第一章緒論1.1制動系統設計的意義在科技突飛猛進的今天,人們對生活品質的追求也在一步步提升。交通系統的完善使得汽車的需求日益增大，幾乎每家每戶都擁有一輛汽車，汽車作為一種常用的通行工具，極大地方便了人們的日常出行，汽車出行安全備受關注。汽車的安全性能絕大部分取決于制動器，車輛的行駛狀態(tài)是否安全,與剎車制動性能優(yōu)劣,工作環(huán)境是否安全等有著密切聯系。就最近數年而言,汽車生產技術水平的提高使得轎車日益流行,轎車行駛時速也有了較大增加,這種聯系的緊密性體現得更加突出。為滿足這個趨勢以及考慮到行車的安全問題,一種結構先進的制動器能夠完全克服上述問題。1.2制動器的發(fā)展歷程總的來說,汽車制動裝置的設計功能離不開以下三部分:可以使車輛在適當的減速度下平穩(wěn)降速或停止;可以在下坡的地方保持穩(wěn)定速度;車輛得以安全穩(wěn)定的在原地或是坡道工作。為實現上述這三項的硬性要求,車輛制動裝置中必須分別為駐車制動裝置與行駛制動系統分別設置二種制動裝置,雖然二種裝置要完成的作用有所不同,但其主要組成部分都是驅動機構和制動器。在汽車產業(yè)發(fā)展越來越成熟的今天,我們對車輛的制動系統已經不僅滿足了單純的機械剎車,而且還對精準度和平順性也提出了越來越高的需求。伴隨汽車速度的提升以及汽車質量的提高，單純依賴人力操作的簡易機械制動起初已無法滿足需求，所以在這種情況下，機械制動非常有必要運用助力裝置。起初助力系統是裝在鼓式制動器里邊，然后逐漸應用于盤式制動器里邊。第一臺真空助力器出現在汽車行業(yè)時，已經是1932年，凱迪拉克的一款車型首次配備了用于制動系統中的真空助力器，這一技術使得駕駛員在踩踏剎車時更為輕松。緊隨其后，林肯公司也推出了一種帶有四條靈活電纜操控的真空助力鼓式制動系統，進一步推動了制動技術的革新，隨后通用汽車公司和福特汽車公司分別于1934年和1937年推出，經過30年的發(fā)展，液壓動力制動逐漸取代了傳統的機械剎車，成為最成熟和最經濟的剎車技術，現在已經在大多數機動車上大規(guī)模使用，成為最成熟和最經濟的剎車技術。20世紀末期電子技術突飛猛進式的發(fā)展對汽車制動系統不可避免的產生影響，電子控制制動應運而生，防抱死系統（ABS）的應用與推廣是汽車界劃時代意義的變革。ABS乃機電一體化的高科技產物，融微電子技術、精密加工工藝以及液壓控制技術于一體。其讓汽車的主動安全性與操控性均有了極大的提升。歸結到底整個制動系統的更新換代離不開制動器的性能提升[1]。在八十年代以前，石棉樹脂摩擦片已經廣泛應用于汽車制動中。但是，由于石棉在使用時會產生有害的粉塵，這些粉塵對人體呼吸系統和環(huán)境均有害處，而且在高速或高溫環(huán)境下，石棉的性能會顯著下降。因此，逐步淘汰石棉制動材料成為了行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。國際上在70年代已經開始禁止使用石棉作為制動部件的材料，中國也于1999年根據GB12676-1999標準的修訂版，正式禁止了石棉在制動系統中的使用“制動器襯片于2003年10月1日之后不可含石棉”。當下，第三代摩擦材料——NA0片狀無石棉有機物質已然在摩擦材料領域中，國際上傾向于使用如玻璃纖維、聚酰亞胺纖維（包括碳和陶瓷類型）等作為增強成分。這些先進材料在制成剎車盤時，無論是在低溫還是高溫操作條件下，都能夠提供卓越的制動效能，同時實現噪音降低和壽命的延長。在中國，半金屬纖維增強的復合摩擦材料得到了廣泛應用。