小型客車制動(dòng)力分配比分析與優(yōu)化畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目： 小型客車制動(dòng)力分配比分析與優(yōu)化 </p><p>　　專業(yè)代碼： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（080301）</p><p>　　作者姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　單 位： 汽車與交通工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012 年5 月20日</p><p><b>　　摘 要</b></p><

3、p>　　汽車的制動(dòng)性直接關(guān)系到交通安全。因此，改善汽車的制動(dòng)性，成為了汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。由于我國車輛種類繁多，為使本篇論文更有針對(duì)性，能夠從一定程度上解決實(shí)際問題，所以只研究討論了應(yīng)用較為廣泛的小型客車。</p><p>　　本文對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的、系統(tǒng)的理論分析，在深入研究制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及有關(guān)制動(dòng)法規(guī)的基礎(chǔ)上，在MATLAB環(huán)境下繪制了制動(dòng)力分配曲線，通過對(duì)

4、該曲線進(jìn)一步研究分析，從而優(yōu)化變量、設(shè)計(jì)確定目標(biāo)函數(shù)、計(jì)算約束條件。</p><p>　　最后，本文結(jié)合小型客車實(shí)例對(duì)汽車制動(dòng)力分配進(jìn)行優(yōu)化與制動(dòng)性能計(jì)算，并最終得出結(jié)論。</p><p>　　關(guān)鍵詞：小型客車，制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)力分配曲線</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The c

5、ar'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 Chi

6、na'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.</p><p>　　Automotive Brake Systems to conduct a

7、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 i

8、n the MATLAB environment , further research and analysis of the curve, in order to optimize the variable, the design objective function to calculate the constraints.</p><p>　　Finally, this paper minibuses in

9、stance to optimize the braking force distribution and brake performance computing, and finally concluded.</p><p>　　Keywords: minivans, braking systems, brake-force distribution curve</p><p><

10、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1國內(nèi)小型客車制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2本篇論文的主要內(nèi)容以及需要解決的主要問題2</p><p>　　2 制動(dòng)力的理論分析3</p><p>　　

11、2.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　2.2 制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)5</p><p>　　2.3 制動(dòng)力的合理分配6</p><p>　　2.4 制動(dòng)力分配系數(shù)的確定8</p><p>　　3 MATLAB環(huán)境下的制動(dòng)力分配曲線及優(yōu)化11</p><p>　　3.1理想狀態(tài)下的制動(dòng)力分配曲線11&l

12、t;/p><p>　　3.2 制動(dòng)力分配優(yōu)化12</p><p>　　3.3 實(shí)例分析14</p><p><b>　　4 總 結(jié)16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　附 錄18</b><

13、;/p><p><b>　　致 謝19</b></p><p>　　小型客車制動(dòng)力分配比分析與優(yōu)化</p><p><b>　　1 緒 論 </b></p><p>　　1.1國內(nèi)小型客車制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 道路條件得到不斷改善,

14、高速公路與日俱增, 汽車速度得到普遍提高, 與此同時(shí)，貨車和客車向大型化發(fā)展, 其最大質(zhì)量也有不同程度的增加。但汽車作為交通運(yùn)輸工具，應(yīng)在保證安全行駛的前提下，提高平均行駛車速，以提高運(yùn)輸生產(chǎn)率[1]。同時(shí)在需要時(shí)，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)車輛的減速或停車，以及能夠使停駛的車輛可靠地停住在原地不動(dòng)。近年來由于汽車保有量的迅速增長( 超過4000 萬輛), 交通事故頻繁發(fā)生，汽車的安全性能受到普遍重視。汽車的制動(dòng)性直接關(guān)系到交通安全，重大交通事故往往與制

15、動(dòng)距離太長，緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑情況有關(guān)。因此，改善汽車的制動(dòng)性，成為了汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。</p><p>　　制動(dòng)系的功用是根據(jù)需要使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動(dòng)。我國車輛種類繁多，為使本篇論文更有針對(duì)性，能夠從一定程度上解決實(shí)際問題，所以只研究討論了應(yīng)用較為廣泛的小型客車。因?yàn)樾⌒涂蛙噷?duì)主動(dòng)安全性的要求要遠(yuǎn)甚于普通車輛 ,它關(guān)系到全體乘客十

16、幾位的生命安全。即小型客車的制動(dòng)系統(tǒng)在小型客車的安全體系中占到了極其重要的位置，在小型客車交通事故中,制動(dòng)性因素對(duì)乘員受傷嚴(yán)重程度也起著至關(guān)重要的作用。</p><p>　　當(dāng)今交通狀況對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)提出了更加苛刻的要求，促使它做出相應(yīng)改進(jìn)。眾多的汽車工程師在改進(jìn)汽車制動(dòng)性能的研究中傾注了大量的心血。為了吸收高速制動(dòng)時(shí)的汽車動(dòng)能，出現(xiàn)了以熱效能較穩(wěn)定的鉗盤式制動(dòng)器取代傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器的趨勢；為了產(chǎn)生足夠的地面制動(dòng)力并

