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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
摘 要
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的汽車(chē)行業(yè)的也在飛速發(fā)展，近幾年中國(guó)自主汽車(chē)品牌已經(jīng)逐漸被人們所認(rèn)可。越來(lái)越多的人由于性能可靠，安全系數(shù)高，價(jià)格便宜而選擇自主品牌汽車(chē)。而對(duì)于汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)，一個(gè)汽車(chē)最重要的系統(tǒng)便是制動(dòng)系統(tǒng)。由于制動(dòng)關(guān)系著人們的生命安全。而近幾年制動(dòng)失效的事故也在不斷出現(xiàn)，從國(guó)家法規(guī)的要求到企業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)研究尤為重要，而被動(dòng)安全系統(tǒng)的出現(xiàn)大大提高了汽車(chē)的安全系數(shù)。防抱死系統(tǒng)的應(yīng)用就為汽車(chē)制動(dòng)的發(fā)展提供力方向，因此對(duì)于汽車(chē)防抱死系統(tǒng)的研究尤為重要。
本設(shè)計(jì)中主要是對(duì)液壓制動(dòng)汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要通過(guò)液壓防抱死系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及防抱死系統(tǒng)的分類(lèi)進(jìn)行防抱死系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。對(duì)制動(dòng)力的分配，制動(dòng)效能，制動(dòng)力矩等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。利用CAD制圖軟件對(duì)ABS系統(tǒng)進(jìn)行繪制，借助CATIA三維軟件進(jìn)行 建模分析。最終完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
關(guān)鍵字：防抱死系統(tǒng)； 安全性能；ABS執(zhí)行機(jī)構(gòu)；制動(dòng)器；制動(dòng)力；
Abstract
With the development of China's economy, China's automobile industry is also developing rapidly. In recent years, China's independent automobile brand has gradually been recognized by people. More and more people choose their own brand cars because of their reliable performance, high safety factor and low price. For the automobile industry, the most important system of an automobile is the braking system. Because braking is related to people's life safety. In recent years, the accidents of braking failure are also emerging. From the requirements of national laws and regulations to the development of enterprises, the braking system research of automobiles is particularly important, and the emergence of passive safety system greatly improves the safety factor of automobiles. The application of anti-lock braking system provides the direction for the development of automobile braking, so the research of anti-lock braking system is particularly important.
In this design, the anti-lock braking system of hydraulic brake vehicle is mainly designed. In the design process, the development of Hydraulic Anti-lock braking system is analyzed, and the overall design of anti-lock braking system is carried out according to the development situation at home and abroad and the classification of anti-lock braking system. The distribution of braking force, braking efficiency, braking moment and other parameters are calculated. The ABS system is plotted by CAD drawing software and modeled and analyzed by CATIA three-dimensional software. Final completion of the design instructions.
Key words: anti-lock braking system; safety performance; ABS actuator; brake; brake force;
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
第一章 緒論 5
1.1課題研究的目的與意義 5
1.2液壓防抱死系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 5
1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 6
1.4 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向 7
1.5 研究的方法及技術(shù)路線 7
1.5.1研究方法 7
1.5.2研究技術(shù)路線 7
第二章 總體設(shè)計(jì) 5