同時，針對各地區(qū)資源和環(huán)境特色，不少企業(yè)和學術機構也在積極開展新型摩擦材料的研究與開發(fā)。例如，河北工業(yè)大學就利用當地豐富的海泡石纖維資源，開展了《汽車制動摩擦片替代石棉制品的開發(fā)》的科研項目，并已取得初步成果。此外，西安交通大學與廣東東方劍麻集團有限公司合作，將劍麻作為增強纖維材料，同樣取得了初步的成功。這種新型摩擦材料不僅展現出穩(wěn)定的摩擦系數、良好的恢復性能、低制動噪聲、長使用壽命以及低成本等優(yōu)勢，而且在摩擦系數、磨損率、硬度、沖擊韌性等關鍵性能指標上都符合國家標準，顯示了優(yōu)異的抗磨損特性。同時，國內也有研究機構以水鎂石作為摩擦材料的原料進行探索。這些研究成果和探索活動，不僅有助于推動摩擦材料行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，而且對于提升國內汽車制動系統的性能和安全性具有重要意義。通過深度研究和降重創(chuàng)新，能夠促使行業(yè)更加綠色、高效、可持續(xù)地發(fā)展。纖維不同，優(yōu)劣也就不同了，所以開發(fā)出更符合各種要求的摩擦材質也就成了大家的追求。但無論如何，今后汽車剎車摩擦材料一定要環(huán)保，一定要安全，一定要輕量化，一定要低成本。此外,汽車制動控制技術的發(fā)展也逐步趨于電子制動化。完全實現電子制動控制系統因其顯著的優(yōu)勢，有望逐步取代傳統的制動控制系統。隨著汽車電子技術的進步，尤其是超大規(guī)模集成電路技術的不斷發(fā)展，電子元件的成本和體積正在降低。這為電子剎車控制系統與其他汽車電子系統（如電子懸掛系統和主動穩(wěn)定性控制系統）的集成提供了可能，從而形成一個綜合的汽車電子控制網絡。未來，汽車可能會將多個控制單元集成到一個中央電子控制單元（ECU）中，使得車輛的操作更加地智能化，逐步淘汰傳統的分散控制系統。然而，這一進程受到汽車行業(yè)整體發(fā)展狀況的限制。得益于現有和潛在市場對汽車技術的巨大需求，各種先進的電子技術正不斷被引入到汽車制動控制系統中。這種技術的融合和應用，不僅推動了制動控制技術的創(chuàng)新，也為汽車行業(yè)的未來發(fā)展奠定了基礎。通過深度整合和降低復雜性，汽車制動控制系統將變得更加高效、智能和可靠。同時,為使裝備新型制動技術的汽車到汽車的量產中,建立健全的國際、國內法規(guī)是十分必要的。1.3本文研究的主要內容在汽車實施制動的過程中，駕駛者踩踏制動踏板，歷經一定的反應時段和制動時段，汽車停止前行。其制動的本質緣由是鑒于摩擦塊和制動盤在液壓活塞的壓力作用下產生摩擦，生成制動力。所以對于制動的設計關乎駕駛的安全性，需要使設計的制動器對制動性能有保障外，還要盡可能地做到輕量化與經濟性。本文對設計好的制動盤進行分析，調試。緒論。介紹了制動系統及制動器的發(fā)展歷程與研究意義，簡述各章的主要內容。對各種不同制動器優(yōu)缺點的分析與對比，介紹制動器的選取原則，并且對小鵬G3做制動器的選型。對制動系和制動器具體參數的選取與確定，并且對制動器的制動性能做了驗證。建好所設計的制動器的三維建模進行調解與核算，從而來確定制動器的剛度與熱負荷是否可以滿足要求。1.4本章小結此章對汽車制動系統設計的意義展開了研究，闡述了制動器的發(fā)展歷程，與此同時，制動器的裝設極大地提升了汽車的主動安全性以及操縱性。歸結到底整個制動系統的更新換代離不開制動器的性能提升，介紹了本論文中關于小鵬G3通風盤式制動器的特點。