17、減輕操作強(qiáng)度，逐步淘汰了人力制動(dòng)，代之以伺服制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)；為了進(jìn)一步提高制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，在行車和駐車制動(dòng)系之外增設(shè)了應(yīng)急制動(dòng)系；為了提高制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，出現(xiàn)了限壓閥、比例閥、感載閥、慣性閥等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，以使實(shí)際制動(dòng)力分配特性盡可能接近理想特性；隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動(dòng)防抱死系A(chǔ)BS(Antilock Braking System)的發(fā)展成為可能，ABS能有效地防止制動(dòng)時(shí)車輪抱死，從而提高制動(dòng)方向穩(wěn)定性并縮短制動(dòng)距離[

18、2]。</p><p>　　國內(nèi)的小型客車產(chǎn)品在制動(dòng)系統(tǒng)方面還不能完全滿足不同路面條件，不同載荷條件下也不能完全滿足國際制動(dòng)安全法規(guī)。在此狀況下，為了更好地提高小型客車的制動(dòng)性能，并在技術(shù)要求、試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法等方面能盡快地與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌，本文將重點(diǎn)按照 ECE/EEC制動(dòng)法規(guī)中對(duì)客車制動(dòng)性能的要求，結(jié)合我國客車制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)合某裝有恒定制動(dòng)力分配比的制動(dòng)系統(tǒng)的國產(chǎn)小型客車, 對(duì)其制動(dòng)力分配

19、比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有的小型客車的實(shí)例數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立制動(dòng)力分析系統(tǒng)模型，并對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算，研究分析小型客車在空載和滿載兩種極限狀況下的制動(dòng)力分配狀況，再根據(jù)汽車?yán)碚撽P(guān)于制動(dòng)力穩(wěn)定性的描述，推斷出車輛在絕大多數(shù)路面上的行駛，無論是何種裝載工況的制動(dòng)力分配情況，從而進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化計(jì)算。并提出一些較好的建議，使小型客車制動(dòng)力分配在適用范圍內(nèi)達(dá)到最優(yōu)化，使制動(dòng)性能滿足先進(jìn)國家的法規(guī)要求。 </p><p>　　1

20、.2本篇論文的主要內(nèi)容以及需要解決的主要問題</p><p>　　參照制動(dòng)系統(tǒng)的研究以及我所掌握的一些汽車?yán)碚撝R(shí)，本文的主要內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分：</p><p>　　對(duì)汽車對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)做出具體的明確。建立靜特性函數(shù)，包括制動(dòng)力分配比初值的計(jì)算、直線制動(dòng)時(shí)的最佳制動(dòng)力分配和利用附著系數(shù)和附著效率的計(jì)算等。</p><p>　　對(duì)汽

21、車制動(dòng)系統(tǒng)和有關(guān)制動(dòng)法規(guī)進(jìn)行深入研究，在此基礎(chǔ)上，建立制動(dòng)力分配設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。從而實(shí)現(xiàn)汽車前、后軸制動(dòng)力的優(yōu)化分配，使汽車軸間制動(dòng)力分配滿足我國的制動(dòng)法規(guī)GB12676--1999(車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法)的要求，提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性。</p><p>　　通過對(duì)制動(dòng)過程的研究、建立汽車制動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和小型客車軸間制動(dòng)力分配曲線；從而進(jìn)行優(yōu)化變量、設(shè)計(jì)確定目標(biāo)函數(shù)、計(jì)算約束條件。</p>

22、<p>　　結(jié)合小型客車實(shí)例對(duì)汽車制動(dòng)力分配進(jìn)行優(yōu)化與制動(dòng)性能計(jì)算，并最終得出結(jié)論。</p><p>　　2 制動(dòng)力的理論分析</p><p>　　2.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　小型客車的制動(dòng)系統(tǒng)與其它汽車一樣，盡管具體設(shè)計(jì)各不相同，但所有制動(dòng)系統(tǒng)都可以分成以下幾個(gè)子系統(tǒng)：制動(dòng)能源；制動(dòng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)；制動(dòng)力傳輸系統(tǒng)；</p>

23、<p>　　制動(dòng)器。由于制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能直接關(guān)系到車輛、人員的安全，因此被認(rèn)為是汽車的重要安全件，受到普遍重視。在國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn) GB 1 2676一 1999《汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》以及 GB7258一2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能都作出了嚴(yán)格的規(guī)定[3]。下面列出對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求: </p><p>　　一、設(shè)計(jì)目標(biāo)行車制動(dòng)能力 </p>

24、<p>　　制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求： </p><p>　　1）能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。各項(xiàng)性能指標(biāo)除應(yīng)滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)制定的有關(guān)要求外，也應(yīng)考慮銷售對(duì)象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。 </p><p>　　2）具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車制動(dòng)效能和駐坡制動(dòng)效能。 </p><p>　　3）工作可靠。汽車至少應(yīng)有行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)