2.1 汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的分析 8
2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)受力分析 8
2.1.2 車(chē)輪抱死時(shí)運(yùn)動(dòng)分析 9
2.2側(cè)滑的分析 11
2.3附著系數(shù)的分析 11
2.5 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析 14
2.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)介入工況 15
第三章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計(jì) 16
3．1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式 16
3.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成 19
3.3.1霍爾傳感器的設(shè)計(jì) 22
3.3.2傳感器齒盤(pán)的設(shè)計(jì) 22
3．4 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的壓力分配 23
第四章 制動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 24
4.1 分配基礎(chǔ)制動(dòng)力 24
4.2 同步附著系數(shù)的選擇 24
4.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算 24
4.4 制動(dòng)因數(shù)的確定 25
4.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
4.5.1 制動(dòng)輪缸的計(jì)算 25
4.5.2 制動(dòng)主缸的計(jì)算 26
4.5.3 制動(dòng)力的計(jì)算 27
4.6制動(dòng)盤(pán)直徑設(shè)計(jì) 28
4.7制動(dòng)盤(pán)厚度設(shè)計(jì) 28
4.8摩擦襯塊設(shè)計(jì) 28
4.9 制動(dòng)器壓力的計(jì)算 28
4.9.1磨損特性分析 28
4.9.2熱容量的核算 29
4.9.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算 30
總 結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 35
第一章 緒論
1.1課題研究的目的與意義
制動(dòng)系統(tǒng)是每輛車(chē)的必備系統(tǒng)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)逐步形成了運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。此外，為了滿足人們的需要，方便人們生活，高速公路的限速越來(lái)越高。高速公路部分路段已達(dá)到120公里/小時(shí)，對(duì)于汽車(chē)廠來(lái)說(shuō)，發(fā)展高性能、快速的汽車(chē)是一種趨勢(shì)。但不管多快，緊急停車(chē)和減速是最重要的。因此，它關(guān)系到人身安全。
每輛車(chē)投入市場(chǎng)生產(chǎn)前，必須進(jìn)行車(chē)輛可靠性路考和國(guó)家法律法規(guī)的申報(bào)，制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離的測(cè)試是必不可少的。這就是剎車(chē)的作用。
任何汽車(chē)都必須有兩個(gè)獨(dú)立的制動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要包括兩種制動(dòng)：行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)。
行車(chē)制動(dòng)裝置主要用于在各種路況和緊急情況下減速或停車(chē)。該機(jī)構(gòu)主要由駕駛員踏板控制。
駐車(chē)制動(dòng)主要是車(chē)輛在停車(chē)或半坡起步時(shí)為防止車(chē)輛打滑而采用的制動(dòng)裝置。目前，停車(chē)制動(dòng)裝置主要有手動(dòng)停車(chē)、電子停車(chē)、自動(dòng)停車(chē)等。該機(jī)構(gòu)主要通過(guò)駕駛員的手動(dòng)操作或車(chē)輛電子控制系統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些山區(qū)或斜坡上，駐車(chē)制動(dòng)是必不可少的。另外，在一些特殊車(chē)輛上還設(shè)有緊急制動(dòng)、輔助制動(dòng)等機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)，以保證車(chē)輛和人員的安全
1.2液壓防抱死系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
任何一個(gè)曾經(jīng)駕駛過(guò)汽車(chē)的人都有這樣的經(jīng)歷：當(dāng)汽車(chē)在浸水的瀝青路上或冰雪路上剎車(chē)時(shí)，車(chē)燈會(huì)側(cè)滑、掉頭、甩尾甚至劇烈旋轉(zhuǎn)。如果制動(dòng)力太大，車(chē)輪將被鎖定。當(dāng)車(chē)輛的方向失控時(shí)，如果彎道不是彎道，可以滑出路邊或進(jìn)入對(duì)面車(chē)道。即使不是彎道，也無(wú)法避免障礙物。造成這些危險(xiǎn)情況的原因是汽車(chē)的車(chē)輪在制動(dòng)過(guò)程中被鎖住了。此時(shí)，車(chē)輪相對(duì)于路面的運(yùn)動(dòng)不再是滾動(dòng)，而是滑動(dòng)。作用在輪胎上的側(cè)向滑動(dòng)摩擦力和縱向制動(dòng)力變得非常小。路面越滑，車(chē)輪就越容易。總之，如果車(chē)輪在制動(dòng)過(guò)程中抱死，會(huì)產(chǎn)生以下不利影響：方向失控、側(cè)滑、甩尾、甚至翻車(chē)；制動(dòng)效率降低，制動(dòng)距離延長(zhǎng)；輪胎過(guò)度磨損，導(dǎo)致“小癟”甚至爆胎。
此外，ABS使用方便、可靠。ABS的使用與普通制動(dòng)系統(tǒng)幾乎相同。緊急制動(dòng)時(shí)，只有踩下制動(dòng)踏板，ABS才會(huì)根據(jù)情況進(jìn)入工作狀態(tài)。即使路面很滑，ABS也會(huì)將制動(dòng)狀態(tài)保持在最佳狀態(tài)。ABS采用計(jì)算機(jī)控制車(chē)輪制動(dòng)力，充分發(fā)揮制動(dòng)效率，提高制動(dòng)減速度，縮短制動(dòng)距離，有效提高車(chē)輛制動(dòng)穩(wěn)定性，防止車(chē)輛側(cè)滑和尾擺，減少事故發(fā)生，是提高車(chē)輛行駛安全性的有效措施。鎮(zhèn)定。目前，ABS已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外高檔轎車(chē)和客車(chē)。