第二章制動器的選型和設計原則2.1鼓式制動器介紹與分類鼓式制動器又稱塊式制動器，制動系統通過施加壓力使得制動塊與旋轉的制動輪接觸，產生摩擦力以實現制動效果。在鼓式制動系統中，關鍵的旋轉元件是制動鼓，而制動蹄作為定位元件，其外部的摩擦片在施加壓力時與制動鼓的內側接觸，由此產生摩擦力矩，從而實現制動的功能。這種設計使得制動鼓在旋轉時能夠通過摩擦片產生所需的制動效果。對制動蹄施加力使其轉動的裝置統稱制動蹄促動裝置，有輪缸、凸輪和楔等具體部件[2]。鼓式制動器具體詳細的結構見圖2-1。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1鼓式制動器結構圖1-調整楔2-推桿3-制動蹄4-連接彈簧5-上回位彈簧6-彈簧座7-手制動拉桿8-下回位彈簧9-車輪制動缸10-制動底板11-旋塞12-制動摩擦片13-彈簧鼓式制動器可根據多種標準進行分類。其中，根據制動蹄的動作方向，可分為內張型和外束型兩種。除此之外，促動機構設計也有所不同，并不是單一的一種類型。促動機構設計可以分為輪缸式和凸輪式兩種類型。這些分類展示了鼓式制動器的不同構造和操作原理（見圖2-2）。按照制動蹄受力分，有雙領蹄式(單向作用、雙向作用)、領從蹄式、雙從蹄式、自增力式(單向作用、雙向作用)等類型（見圖2-3）。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC2輪缸式與凸輪式鼓式制動器圖2-SEQ圖2-\*ARABIC3按制動蹄受力不同鼓式制動器的分類鼓式制動器有如下優(yōu)勢：（1）盡管鼓式制動器的構造較為復雜，然而經過長達一個世紀的演進，其技術已經相當成熟且不具有很高的技術門檻，因此其生產成本相對較低。（2）在制動過程中，由于摩擦力的作用，會出現向外擴張的現象。這一特性有助于提升制動力，允許剎車系統在較低的油壓下進行有效控制。（3）摩擦元件的面積很大，即使在較大的制動力的影響下，其摩擦片的磨損程度也不會太大，因此其具有較高的耐久性。鼓式制動器有如下缺點：（1）鼓式制動器在受熱時其制動片與輪鼓會因為高溫發(fā)成變形，剎車系統反應速度會變慢，不易控制剎車的踩踏力道。并且因為變形造成的不可預估的磨損也會加大，由于鼓式制動器是封閉式的，其磨損顆粒不能及時的排出，會造成不同程度的振動。（2）當有路面積水進入制動器內部后，積水會在旋轉過程中遍布在整個制動表面，凝聚在一起形成一層水膜，這就會使摩擦力降低，制動時容易打滑，行駛安全有所下降。（3）內部零件較為復雜，剎車的間隙需要調整，且本身是封閉式的，導致了維修較為困難。2.2盤式制動器介紹與分類盤式制動器亦被稱作碟式制動器，其工作原理為：在制動時，液壓控制系統會接收踏板力所傳來的信號，液壓作用下，油液被推入內外的兩個輪缸內。由此產生的壓力使得兩個制動塊向制動盤移動，直至摩擦元件從兩側將制動盤夾緊，從而生成摩擦力矩，進而達成制動的目的。原理圖見圖2-4。盤式制動器總體上可劃分為兩類：鉗盤式制動器以及全盤式制動器。制動鉗可以根據其設計分為兩類：一類是固定式的盤式制動鉗，另一類是浮動式的盤式制動鉗，這主要取決于其安裝形式和結構。盤式制動器工作原理如圖2-4所示：圖2-SEQ圖2-\*ARABIC4盤式制動器工作原理圖2.2.1定鉗盤式制動器固定鉗式的盤式制動器在汽車上的應用較早，其運動部件相對較少，主要包括活塞和制動塊這兩個滑動部件，這樣的設計有助于提高制動鉗的結構剛性。此外，活塞的位置位于制動盤的兩側。布局可能比較不容易，進而致使尺寸變大。