25、兩套制動(dòng)裝置，且它們的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。</p><p>　　4）制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。</p><p>　　5）制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好。制動(dòng)器摩擦表面浸水后，會(huì)因水的潤滑作用使摩擦系數(shù)急劇減小而發(fā)生所謂的“水衰退”現(xiàn)象。 </p><p>　　6）制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動(dòng)，汽車都不應(yīng)當(dāng)失去操縱性和方向穩(wěn)定性。 </p><

26、p>　　7）制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程符合人機(jī)工程學(xué)要求，即操作方便性好，操縱輕便，舒適，能減少疲勞。</p><p>　　8）作用滯后的時(shí)間要盡可能地短，包括從制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到給定制動(dòng)效能水平所需的時(shí)間(制動(dòng)滯后時(shí)間)和從放開踏板至完全解除制動(dòng)的時(shí)間。 </p><p>　　9）制動(dòng)時(shí)制動(dòng)系噪聲盡可能小，且無異常聲響。 </p><p>　　10）與懸

27、架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，在車輪跳動(dòng)或汽車轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng)。 </p><p>　　11）制動(dòng)系中應(yīng)有音響或光信號(hào)等警報(bào)裝置以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)件的故障和功能失效；制動(dòng)系中也應(yīng)有必要的安全裝置。 </p><p>　　12）能全天候使用，氣溫高時(shí)液壓制動(dòng)管路不應(yīng)有氣阻現(xiàn)象；氣溫低時(shí)氣制動(dòng)管路不應(yīng)出現(xiàn)結(jié)冰。 </p><p>　　13）制動(dòng)系的機(jī)件應(yīng)使用壽

28、命長、制造成本低；對(duì)摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求，應(yīng)力求減小制動(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維。</p><p>　　二、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序 </p><p>　　1、設(shè)計(jì)的前提條件 </p><p><b>　　（1）汽車的參數(shù) </b></p><p>　　汽車的滿載質(zhì)量、自重以及滿載和空載時(shí)的前、后軸負(fù)荷及

29、重心高度，還有軸距和輪胎尺寸。 </p><p><b>　?。?）法規(guī)適合性 </b></p><p>　　決定制動(dòng)系統(tǒng)、構(gòu)造和參數(shù)的最低要求是適合指定的法規(guī)。 </p><p>　　根據(jù)上述兩項(xiàng)最基本的前提條件，再加上市場的需求、使用條件、競爭性及本公司現(xiàn)生產(chǎn)情況確定設(shè)計(jì)方向。 </p><p>　　2、制動(dòng)操縱方式

30、和制動(dòng)系統(tǒng)的確定 </p><p>　?。?）研究、確定制動(dòng)控制采用氣壓方式還是液壓（真空助力、真空增壓或油氣混合）方式。</p><p>　?。?）研究、確定制動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成。</p><p>　?、傩熊囍苿?dòng)系統(tǒng)所采用雙回路或多回路，應(yīng)由那些部件構(gòu)成，這些部件是現(xiàn)有的還是需要選購或新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)示意圖。 </p><p>　　②駐車制動(dòng)

31、采用中央制動(dòng)器還是作用后輪（機(jī)械操縱還是彈簧制動(dòng)缸）。 </p><p>　　③應(yīng)急制動(dòng)的操縱是與行車制動(dòng)或駐車制動(dòng)結(jié)合，還是獨(dú)立操縱。 </p><p>　?、苁欠裥枰休o助制動(dòng)，采用排氣制動(dòng)、液力緩速器或電渦流緩速器。</p><p>　?。?）汽車必需制動(dòng)力及其前后分配的確定。</p><p>　　前提條件一經(jīng)確定，與前項(xiàng)的系統(tǒng)的研究、

32、確定的同時(shí)，研究汽車必需的制動(dòng)力并把它們適當(dāng)?shù)胤峙涞角昂筝S上，確定每個(gè)車輪制動(dòng)器必需的制動(dòng)力。此外，還應(yīng)研究、確定汽車必需的駐車制動(dòng)力和應(yīng)急制動(dòng)力[4]。 </p><p>　　（4）確定制動(dòng)器制動(dòng)力、摩擦片壽命及構(gòu)造、參數(shù)。 </p><p>　　制動(dòng)器必需制動(dòng)力求出后，考慮摩擦片壽命和由輪胎尺寸等所限制的空間，選定制動(dòng)器的型式、構(gòu)造和參數(shù)，繪制布置圖，進(jìn)行制動(dòng)力制動(dòng)力矩計(jì)算、摩擦磨損計(jì)

33、算。 </p><p>　　（5）制動(dòng)器零件設(shè)計(jì)。 </p><p>　　零件設(shè)計(jì)、材料、強(qiáng)度、耐久性及裝配性等的研究確定，進(jìn)行工作圖設(shè)計(jì)。 </p><p>　　（6）制動(dòng)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　制動(dòng)系操縱部件（閥類、加力器、制動(dòng)氣室等）的研究、選定或設(shè)計(jì)，操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；注意性能（操縱力和行程、制動(dòng)系統(tǒng)靜特性和動(dòng)特性）、強(qiáng)度、