1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r
ABS裝置最早應(yīng)用在飛機(jī)和火車(chē)上，而在汽車(chē)上的應(yīng)用比較晚。鐵路機(jī)車(chē)在制動(dòng)時(shí)如果制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，車(chē)輪就會(huì)很容易抱死在平滑的軌道上滑行。由于車(chē)輪和軌道的摩擦，就會(huì)在車(chē)輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車(chē)輪就不能平穩(wěn)地行駛，產(chǎn)生噪聲和掙動(dòng)。1908年英國(guó)工程師J. E. Francis提出了“鐵路車(chē)輛車(chē)輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無(wú)法將它實(shí)用化。接下來(lái)的30年中，包括Karl Wessel的“剎車(chē)力控制器”、Werner Mhl的“液壓剎車(chē)安全裝置”與Richard Trappe的“車(chē)輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的《汽車(chē)科技手冊(cè)》中寫(xiě)到：“到現(xiàn)在為止，任何通過(guò)機(jī)械裝置防止車(chē)輪抱死危險(xiǎn)的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項(xiàng)裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個(gè)重要里程碑”，可惜該書(shū)的作者恐怕沒(méi)想到這一天竟還要再等30年之久。
在其誕生的前三年，ABS系統(tǒng)因成本過(guò)高而無(wú)法開(kāi)拓市場(chǎng)。從1978年到1980年底，博世僅銷(xiāo)售了24000套ABS系統(tǒng)。幸運(yùn)的是，它在第二年增長(zhǎng)到了76000臺(tái)。在市場(chǎng)的積極響應(yīng)下，博世開(kāi)始了TCS可追溯控制系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)劃。1983年引進(jìn)的ABS 2S系統(tǒng)的重量從5.5公斤降到了4.3公斤，控制部件的數(shù)量也降到了70個(gè)。到1985年中期，世界上超過(guò)1%的新車(chē)首次配備了ABS系統(tǒng)。通用汽車(chē)還決定將ABS列為其主要雪佛蘭標(biāo)準(zhǔn)。
圖1-1 BOSCH防抱死制動(dòng)系統(tǒng)
1.4 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向
ABS控制技術(shù)的改進(jìn)。現(xiàn)代汽車(chē)防抱死制動(dòng)裝置大多由計(jì)算機(jī)控制，這也反映了現(xiàn)代汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)向電子化方向發(fā)展的趨勢(shì)。基于轉(zhuǎn)差率的控制算法易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，具有非常清晰的理論指導(dǎo)意義，但制約其發(fā)展的瓶頸主要是實(shí)現(xiàn)成本。隨著尺寸更小、價(jià)格更低、可靠性更高的速度傳感器的出現(xiàn)，在ABS系統(tǒng)中增加速度傳感器、準(zhǔn)確快速地確定車(chē)輪打滑率成為可能。。
隨著汽車(chē)技術(shù)含量的不斷提高，控制系統(tǒng)的總線技術(shù)不可避免地會(huì)產(chǎn)生龐大的布線系統(tǒng)。因此，有必要采用總線結(jié)構(gòu)將各個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息的實(shí)時(shí)共享，減少傳感器的數(shù)量，從而降低整車(chē)成本，朝著系統(tǒng)集成的方向發(fā)展。目前，CAN控制器局域網(wǎng)（CAN控制器局域網(wǎng)）主要用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。
1.5 研究的方法及技術(shù)路線
1.5.1研究方法
（1）通過(guò)查閱相關(guān)資料，掌握防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)。
（2）結(jié)合現(xiàn)有防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并分析了現(xiàn)有裝置的缺點(diǎn)。
（3）對(duì)設(shè)計(jì)的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出滿足要求的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。
1.5.2研究技術(shù)路線
（1）根據(jù)標(biāo)題和原始數(shù)據(jù)，可以查閱相關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述和專(zhuān)題報(bào)告。
（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求，提出各種設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中選擇較好的方案，對(duì)所選方案進(jìn)行進(jìn)一步修改或優(yōu)化，最終確定總體設(shè)計(jì)方案。
（3）具體設(shè)計(jì)汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置、工作裝置等。
（4）對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計(jì)算，保證設(shè)計(jì)的合理性和可行性。；
（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；
（6）整理各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料，撰寫(xiě)論文。
第二章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的總體方案確定
2.1 汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的分析
2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)受力分析