定鉗盤式制動器的鉗體是完全固定在橋殼或者轉向節(jié)上，兩側都會布置有一個液壓油缸用來控制摩擦塊的行程，進而去控制制動效果。結構簡圖如圖2-5所示。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC5定鉗盤式制動器結構簡圖1-制動盤2-活塞3-內、外摩擦塊4-進油口5-制動鉗體6-車橋定鉗盤式制動器有如下優(yōu)點：（1）制動鉗的剛度易于保證，使其制動更為可靠。（2）雙活塞液壓控制比單活塞控制提供的制動力矩更有優(yōu)勢，當駕駛人踩踏制動板時活塞可以立馬做出反應，并且控制的更為精確。（3）能夠很好的適應分路系統的要求。定鉗碟剎在結構上的缺點隨著人們對汽車性能要求的提高而越來越明顯：（1）兩邊都有活塞的布置不可避免地增大了制動器的軸向與徑向的尺寸，因而制動器在車輪中的布置就顯得有些困難。（2）頻繁制動會使制動液溫度容易過高甚至發(fā)生汽化，在液壓油中形成一些氣泡，進而影響制動器的制動效能。（3）考慮空間的因素，活塞與油缸都需要精確的安裝，這不可比避免的增加了成本。2.2.2浮鉗盤式制動器浮動鉗式盤式制動器的鉗體設計不是固定的，它能夠通過兩種方式進行運動：一種是圍繞承銷進行擺動，另一種是沿著導向銷進行軸向的移動，即擺動鉗式與滑動鉗式（見圖2-6）。擺動鉗盤式制動器容易出現磨損不均的現象，并且制造工藝要求特別高，所以逐漸被淘汰[3]?；瑒鱼Q盤式制動器結構較為簡單且緊湊，方便布置在車輪中。它的內剎車塊可以隨著活塞的移動,而外剎車塊則被固定在一個鉗子上。在制動進行的過程中，液壓油通過內活塞將內制動塊推向制動盤，鉗體在其運動的相對作用力下的影響下沿著導軌向制動盤靠近，進而兩側制動塊都可以緊壓制動盤實現制動[4]。結構圖如圖2-6所示：圖2-SEQ圖2-\*ARABIC6擺動鉗式與滑動鉗式制動器結構圖1-制動盤2-制動鉗體3-制動塊總成4-帶磨損指示裝置的制動塊總成5-活塞6-制動鉗支架7-導軌8-支撐銷浮鉗盤式制動器有如下優(yōu)點：（1）行駛和停車制動時可同時使用同一制動塊。（2）單側液壓缸的布置方式減小了制動器的體積，并且有了足夠的空間去設置更長的活塞，活塞行程的變長減少了空氣流通的阻礙且有利于散熱。（3）鉗體沒有橫跨制動盤的油路減小了受熱，車輪內側的布置使冷卻條件變得更好，整個液壓油系統的溫度就得到了很好的控制，減少了液壓油汽化的現象。2.2.3全盤式制動器全盤式制動器是在從鼓式制動器向盤式制動器過渡階段出現的產物，其結構圖見圖2-7。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC7全盤式制動器結構圖1-定圓盤2-動圓盤3-制動軸4-固定殼體從結構圖可以清晰看出，固定部件包括制動器殼體，其中定圓盤通過花鍵與制動軸相連，使得定圓盤能夠固定在殼體上。同時，動圓盤也通過花鍵與制動軸相連，實現與軸的同步轉動。制動時，動圓盤在壓力的作用下靠近定圓盤，通過兩個盤之間的摩擦來產生制動力。2.3小鵬G3制動器選型顯然作為緊湊型轎車，在滿足制動性能、保證行駛安全性的前提下，對于其制動器的首要要求就是結構盡可能的輕便與簡單[5]。笨重且已經慢慢被淘汰的全盤式制動器首先就排除在外，就目前汽車剎車的應用情況來看,大部分鼓式剎車都是在小型車的使用的,還有大貨車，對于小鵬G3這種車型來說它不需要很大的制動力，他需要的只是一個安全可靠且合理的制動器，所以這么看來鉗盤式制動器就是個很好的選擇。它有著良好的散熱性、小巧的體積，可靠的涉水性。