34、耐久性及車輛裝配性等。 </p><p><b>　　（7）管路設(shè)計(jì)。 </b></p><p><b>　　管路布置、設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　2.2 制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) </p><p>　　制動(dòng)效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動(dòng)性能最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。它是由制動(dòng)力、制動(dòng)減

35、速度、制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間來評(píng)價(jià)的[5]。 </p><p>　　汽車在制動(dòng)過程中人為地使汽車受到一個(gè)與其行駛方向相反的外力，汽車在受一外力作用下迅速地降低車速至停車，這個(gè)外力稱為汽車的制動(dòng)力。制動(dòng)器制動(dòng)力是評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)性能的最本指標(biāo)之一。通過對(duì)制動(dòng)力的檢測，不僅可以測得各車輪的制動(dòng)力的大小，還可了解汽車前后軸制動(dòng)力合理分配，以及各軸兩側(cè)輪制動(dòng)力平衡狀況。若同時(shí)測得制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間便能全面的檢驗(yàn)車輛的制動(dòng)性能。 <

36、;/p><p>　　制動(dòng)距離與行車安全有直接關(guān)系，而且最直觀。駕駛員可按預(yù)計(jì)停車地點(diǎn)的來控制制動(dòng)強(qiáng)度，故政府職能部門通常按制動(dòng)距離的要制定安全法規(guī)。各國對(duì)制動(dòng)距離的定義不一致，在我國安全法中，是指在指定的道路條件下，機(jī)動(dòng)車在規(guī)定的初速度下急踩制動(dòng)時(shí)，從腳接觸制動(dòng)踏板（或手觸動(dòng)制動(dòng)手柄）時(shí)起至車輛停止車輛駛過的距離（見GB7258-2003, 6.14.1.1）。 </p><p>　　制動(dòng)減速

37、度與地面制動(dòng)力及車輛總質(zhì)量有關(guān)。對(duì)某一具體車輛而言，制動(dòng)減速度與地面制動(dòng)力是等效的。因此也常用制動(dòng)減速度作為評(píng)價(jià)制動(dòng)效能的指標(biāo)。制動(dòng)減速度在一次制動(dòng)過程中是變化的[6]。當(dāng)車輛制動(dòng)到全部車輪抱死滑移時(shí)，回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)等于1，而此時(shí)可得最大減速度。通常，車輛檢測時(shí)用平均減速度或最大減速度作為制動(dòng)效能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在我國的安全法中則采取充分發(fā)出的平均減速度MFDD（Mean Fully Development Deceleration）。&

38、lt;/p><p>　　制動(dòng)過程所經(jīng)歷的時(shí)間即制動(dòng)時(shí)間，很少作為單純的評(píng)價(jià)指標(biāo)。但是作為分析制動(dòng)過程和評(píng)價(jià)制動(dòng)效能又是不可缺少的參數(shù)。如對(duì)于同一型號(hào)的兩輛汽車產(chǎn)生同樣的制動(dòng)力所經(jīng)歷的時(shí)間不同，在兩輛汽車的制動(dòng)距離就可能相差很大，對(duì)行駛安全將產(chǎn)生不同效果[7]。因此通常把制動(dòng)時(shí)間作為一輔助的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 </p><p>　　汽車制動(dòng)抗熱衰退性能是指汽車高速制動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)重復(fù)制動(dòng)或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)

39、制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性。因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)質(zhì)是把汽車的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)化為熱能。制動(dòng)過程中制動(dòng)器溫度不斷升高，制動(dòng)器摩擦系數(shù)下降制動(dòng)器摩擦阻力矩減小，從而使制動(dòng)能力降低，這種現(xiàn)象稱熱衰退現(xiàn)象。</p><p>　　制動(dòng)穩(wěn)定性是指制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。通過制動(dòng)時(shí)汽車按給定軌跡行駛的能力來評(píng)價(jià)，即汽車制動(dòng)時(shí)維持直線行駛或預(yù)定彎道行駛的能力。制動(dòng)穩(wěn)定性良好的汽車，在試驗(yàn)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生不可控制的效能使汽車偏離一定的試驗(yàn)通道[8

40、]。</p><p>　　汽車在制動(dòng)過程中，當(dāng)車輪未抱死制動(dòng)時(shí)，車輛具有承受一定側(cè)向力的能力。汽車在一般橫向干擾力的作用下不會(huì)發(fā)生制動(dòng)側(cè)滑現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死制動(dòng)時(shí)，車輪承受側(cè)向力的能力幾乎全部喪失，汽車在橫向干擾力作用下極易發(fā)生側(cè)滑。</p><p>　　上述幾方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)時(shí)制動(dòng)性能的好壞，然而一旦需要解除制動(dòng)力時(shí)制動(dòng)裝置能否迅速、徹底、解除往往也會(huì)影響行車安全嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造

41、成交通事故。例如當(dāng)車輪抱死制動(dòng)而汽車又失去控制時(shí)，駕駛員通過放松制動(dòng)踏板不能迅速解除制動(dòng)，此時(shí)汽車將可能喪失制動(dòng)穩(wěn)定性[9]。</p><p>　　2.3 制動(dòng)力的合理分配 </p><p><b>　　設(shè)定：</b></p><p>　　--制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反； </p><p>　　

