K01HPDPK034制动系统计算校核报告概述.docx
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K01HPDPK034制动系统计算校核报告概述
编号:
K01H-PD-PK-034
制动系统计算校核报告
项目名称:
K01H
编制:
日期:
校对:
日期:
审核:
日期:
批准:
日期:
东风小康汽车有限公司
2012年6月
1.任务来源
根据东风小康汽车有限公司要求,对K01H项目制动系统进行匹配校核计算。
2.K01H车型基本参数
表1制动系统相关参数
参数名称
数值
轴距L(mm)
2760
整车空载质量m(Kg)
1040
空载状态前轴载荷mf(Kg)
586
空载状态后轴载荷mr(Kg)
454
空载时质心高度hg(mm)
646
空载质心到前轴距离a(mm)
1204.8
空载质心到后轴距离b(mm)
1555.2
满载质量(Kg)
1655
满载前轴负载(Kg)
645
满载后轴负载(Kg)
1010
满载质心高度(mm)
791
满载质心到前轴距离a1(mm)
1684.4
满载质心到后轴距离a2(mm)
1075.6
真空助力器规格
9英寸
真空助力比
5
前轮、后轮滚动半径R轮(mm)
286
制动主缸直径Dm(mm)
22.22
制动主缸行程(mm)
29.5
制动总泵输出最大液压
11.1
前后制动器型式
前盘后鼓
盘式制动轮缸活塞直径Df/mm
51.1
前制动器有效半径re/mm
97.7
制动鼓工作直径De/mm
220
制动鼓轮缸缸径Dr/mm
22.22
前制动器效能因数Bf
0.76
后制动器效能因数Br
2.2
前后轮缸数量
2(前),2(后)
设计最大附着系数
0.7
制动踏板杠杆比
4.3
注:
以上参数由原报告输入,空载状态按GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》规定为“整备质量+110Kg”
3.制动系统原理图
制动系统的组成
1、带真空助力的制动主缸
2、前车轮
3、后车轮
4、四通
5、感载比例阀
6、制动储液罐
图1制动系统原理图
4.制动法规基本要求
(1)GB12676-1999汽车制动系统结构性能和试验方法
(2)GB7258-2004机动车运行安全技术条件
(3)GB21670-2008乘用车制动系统技术性能及试验方法
(4)乘用车制动规范对行车制动器制动时的部分要求
表2制动系统相关法规及要求
项目
中国
12676-1999
中国
GB21670-2008
中国
GB7258-2004
试验路面
干水泥路面
附着良好
Φ≥0.7
载重
满载
一个驾驶员或满载
任何载荷
制动初速度
80km/h
100km/h
50km/h
制动时的稳定性
不许偏出3.7m通道
不抱死跑偏
不许偏出2.5m通道
制动距离或制动减速度
≤50.67m
≥5.8m/s2
≤70m
≥6.43m/s2
空载≤19m、≥6.2m/s2
满载≤20m、≥5.9m/s2
踏板力
<500N
<500N
空载<400/满载<500N
5.制动器结构参数校核
5.1前后制动器在空载和满载情况下的状况
5.1.1基本理论
对于一般的汽车而言,根据其前后轴制动器制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素,当制动器的制动力足够时,制动过程可能出现如下三种情况:
(1)前轮先抱死拖滑,然后后轮抱死拖滑。
(2)后轮先抱死拖滑,然后前轮抱死拖滑。
(3)前后轮同时抱死拖滑。
情况
(1)是稳定工况,但在制动时汽车丧失了转向的能力,附着条件没有充分利用;情况
(2),后轴可能出现侧滑,是不稳定工况,附着利用率也低;而情况(3)可以避免后轴侧滑,同时前转向轮只有在最大的制动强度下才能使汽车失去转向能力,较之前两种工况,附着条件利用情况较好。
前后制动器制动力分配的比例将影响汽车制动时的方向稳定性和地面附着条件的利用程度,是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。
5.1.2理想前后制动力分配
在分析前、后轮制动器制动力分配比例以前,首先了解地面作用于前、后车轮的法向反作用力。
图2制动工况受力简图
由图2,对后轮接地点取力矩得:
(1)
式中:
—面对前轮的法向反作用力;
—汽车重力;
Fj—加速阻力;
—汽车质心至后轴中心线的距离;
—汽车质量;
—汽车质心高度;
—汽车减速度。
对前轮接地点取力矩,得:
(2)
式中:
—地面对后轮的法向反作用力;
—汽车质心至前轴中心线的距离。
则可求得地面法向反作用力为:
(3)
(4)
若在不同附着系数的路面上制动,前、后轮都能抱死(无论是同时抱死、或分别先后抱死),此时du/dt=φg。
地面作用于前、后轮的法向反作用力为:
(5)
(6)
由整车参数及前后制动器规格尺寸可绘出理想制动力分配曲线I线和β线(见图3)。
图3理想制动力分配曲线I线和β线
5.2前后制动器结构参数的匹配校核
实际前、后制动器制动力计算公式如下:
(7)
(8)
将相关参数代入(7)、(8),得(Φ取0.7):
Fμ1=11820.3>Fz1×Φ=6709.2
Fμ2=7284.17>Fz2×Φ=4655.7
所以前后制动器结构参数满足其性能要求。
由此可算出实际制动器制动力分配系数
=Fu1/(Fu1+Fu2)=0.62
通过解析法求得同步附着系数
(9)
空载同步附着系数
=0.24
满载同步附着系数
=0.80
5.3超载时的前后制动器结构参数的匹配校核
当按装载质量的30%超载加载时,
超载质量为:
(1655-930)×0.3=217.5。
为减小计算误差,同时结合实际,超载质量按满载轴荷分配加载,即:
