantages and disadvantages of different types of braking system parts, and selects the structural form suitable for BaJa racing cars. The main parameters of the braking system were calculated, some components were checked subsequently, and the braking force distribution coefficient was optimized; then,3D models of the brake disc and braking pedals were built; Then, through the Abaqus software, thermo-mechanical coupled simulation and analysis of the results of the brake disc were done; finally, the structure of the brake caliper body was optimized to reduce certain quality.

Key words: braking system, thermo-mechanical coupled simulation, structure optimization

目 录

第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 国内外研究现状1

1.3 本文的主要内容3

第2章 制动系统结构与原理4

2.1 制动器4

2.2 制动驱动机构5

2.2.1 制动管路5

2.2.2 制动主缸6

2.3 本章小结7

第3章 制动系主要参数及选择8

3.1 巴哈赛车主要参数8

3.2 制动时整车受力分析8

3.3 赛车制动力分配系数的优化9

3.4 前、后轮制动力矩的计算12

3.5 制动器主要参数的选择和计算12

3.6 制动驱动机构的选择和计算13

3.6.1 前、后制动轮缸的设计计算13

3.6.2 制动主缸的设计计算13

3.6.3 制动踏板力及踏板行程的计算 14

3.7 制动器比能量耗散率、热容量、温升及制动距离的计算14

3.8 主要部件的建模15

3.9 本章小结16

第4章 制动盘制动过程的模拟17

4.1 摩擦生热基本理论17

4.2 热量传递基本形式17

4.3 三维瞬态微分方程18

4.4 热边界条件18

4.5 制动器有限元模型的建立19

4.5.1 软件介绍 19

4.5.2 3D模型的处理 19

4.5.3 网格划分 20

4.5.4 边界条件的建立 20

4.6 制动盘仿真结果的分析22

4.7 本章小结27

第5章 制动钳的优化28

5.1 软件介绍28

5.2 模型前处理28

5.3 拓扑优化29

5.4 本章小结31

第6章 总结与展望32

6.1 全文总结32

6.2 展望33

参考文献34

附录A 程序代码35

附录B 三维爆炸图37

致谢38

第1章 绪论

1.1引言

汽车工业发展至今，已经走过了一百三十余年的历程，在这百余年里，汽车历经了从外观、性能、用途等不同方面的发展和改变，服务于军事、工业生产、民生等诸多领域，已经成为推动经济发展的最重要的生产工具之一。

我国汽车工业诞生于建国之初，随着科技的不断进步，以及各行业对陆路交通运输工具的迫切需求，汽车工业开始逐步发展。改革开放后，我国开始大规模引进外国的技术、资金，使得我国汽车行业得到迅猛发展，促进了越来越多自主品牌的诞生，也逐渐填补了我国在汽车研发水平上的不足，并激励着自主品牌在技术上的发展和创新。随着人民生活质量的日益提高，汽车已逐渐成为人们生活中的必需品，百姓对于汽车的需求正在迅猛增长，我国也早已成为世界上最大的汽车消费国。截止2019年底，我国民用汽车保有量达到26150万辆，同比去年增长2122万辆，我国汽车数量仍在以很快的速度发展壮大。

汽车工业的蓬勃发展，推动了我国经济的增长，也明显改善了国民的交通条件。但是，也暴露出了很多行驶安全上的问题。汽车数量的剧增，各地区道路不断地扩建，以及人们在交通防范意识上的疏忽，导致交通事故频频发生。据国家统计局显示，2019年我国共发生道路交通事故26万余起，造成直接财产损失约10.1亿元。这些意外无论是对社会，还是对家庭，都是很大的伤害。因此，第一，我们要力争减少事故发生的次数。第二，我们要减轻事故发生后对当事人的伤害。于是，汽车的行驶安全性就显现得尤为重要，而制动系统作为保障驾驶安全的重要一环，自然成为了汽车设计中一个非常大的关注点。

随着技术的不断发展，汽车的速度越来越快，稳定性也越来越高，各大车厂为了展示自己的品牌技术以及在实际中检验研发水平，纷纷投资车队，举行如方程式赛、汽车拉力赛、耐久赛等国际比赛，得到世界诸多爱好者的关注，也在很大程度上促动了汽车性能的提升。为了培养汽车相关专业学生的学习兴趣，提升学生的实际操作能力，一些国家也开始举办针对大学生的赛车类赛事，这些赛事一经推出，便得到了广大学生的欢迎。大学生巴哈大赛作为其中的一项热门比赛，由中国汽车工程协会于2015年引入我国，一经举办便得到了广大学生的响应，参赛队伍数量逐年迅猛攀升。赛事要求在校学生自行组队，在一年时间内设计并制作出一辆在动力、制动及操控等方面表现优异的小型赛车，制作出来的车辆将参加相应的比赛项目，实际检验赛车的各项性能。