42、--路面作用于車輪上的制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反； </p><p><b>　　--車輪有效半徑。</b></p><p>　　令并稱之為制動(dòng)周緣力；</p><p>　　――車輪與路面間的附著力； </p><p>　　――車輪與路面間的附著系數(shù)； </p><p>　　――路面對(duì)車輪

43、的法向反力； </p><p>　　欲使汽車在制動(dòng)時(shí)的總制動(dòng)力和減速度達(dá)到最大值，應(yīng)使前后輪有可能被動(dòng)到同步抱死滑移，即前后軸的制動(dòng)周緣力和（而前后軸的制動(dòng)力、）能在同一瞬間達(dá)到各自軸的附著力和 的數(shù)值，其中 、分別為制動(dòng)時(shí)前后軸載荷，為附著系數(shù)。根據(jù)制動(dòng)時(shí)整車受力分析考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得前、后軸附著力與制動(dòng)減速度的函數(shù)關(guān)系為 </p><p><b>　　(2-1)&

44、lt;/b></p><p><b>　　式中: </b></p><p><b>　　--汽車總重量； </b></p><p><b>　　--軸距； </b></p><p>　　、--汽車重心至前、后軸的縱向距離 </p><p>　　--

45、汽車重心高度； </p><p><b>　　—重力加速度。 </b></p><p><b>　　汽車總制動(dòng)力:</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中 為制動(dòng)強(qiáng)度。 </p><p>　　于是方程組 (2-1

46、)可寫成:</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　在前后軸附著力同時(shí)被充分利用，即全部車輪都抱死滑移的制動(dòng)工況下，式 (2-2)變?yōu)?</p><p><b>　　而。</b></p><p>　　以此代入式 (2-3)，便可得到前后輪同步抱死的制動(dòng)工況下的各軸理想制動(dòng)

47、力（理想制動(dòng)周緣力）：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　汽車制動(dòng)時(shí)，如果前、后車輪能同時(shí)接近抱死狀態(tài)，對(duì)附著條件的利用、制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性均較有利。在任何附著系數(shù)的路面上，能使前、后車輪能同時(shí)抱死的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力，的關(guān)系曲線，稱之為理想的前、后輪制動(dòng)力分配曲線(I曲線)，如圖 2.1所示。 </p>

48、<p>　　2.4 制動(dòng)力分配系數(shù)的確定</p><p>　　前軸制動(dòng)周緣力與總制動(dòng)周緣力之比稱為制動(dòng)周緣力分配系數(shù)，以符號(hào)表示。在附著條件所限定的范圍內(nèi)，制動(dòng)力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動(dòng)周緣力，故通稱為制動(dòng)力分配系數(shù)[10]。按照理想的制動(dòng)力分配特性的要求，系數(shù)應(yīng)當(dāng)是可變的，并且是附著系數(shù)或制動(dòng)強(qiáng)度Z以及汽車實(shí)際總重、汽車重心位置參數(shù)的函數(shù)。 </p><p>　　目前，客車產(chǎn)品的

49、制動(dòng)力分配系數(shù)仍然是設(shè)計(jì)成恒定的，即=常數(shù)。因而其實(shí)際制動(dòng)力分配是線性的。這種特性線就是我們常說的線。值恒定的制動(dòng)系是不可能在所有的附著條件和汽車實(shí)際裝載情況下都使汽車實(shí)現(xiàn)理想制動(dòng)的[11]?？偸怯幸惠S車輪較早抱死滑移。倘若不至于因一軸車輪抱死而影響汽車的穩(wěn)定性，則還是有可能最終達(dá)到全輪抱死而得到最大可能的減速度，但所需踏板力或總制動(dòng)力矩卻較具有理想制動(dòng)力分配特性的制動(dòng)系的更大，即。 </p><p>　　適當(dāng)選

50、擇同步附著系數(shù)仍是采用恒定值汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的首要問題。確定同步附著系數(shù)數(shù)的原則，主要是力求在汽車常遇的附著系數(shù)范圍的制動(dòng)強(qiáng)度 Z和附著系數(shù)利用率盡可能高[12]。一般同步附著系數(shù)的選取范圍值：0.45—0.7，比較適宜。而在汽車總重量和重心位置既定的條件下，值與值是相互決定的。若相關(guān)參數(shù)選擇得當(dāng)，恒定制動(dòng)力分配系數(shù)的車輛還是可以滿足制動(dòng)法規(guī)的要求的。 </p><p>　　根據(jù)所選定的同步附著系數(shù)，可由方程組（

51、2-4）求得：</p><p><b>　　并由此可得：</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，、，</b></p><p><

52、;b>　　故；；。</b></p><p>　　當(dāng) 時(shí)，可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，即 。由式（2-2）、（2-3）和（2-5）得 </p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，可