所以本次設計針對小鵬G3盤式制動器的設計，選型就是定鉗通風盤式制動器。2.4制動器的設計原則汽車制動器的設計一般要滿足三個基本原則：標準原則、安全原則與匹配原則。這三個基本原則是設計制動器的一個大的前提，除了三個基本原則外，為了使汽車有更好的性能，下面的問題我們在設計剎車的時候也是要考慮的。2.4.1制動效能及其穩(wěn)定性剎車輸出的力或扭力與輸入壓力或力之間的關系,叫做剎車效率。常見的評價是一個叫做制動效能系數的無因數指標。制動效能系數是指摩擦力與輸入力在剎車盤作用半徑范圍內的比例。制動效率取決于效率系數摩擦系數F的敏感性(DK/DF)。另外,F屬于不穩(wěn)定因素。由于經常涉及溫度問題,制動器的熱穩(wěn)定性顯得尤為重要,除了摩擦材料外,影響摩擦系數的因素主要是摩擦表面的水的濕度。因此，對于效率系數對摩擦系數不太敏感的摩擦材料，足夠的熱容量和良好的熱性能也是必要的[6]。2.4.2制動間隙調整便捷性汽車由于摩擦片的磨損，經常需要去進行保養(yǎng)，而為了保養(yǎng)的便捷性，為了簡化調整過程，應選用自動間隙調整裝置，不僅結構簡單，而且安裝位置也更為合理。。2.4.3噪音的減輕有汽車在進行制動時可能會產生兩種不同的噪音。一種是由于制動盤產生了共振造成的低頻噪音（1-4kHz）；另一種則是高頻噪音（4-16kHz）。而高頻噪聲產生的原因有很多：剎車片背板磨損,造成金屬碰撞,產生刺耳的響聲；劣質的制動盤可能會夾雜其他硬質物質使其表面不平整，會與摩擦片產生不同程度的剮蹭，從而產生噪音；制動器的客體封裝不好，在道路條件不好的路面行駛時，會有灰塵沙礫被卷入制動器中產生噪音[7]。因此不僅需要減少高頻噪音還需要通過結構上的改進來盡可能的降低因共振產生的低頻噪音。2.4.4報警裝置的添加汽車的制動性能的穩(wěn)定性和制動裝置的可靠性是關乎行駛安全最重要的一道防線，除了正常行駛對于制動裝置的磨損外，可能還會發(fā)生一些非自然因素對制動器造成磨損與毀壞，而制動器是裝在輪轂里側的，很難及時的發(fā)現其具體的使用情況。出于安全性的考慮，制動器報警裝置的安裝就顯得尤為重要[8]。2.5本章小結本次轎車結構設置在前輪配置上，采用固定鉗式的盤式制動器，配合通風盤的設計。而后者，即后輪，則使用常規(guī)的實心盤，并在后輪上額外安裝了駐車制動系統的傳動部件。通過對比轎車碟剎和鼓剎的優(yōu)劣，選擇盤式制動器作為轎車的制動器。

第三章制動器的設計3.1小鵬G3基本參數選擇的車輛為小鵬汽車2022款G3i460G如圖3-1所示：圖3-1小鵬G3汽車整車圖汽車小鵬G3基本參數如表3-1表3-SEQ表3-\*ARABIC1小鵬G3基本參數表參數名稱具體數據驅動形式前置前驅/電動整備質量1680kg滿載質量2080kg最高車速170km/h軸距2625mm質心到前軸的距離1140mm前輪輪距1546mm后輪輪距1551mm質心高度600mm輪胎規(guī)格215/55R173.2制動系主要參數的確定與選擇3.2.1制動法規(guī)可以通過比較最大制動減速度和最小制動距離來評估制動系統的性能效果制動性能的最直接體現在于制動產生的減速度和所需的制動距離，汽車只有在滿足制動法規(guī)對于制動性能要求的前提下，才可以被設計出來。