前轴m超=729.8;后轴m超=1142.7
地面法向反作用力为:
将相关参数代入(7)、(8),得(Φ取0.7):
Fz1=10844.2
Fz2=7525.1>Fμ2
Fμ2/Fz2=0.97
即K01J按满载装载质量的30%超载时,制动系统可保证后轮在小于附着系数小于0.97的路面上抱死,可以满足使用要求。
5.4利用附着系数曲线
为了确认前后制动器结构参数是否符合GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》制动法规的要求(此部分内容为等效引用“ECER13-H”),我们绘制了K01H车型的利用附着系数与制动强度的关系曲线,见图4、图5。
图4附着系数利用曲线-空载
图5附着系数利用曲线-满载
GB21670-2008法规要求:
1.“在车辆所有载荷状态下,当制动强度z处于0.15~0.8之间时,后轴附着系数利用曲线不应位于前轴上方”;
2.“当附着系数k在0.2~0.8之间时,制动强度z≥0.1+0.7(k-0.2)”;
3.“作为生产一致性检查时的替代要求,当制动强度在0.15~0.8之间时,后轴曲线应位于直线z=0.9k以下”。
从图4可以看出,空载当z≥0.2时后轴曲线位于上方,不能满足法规要求。
故需要增加压力调节装置,根据K01H制动管路布置形式及前后轴荷变化较大特点,确定配备感载比例阀。
5.5感载比例阀参数设定
根据“图3理想制动力分配曲线I线和β线”绘制制动液压分配曲线,如图6
图6
制动液压分配曲线
根据图6设定感载比例阀拐点液压如下表3:
表3感载比例阀参数
折点液压P(MPa)
分配比
空载
1.2
0.36
满载
7.3
根据公式(7)、(8)及图6可得,在空、满载同步附着时的制动主缸液压:
P空=6.6MPa
P满=8.8MPa
绘制安装感载比例阀后的前后制动器实际制动力分配曲线,如图7。
图7前后制动器的实际制动力分配曲线
同时可求得空、满载状态下前后轮同步抱死时对应的前后制动器制动力分别为:
空载状态:
Fu1=7075.1NFu2=2073.6N
满载状态:
Fu1=9314.0NFu2=5132.2N
对应的空满载同步附着系数:
空载0=(Fu1+Fu2)/(m空*g)=0.90
满载0=(Fu1+Fu2)/(m满*g)=0.89
5.6加感载比例阀后的利用附着系数曲线
通过感载比例阀参数和选定的前后制动器参数,再绘制出制动强度与利用附着系数关系曲线,如图8、图9。
图8附着系数利用曲线-空载(感载比例阀)
图9附着系数利用曲线-满载(感载比例阀)
根据图7、图8,可看出在Z=0.15~0.8之间时,空载和满载的前轴曲线均在后轴曲线的上方,所以满足法规要求。
6真空助力制动总泵的参数确定及踏板力校核
由于前后制动器分泵尺寸已经确定,所以可计算出:
前分泵所需供油油量:
=2
×51.12×0.7÷4=2871.2mm3
后分泵所需供油油量:
=2
×22.222×4÷4=3102.2mm3
则总泵所需排量:
=5973.4mm3
制动总泵的总行程为29.5,其中第一缸行程13.5mm,第二缸行程为16mm。
制动主缸直径为φ22.22mm,则满足所需排量的活塞行程为:
=15.4mm
实际行程/总行程=15.4/29.5=52.2%
根据汽车设计推荐,制动总泵的使用行程一般在总行程的40~60%,由此可确定制动总泵的排量满足要求。
K01H车型真空助力器助力比为5,制动踏板杠杆比为4.3,根据助力器“输入输出特性曲线”绘制踏板力——输出液压曲线,如图10。
图10踏板力-输出液压曲线
当踏板力为500N时,对应的总泵输出液压为10.8MPa,代入公式(7)、(8)得
Fμ1=11500.8>Fz1×Φ=9584.6
Fμ2=7087.3>Fz2×Φ=6651.0
在Φ=0.7的路面上可使前后车轮完全抱死,所以真空助力器选择合理,踏板力满足要求。
7.制动距离和制动减速度校核
根据制动相关的法规要求,分别对K01H的行车制动性能、应急制动性能进行相关校核。
按K01H制动系统结构,应急制动分别按部分制动管路失效及真空助力器失效进行校核。
7.1行车制动性能校核
7.1.1GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》法规校核。
法规要求:
制动初速度50km/h,空载时,制动距离空载≤19m,制动减速度≥6.2/s2,控制力≤400N;满载时,制动距离空载≤20m,制动减速度≥5.9m/s2,控制力≤500N。
在路面附着系数为0.7,当前轮刚抱死时的制动力为最大制动力
根据公式(3)、(7)、(8)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=6.52>6.2
控制力F=83<500
满载:
制动减速度J=Du/dt=6.40>5.9
控制力F=109<500
制动距离计算:
(10)
式中:
v——制动初速度;
J——减速度;
——驾驶员反应时间与制动器起作用时间,取0.15;
代入上式,得:
空载:
制动距离S=16.9<19
满载:
制动距离S=17.2<20
由以上计算可知,K01H行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》要求。
7.1.2GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》法规校核。
法规要求:
在任何载荷下,制动初速度80km/h,制动距离空载≤50.7m,制动减速度≥5.8/s2,控制力≤500N。