53、能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即 。由式(2-2）、(2-3)和(2-6)得 </p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　3 MATLAB環(huán)境下的制動(dòng)力分配曲線及優(yōu)化</p><p>　　3.1理想狀態(tài)

54、下的制動(dòng)力分配曲線</p><p>　　表3.1 為某一小客車的質(zhì)量參數(shù)</p><p>　　明確上述整車質(zhì)量參數(shù)，推導(dǎo)出質(zhì)心到前后軸的距離后，在MATLAB環(huán)境下將整車參數(shù)輸入的語句如下：</p><p>　　ma_k=1005; %空載汽車總質(zhì)量(kg)</p><p>　　ma

55、_m=1550; %滿載汽車總質(zhì)量(kg)</p><p>　　g=9.80665; %重力加速度(m/s^2)</p><p>　　hg_k=0.64; %空載質(zhì)心高度(m)</p>

56、<p>　　hg_m=0.69; %滿載質(zhì)心高度(m)</p><p>　　L=2.50; %軸距(m)</p><p>　　load_f_k=482; %空載前軸

57、載荷(kg)</p><p>　　load_f_m=620; %滿載前軸載荷(kg)</p><p>　　b_k=load_f_k*L/ma_k; %空載質(zhì)心到后軸的距離(m)</p><p>　　b_m=load_f_m*L/ma_m; %滿載質(zhì)

58、心到后軸的距離(m)</p><p>　　a_k=L-b_k; %空載質(zhì)心到前軸的距離(m)</p><p>　　a_m=L-b_m; %滿載質(zhì)心到前軸的距離(m)</p><p>　　G_k=ma_k*g;

59、 %空載重力(N)</p><p>　　G_m=ma_m*g; %滿載重力(N)</p><p>　　前后軸制動(dòng)力分配的比例將影響到汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件的利用程度，是設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)系必須妥善處理的問題。為了保證制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，防止后輪抱死，實(shí)際制動(dòng)分配曲線（線）應(yīng)位于理想制動(dòng)力分配曲線（曲線）的下方，

60、而為了提高制動(dòng)效率，線應(yīng)盡可能靠近曲線[13]。</p><p>　　由前幾節(jié)可得，理想制動(dòng)力分配曲線方程為：</p><p><b>　?。?-1)</b></p><p>　　輸入如下語句及即可得空、滿載理想制動(dòng)力分配曲線數(shù)組：</p><p>　　Fu1=[0:G_m]； %前制動(dòng)器制動(dòng)力</p&

61、gt;<p>　　Fu2_k=0.5*[G_k/hg_k*(b.^2+4*hg_k*L*Fu1).^0.5-(G*b_k/hg_k+2*Fu1)]; %空載I曲線</p><p>　　Fu2_m=0.5*[G_m/hg_m*(b.^2+4*hg_m*L*Fu1).^0.5-(G*b_m/hg_m+2*Fu1)]; %滿載I曲線</p><p>　　在MATLAB環(huán)境下

62、，運(yùn)用plot語句可以得到汽車空載和滿載時(shí)理想制動(dòng)力分配曲線I曲線，如圖3.1所示。</p><p>　　圖 3.1 小客車制動(dòng)時(shí)的理想制動(dòng)力分配曲線</p><p>　　線與I曲線的交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)，從圖3.1分析可知，汽車滿載時(shí)的同步附著系數(shù)大于汽車空載時(shí)的同步附著系數(shù)，根據(jù)汽車?yán)碚撝R(shí)可知，當(dāng)線位于曲線的下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，當(dāng)線位于曲線的上方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱

63、死。在一定附著系數(shù)路面行駛時(shí)，對(duì)于滿載的汽車，總是容易出現(xiàn)(即線位于曲線的下方)此時(shí)汽車容易出現(xiàn)前軸抱死，汽車將失去轉(zhuǎn)向能力[14]。對(duì)于空載的汽車，總是容易出現(xiàn)(即線位于I曲線的上方)此時(shí)汽車容易出現(xiàn)后軸抱死，汽車易發(fā)生后軸側(cè)滑，是不穩(wěn)定工況[15]。</p><p>　　3.2 制動(dòng)力分配優(yōu)化</p><p>　　為了保障汽車制動(dòng)的方向穩(wěn)定性，應(yīng)該使實(shí)際的制動(dòng)力分配曲線位于理想分配曲線

64、的下方，防止后輪抱死，同時(shí)為了提高制動(dòng)效率，曲線應(yīng)該盡可能的靠近曲線。在這個(gè)理論基礎(chǔ)上應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)實(shí)際汽車制動(dòng)力的分配曲線進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳制動(dòng)力分配曲線，從而提高汽車制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性和地面附著條件利用程度。</p><p>　　根據(jù)圖3.1可知，只需改變?cè)嫉闹苿?dòng)力分配系數(shù)值就可以得到不同的制動(dòng)力分配線線，從而可以得到最佳的制動(dòng)力分配線。考慮到汽車實(shí)際制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力的分配受到制動(dòng)強(qiáng)度，路面附著條件和制動(dòng)