在制動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)主要受地面對(duì)汽車(chē)的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的影響。地面作用在車(chē)輛上的力分為垂直于車(chē)輪地面的支撐力和平行于車(chē)輪地面的力。當(dāng)車(chē)輛直線行駛時(shí)，受到橫向外部干擾和轉(zhuǎn)向的影響，地面對(duì)車(chē)輛的作用力如圖2-1所示。fx是作用在每個(gè)車(chē)輪上的地面制動(dòng)力。其大小取決于路面的縱向附著系數(shù)和車(chē)輪上的載荷。所有車(chē)輪上的地面制動(dòng)力之和作為車(chē)輛的總地面制動(dòng)力，從而縮短了車(chē)輛的制動(dòng)時(shí)間
速度和停止的主要力量。fy是地面作用于每個(gè)車(chē)輪的側(cè)向滑動(dòng)摩擦力。側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車(chē)輪上的載荷。當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí)，側(cè)滑摩擦力會(huì)變得非常小，幾乎為零。當(dāng)車(chē)輛在直線上制動(dòng)時(shí)，如果受到橫向干擾，如側(cè)風(fēng)或不平路面，車(chē)輛將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦，以保持車(chē)輛的直線方向，如圖2-1（a）所示
圖2-1 汽車(chē)直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖
2.1.2 車(chē)輪抱死時(shí)運(yùn)動(dòng)分析
當(dāng)車(chē)輪抱死時(shí)，汽車(chē)的側(cè)滑摩擦力會(huì)變得非常小，從而使制動(dòng)時(shí)保持汽車(chē)方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)向力和側(cè)向力變得非常小，使汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于ABS系統(tǒng)，必須防止這些危險(xiǎn)情況發(fā)生。下面從直線和路面轉(zhuǎn)彎制動(dòng)兩個(gè)方面簡(jiǎn)要論述了車(chē)輪抱死時(shí)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)。
從以上對(duì)這些危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的分析可以看出，在制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輪抱死會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛發(fā)生各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)。本質(zhì)上，車(chē)輛失去側(cè)滑摩擦力，以保持其方向穩(wěn)定性和方向機(jī)動(dòng)性。也就是說(shuō)，由于車(chē)輪抱死，車(chē)輛的側(cè)滑摩擦力為零。車(chē)輪抱死程度與地面制動(dòng)力和車(chē)輛側(cè)滑摩擦力有一定的關(guān)系。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)能夠防止車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的原因是根據(jù)這一關(guān)系調(diào)整車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。
圖2-2 汽車(chē)直線制動(dòng)車(chē)輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況
圖2-3 汽車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車(chē)輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況
2.2側(cè)滑的分析
汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中的阻力一般有兩種：一種是制動(dòng)片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦阻力，稱(chēng)為制動(dòng)系統(tǒng)的阻力。由于它在制動(dòng)時(shí)提供制動(dòng)力，又稱(chēng)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力；另一種是輪胎與路面之間的摩擦阻力，又稱(chēng)地面制動(dòng)力。地面對(duì)輪胎的切向反作用力的極限值稱(chēng)為輪胎路面附著力，等于地面對(duì)輪胎的法向反作用力與輪胎路面附著系數(shù)的乘積。如果制動(dòng)力小于輪胎-道路附著力，則汽車(chē)制動(dòng)力時(shí)會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài)，反之，如果制動(dòng)力大于輪胎-道路附著力，則汽車(chē)制動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)車(chē)輪抱死和滑動(dòng)。
地面制動(dòng)力受地面附著系數(shù)的限制。當(dāng)制動(dòng)產(chǎn)生的制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力增大到一定值（大于粘著）時(shí)，輪胎會(huì)在地面上打滑。汽車(chē)的實(shí)際速度與車(chē)輪滾動(dòng)的圓周速度之差稱(chēng)為車(chē)輪的滑動(dòng)率。
滑移率S的定義式為:
-------------------------------（2-3）
式中:S —滑移率;
Vt —汽車(chē)的理論速度(車(chē)輪中心的速度) ;
ω—汽車(chē)車(chē)輪的角速度;
r —汽車(chē)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑。
由公式可以看出，當(dāng)車(chē)輪中心速度（即實(shí)際車(chē)速）Vt等于車(chē)輪角速度_與車(chē)輪滾動(dòng)半徑r的乘積時(shí)，滑移率為零（s=0），車(chē)輪為純滾動(dòng)；當(dāng)_0，s=100%時(shí)，車(chē)輪完全抱死并滑動(dòng)；當(dāng)0
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