在路面附着系数为0.7,当前轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(3)、(7)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=6.52>5.8
控制力F=83<500
制动距离S=41.2<50.7
满载:
制动减速度J=Du/dt=6.40>5.8
控制力F=109<500
制动距离S=41.9<50.7
由以上计算可知,K01H行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》要求。
7.1.3GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》法规校核。
法规要求:
在任何载荷下,制动初速度100km/h,制动距离≤70m,制动减速度≥6.43/s2,控制力在65~500N之间。
在路面附着系数为0.7,当前轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(3)、(7)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=6.52>5.8
控制力F=83(在65~500N之间)
制动距离S=63.4<70
满载:
制动减速度J=Du/dt=6.40<6.43
控制力F=109(在65~500N之间)
制动距离S=64.4<70
由以上计算可知,K01H行车制动距离及控制力满足GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》要求。
在满载时,制动减速度稍有偏小不满足法规对乘用车的要求。
7.2部分管路失效时的制动性能校核
根据K01H车制动系统结构及制动时轴荷变化可知,前制动器管路失效时,剩余的制动效能较低,所以仅对前制动管路失效进行校核分析。
7.2.1GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》法规校核。
法规要求:
应急制动时,在任何载荷下,制动初速度50km/h,制动距离空载≤38m,制动减速度≥2.9/s2,控制力≤500N。
在路面附着系数为0.7,当后轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(4)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=2.58<2.9
控制力F=69<500
制动距离S=39.5>38
满载:
制动减速度J=Du/dt=3.49>2.9
控制力F=311<500
制动距离S=29.7<38
由以上计算可知,前制动管路失效时,K01H满载时行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》要求。
在空载时,制动减速度与制动距离不满足法规对乘用车的要求。
7.2.2GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》法规校核。
法规要求:
应急制动时,在任何载荷下,制动初速度80km/h,制动距离≤93.3m,制动减速度≥2.9/s2,控制力≤500N。
在路面附着系数为0.7,当后轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(4)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=2.58<2.9
控制力F=69<500
制动距离S=99.2>93.3
满载:
制动减速度J=Du/dt=3.49>2.9
控制力F=311<500
制动距离S=74.1<93.3
由以上计算可知,前制动管路失效时,K01H满载时行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》要求。
在空载时,制动减速度与制动距离不满足法规要求。
7.2.3GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》法规校核。
法规要求:
应急制动时,在任何载荷下,制动初速度100km/h,制动距离≤168m,制动减速度≥2.44/s2,控制力在65~500N之间。
在路面附着系数为0.7,当后轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(4)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=2.58>2.44
控制力F=69(在65~500N之间)
制动距离S=154.0<168
满载:
制动减速度J=Du/dt=3.49>2.44
控制力F=311(在65~500N之间)
制动距离S=114.7<168
由以上计算可知,前制动管路失效时,K01H应急制动距离、制动减速度及控制力满足GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》要求。
7.3真空助力器失效时的制动性能校核
当真空助力器失效,踏板力为500N时,制动总泵输出液压为:
(11)
将相关参数代入上式,得:
Ps=5.54
7.3.1GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》法规校核。
法规要求:
应急制动时,在任何载荷下,制动初速度50km/h,制动距离空载≤38m,制动减速度≥2.9/s2,控制力≤500N。
在路面附着系数为0.7,当前轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(3)、(7)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=6.52>2.9