65、效率的影響，從而可知對(duì)制動(dòng)力分配系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化建立的目標(biāo)函數(shù)是非線性約束。所以取為制動(dòng)力分配優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。</p><p>　　考慮到汽車實(shí)際制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力的分配受到制動(dòng)強(qiáng)度，路面附著條件和制動(dòng)效率的影響，根據(jù)ECE制動(dòng)法規(guī)對(duì)汽車制動(dòng)力的分配進(jìn)行約束：</p><p>　　對(duì)于之間的各種車輛，要求制動(dòng)強(qiáng)度，前軸利用附著系數(shù)曲線應(yīng)在后軸利用附著系數(shù)曲線之上。</p><p&g

66、t;　　根據(jù)汽車?yán)碚撝R(shí)可得汽車前后軸利用附著系數(shù)的關(guān)系式：</p><p><b>　　（3-2)</b></p><p><b>　?。?-3)</b></p><p>　　根據(jù)ECE制動(dòng)法規(guī)對(duì)汽車制動(dòng)力分配的要求，可得下列不等式：</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，</b>

67、;</p><p><b>　?。?-4)</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，</b></p><p><b>　　（3-5)</b></p><p><b>　?。?-6)</b></p><p>　　由（3-4)、（3-

68、5)、（3-6)可以得到下列不同的不等式數(shù)組，</p><p><b>　?。?-7)</b></p><p><b>　?。?-8)</b></p><p><b>　　3.3 實(shí)例分析</b></p><p>　　如下表所示為某一小客車的質(zhì)量參數(shù)，根據(jù)質(zhì)量參數(shù)可以推導(dǎo)出質(zhì)心

69、到前后軸的距離。</p><p>　　當(dāng)時(shí)，代入（3-7)、（3-8)中得到</p><p><b>　?。?-9)</b></p><p><b>　?。?-10)</b></p><p>　　當(dāng)汽車空載時(shí)把相關(guān)數(shù)據(jù)代入（3-9)、（3-10)中可得：</p><p>&l

70、t;b>　?。?-11)</b></p><p>　　當(dāng)汽車滿載時(shí)把相關(guān)數(shù)據(jù)代入（3-9)、（3-10)中可得：</p><p><b>　?。?-12)</b></p><p>　　對(duì)于實(shí)例，根據(jù)求出的制動(dòng)力分配系數(shù)的范圍，在此范圍內(nèi)任取一數(shù)值，當(dāng)時(shí)，在MATLAB下輸入相應(yīng)的程序可得到如下圖所得的優(yōu)化后的制動(dòng)力分配曲線。&

71、lt;/p><p>　　圖3.2 優(yōu)化后小客車的制動(dòng)力分配曲線</p><p>　　根據(jù)實(shí)例的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可以得到小客車空載時(shí)滿足制動(dòng)力分配法規(guī)的制動(dòng)力系數(shù)值的取值范圍為，汽車滿載時(shí)滿足制動(dòng)力分配法規(guī)的制動(dòng)力分配系數(shù)值的取值范圍為，考慮到汽車空載滿載時(shí)都要滿足制動(dòng)力分配法規(guī)的要求，所以制動(dòng)力分配系數(shù)值的取值范圍為，在此區(qū)間范圍取值可以得到比較好的制動(dòng)力分配曲線。在通過理想制動(dòng)力分配曲線如

72、圖3.1所示與優(yōu)化得到的制動(dòng)力分配曲線如圖3.2所示，可以很明顯的看出圖3.2中的線更加靠近理想制動(dòng)力曲線，且仍舊位于曲線的下方。</p><p>　　線與曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)即為同步附著系數(shù)，設(shè)圖3.1中的空載時(shí)同步附著系數(shù)為，滿載時(shí)的同步附著系數(shù)為，圖3.2中空載時(shí)同步附著系數(shù)為，滿載時(shí)的同步附著系數(shù)為，通過兩個(gè)圖形比較可以很容易得到，，即不論是空載還是滿載時(shí)，優(yōu)化前的同步附著系數(shù)總是大于優(yōu)化后的同步附著系數(shù)

73、，優(yōu)化后減少汽車制動(dòng)時(shí)前輪抱死而失去轉(zhuǎn)向能力的機(jī)會(huì)，提高附著效率，且優(yōu)化后線仍位于曲線的下方，防止了后輪抱死發(fā)生危險(xiǎn)的側(cè)滑。</p><p><b>　　4 總 結(jié)</b></p><p>　　制動(dòng)系統(tǒng)是小型客車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響客車的安全性能。本文提出的制動(dòng)性優(yōu)化模型以制動(dòng)性能滿足制動(dòng)法規(guī)為前提,對(duì)客車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，詳述了制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

74、和工作原理，并建立了相應(yīng)的靜特性函數(shù)；在此基礎(chǔ)上又利用MATLAB軟件建立了軸間制動(dòng)力分配優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，通過引入實(shí)例的計(jì)算，得出以下結(jié)論：</p><p>　　1、目前，小型客車產(chǎn)品的制動(dòng)力分配系數(shù)仍然是設(shè)計(jì)成恒定的，即＝常數(shù)。在客車總重和重心位置既定的條件下，同步附著系數(shù)與制動(dòng)力分配系數(shù)是相互決定的。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)固定比值制動(dòng)力分配系數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，車輛可以滿足 ECE制動(dòng)法規(guī)的要求。 </p>