控制力F=435<500
制动距离S=16.9<38
满载:
制动减速度J=Du/dt=5.77>2.9
控制力F=500=500
制动距离S=18.8<38
由以上计算可知,真空助力器失效时,K01H行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》要求。
7.3.2GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》法规校核。
法规要求:
应急制动时,在任何载荷下,制动初速度80km/h,制动距离空载≤93.3m,制动减速度≥2.9/s2,控制力≤500N。
在路面附着系数为0.7,当前轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(3)、(7)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=6.52>2.9
控制力F=435<500
制动距离S=41.2<93.3
满载:
制动减速度J=Du/dt=5.77>2.9
控制力F=500=500
制动距离S=46.2<93.3
由以上计算可知,真空助力器失效时,K01H行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》要求。
7.3.3GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》法规校核。
法规要求:
应急制动时,在任何载荷下,制动初速度100km/h,制动距离空载≤168m,制动减速度≥2.44/s2,控制力在65~500N之间。
在路面附着系数为0.7,当前轮刚抱死时的制动力为最大制动力。
根据公式(3)、(7)、(8)、(10)可得:
空载:
制动减速度J=Du/dt=6.52>2.44
控制力F=435(在65~500N之间)
制动距离S=63.4<168
满载:
制动减速度J=Du/dt=5.77>2.44
控制力F=500(在65~500N之间)
制动距离S=71.1<168
由以上计算可知,真空助力器失效时,K01H行车制动距离、制动减速度及控制力满足GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》要求。
8.驻车制动的计算
(12)
(13)
αu—汽车在上坡时可能停驻的极限上坡倾角;
αd—汽车在下坡时可能停驻的极限下坡倾角。
将相关参数代入(11)、(12),可求得空载及满载状态时不同利用附着系数下的汽车可能停驻的极限倾角,计算结果见下表4。
表4驻车极限倾角
Φ
满αumax(°)
空αumax(°)
满αdmax(°)
空αdmax(°)
0.5
19.6
13.9
14.9
11.1
0.6
23.9
16.9
17.4
12.9
0.7
28.1
20.1
19.6
14.7
0.8
32.4
23.3
21.7
16.4
按照GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》、GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》规定:
驻车制动必须使满载车辆在20%的坡道上(11.3°)停驻。
由以上计算可以看出空、满状态下,极限上下坡驻坡角均大于11.3°,满足要求。
9.结论、说明
根据以上计算校核,可得出以下结论:
1.制动系统结构性能参数满足要求;
2.空载时,感载比例阀拐点液压偏小;
3.行车制动性能,在满载时,制动减速度稍有偏小不满足GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》的要求。
其余各项均满足相关法规要求;
4.真空助力器失效后,在各项制动性能参数均满足法规对应急制动性能的要求;
5.前制动管路失效后,在空载时,制动减速度与制动距离无法满足GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》、GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》对应急制动性能的要求;
6.驻车制动性能可满足相关法规要求。
说明:
通过对以上计算校核过程分析,可知部分性能参数不能满足法规要求的主要原因为整车载荷分配及质心高度引起,无法通过对制动系统参数调整改进。
但可通过提高制动系统零部件的质量对其进行适当的优化,如采用低膨胀量制动软管、缩小真空助力器反应时间等可有效缩短制动距离。
本报告只对K01H制动系统进行理论上的计算,受条件限制无法考虑制动动过程中的车轮静半径变化、轮胎与地面接触面积等动态变化因素的影响,实车制动系统还需结合路试验证进一步匹配以确保其制动性能达到最佳状态。
参考文献
[1]GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》
[2]GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》
[3]GB21670-2008《乘用车制动系统技术性能及试验方法》
[4]余志生.汽车理论(第三版).北京:
机械工业出版社,2002
[5]刘维信.汽车设计.北京:
清华大学出版社,2001
[6]汽车工程手册编写组.汽车工程手册(设计篇).北京:
人民交通出版社,2001
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