75、<p>　　2、通過實(shí)車實(shí)例的計(jì)算所得結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)化后實(shí)車制動(dòng)距離都在原車型基礎(chǔ)上有所縮短，都符合ECE制動(dòng)法規(guī)要求，這對(duì)于客車制動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)具有一定的意義。</p><p>　　3、本文提出的制動(dòng)性優(yōu)化模型以制動(dòng)性能滿足制動(dòng)法規(guī)為前提，求得使?jié)M載和空載制動(dòng)效率加權(quán)均值最大制動(dòng)力分配比，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證可用于同類車型的改進(jìn)設(shè)計(jì)中。將車型的約束條件按照制動(dòng)法規(guī)對(duì)其他車型的要求改寫后，也可用

76、于相應(yīng)車型的制動(dòng)性優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 汪文國. 農(nóng)用運(yùn)輸車制動(dòng)系優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 1998, 14(1): 108-111．</p><p>　　[2] 周天佑．目前中國道路交通安全關(guān)況，2005.10.14.54-55</p><p&

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79、張蔚林, 陳名智譯．北京: 機(jī)械工業(yè)出版,1985.94-177.</p><p>　　[9] 劉惟信．汽車設(shè)計(jì)[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2001.685-690.</p><p>　　[10] 林金木, 雷桂元．同步附著系數(shù)的優(yōu)化[J]．湖南大學(xué)學(xué)報(bào), 1997,(2).59-63</p><p>　　[11] 張立軍,朱博,賈云雷．依ECE法規(guī)進(jìn)行汽車制

80、動(dòng)力分配新方法[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) 2005,24（2）：276-279.</p><p>　　[12] 柯愈治．車軸間的制動(dòng)力分配與制動(dòng)效率[J]．汽車雜志．1991(10)．4-5</p><p>　　[13] 吳利軍，馮國勝．輕型貨車制動(dòng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)．現(xiàn)代機(jī)械．2003(1)．26-27 </p><p>　

81、　[14] 李智健. 基于MATLAB的制動(dòng)系匹配設(shè)計(jì)[J]． Equipment Manufacturing Technology</p><p>　　NO.1,2008．67-68</p><p>　　[15] 李勇喆. 車輛制動(dòng)力動(dòng)態(tài)比例分配的研究[J]. 上海交通大學(xué)，2002，2．42-43</p><p><b>　　附 錄</b>

82、</p><p>　　實(shí)例小客車?yán)硐胫苿?dòng)力曲線的輸入程序：</p><p>　　ma_k=1005; %空載汽車總質(zhì)量（kg）</p><p>　　ma_m=1550; %滿載汽車總質(zhì)量 （kg）</p><p>

83、;　　g=9.80665; %重力加速度（m/s^2）</p><p>　　p=0.35; %制動(dòng)力分配系數(shù)</p><p>　　hg_k=640; %空載質(zhì)心高度

84、（mm）</p><p>　　hg_m=690; %滿載質(zhì)心高度（mm）</p><p>　　L=2500; %軸距（mm）</p><p>　　load_f_k=482;

85、 %空載前軸載荷（kg）</p><p>　　load_f_m=620; %滿載前軸載荷（kg）</p><p>　　b_k=load_f_k*L/ma_k; %空載質(zhì)心到后軸的距離（mm）</p><p>　　b_m=load

86、_f_m*L/ma_m; %滿載質(zhì)心到后軸的距離（mm）</p><p>　　a_k=L-b_k; %空載質(zhì)心到前軸的距離（mm）</p><p>　　a_m=L-b_m; %滿載質(zhì)心到前軸的距離（mm）</p><p>　　

87、G_k=ma_k*g; %空載重力（N）</p><p>　　G_m=ma_m*g; %滿載重力（N）</p><p>　　Fu1=[0:G_m];</p><p>　　Fu2_k=0.5*[G_k/hg_k*(b

88、_k.^2+4*hg_k*L*Fu1/G_k).^0.5-(G_k*b_k/hg_k+2*Fu1)];</p><p>　　Fu2_m=0.5*[G_m/hg_m*(b_m.^2+4*hg_m*L*Fu1/G_m).^0.5-(G_m*b_m/hg_m+2*Fu1)];</p><p>　　Fu2=p/(1-p)*Fu1;</p><p>　　plot(Fu2_k,

89、'r--');</p><p><b>　　hold on ;</b></p><p>　　plot(Fu1,Fu2);</p><p>　　plot(Fu2_m,'b');</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>

90、;　　xlabel('Fu1'),ylabel('Fu2');</p><p>　　title('理想制動(dòng)力分配曲線');</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，是因?yàn)榈玫搅酥笇?dǎo)老師楚曉華老師的全面、細(xì)致的指導(dǎo)。楚老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都給予