下面的表3-2是我國對汽車制動減速度和制動穩(wěn)定性的具體要求：表3-SEQ表3-\*ARABIC2不同汽車制動減速度要求表機動車類型制動初速度Km/h滿載檢驗充分發(fā)出的平均減速度m/s2空載檢驗充分發(fā)出的平均減速度m/s2實驗通道寬度三輪汽車20≥3.8≥3.82.5乘用車50≥5.9≥6.22.5總質量不大于3500kg的低速貨車30≥5.2≥5.62.5其他總質量不大于3500kg的汽車50≥5.4≥5.82.5其他汽車、汽車列車30≥5.0≥5.43.0小鵬G3屬于乘用車的范疇所以其在制動初速在50Km/h的前提下，要使其滿載時減速度大于5.9m/s2。選取其制動減速度j為6.5m/s2。即可以算出其制動需要的制動力，見公式3-1：（3-1）代入數據得總的制動力=10627.5N。3.2.2制動力與分配系數的確定汽車的前后制動器制動力分配狀況對于汽車制動的穩(wěn)定性存有極大的影響，它不光決定了車輪對于附著條件的利用程度，而且至關重要的是它還能決定車輪的抱死順序。因此分析確定制動力與其分配系數不可或缺。圖3-2是汽車在水平道路上制動時受力簡圖。圖3-2汽車水平道路制動時受力簡圖圖中：——質心高度；——質心到前軸距離；——質心到后軸距離；——軸距；——汽車重力；——制動時慣性力；、——地面對前后輪的法向反作用力；、——前后車輪受到的地面制動力。（1）制動時前、后輪的地面法向反作用力小鵬G3屬于前置前驅型轎車，計算時忽略空氣阻力與地面對車輪的滾動阻力矩的影響，在車輪轉動的前提下（ω>0），必能列出如下力矩平衡方程。（3-2）式中：——制動器對前輪的制動力矩，方向與車輪旋轉方向相反，N?m;——車輪有效半徑，m?？梢栽O制動器制動力：（3-3）與是一對大小相同、方向相反的平衡力，與力的作用形式和地面制動力的大小都無關，能夠決定他的就只有制動器本身的結構，并且其與制動踏板力成正比。但是為了防止制動時出現意外，地面制動力受到的制約，其值小于地面附著力，即（3-4）式中：——地面附著系數；（此處取水平硬路面的附著系數：0.7）。由上述公式可以看出當地面制動力和制動器制動力之間存在一個上限，即地面的附著力。在制動過程中，一旦制動力達到其最大值，車輪就會抱死（不考慮防抱死系統的影響），開始在地面上進行滑動摩擦。當車輪停止轉動時，一旦達到地面制動力的最大值，即地面附著力，它就不會增加，但由于踏板力的增加導致摩擦力矩的增加，制動力則會繼續(xù)增加[9]。圖3-3為制動力與踏板力關系圖。圖3-3制動力與踏板力關系圖已知質心到前軸的距離=1140mm，軸距為2550mm，質心到后軸的距離為1410mm，通過受力分析可以得出前后車輪所受地面的反作用力、的大小。分別以左端接地點和右端接力點做力矩平衡公式可得：（3-5）（3-6）（2）地面附著力與制動力分配系數對于沒有安裝ABS防抱死系統的車來說，在制動力足夠的前提下，會出現三種可能的制動情況：（1）前輪出現抱死并拖行，而后輪接著抱死且拖滑。（2）后輪產生抱死并拖行，而前輪隨后抱死且拖滑。（3）前后輪同時抱死拖行。在一種穩(wěn)定工況下，如果發(fā)生前輪鎖死，將導致失去轉向控制，同時無法充分利用輪胎與地面的附著力。另一種情況是在不穩(wěn)定工況下，并且有概率出現后軸側滑現象，是不可取的工況，應該極力的去避免這種情況的發(fā)生；最后一種工況只有當在最大的制動強度時才會發(fā)生，他不會輕易的使汽車失去轉向能力，且不會發(fā)生側滑等危險的工況，它比前兩種情況在剎車時,車子的方向穩(wěn)定性是最好的。下式為第三種情況的地面附著力計算公式。-該種形式要滿足如下條件：（3-7）7（3-8）式中、為前后車輪制動器的制動力。綜合式3-7、3-8可知，前后車輪在同時抱死后，可以得到、關于φ的函數，將其消去φ可得(3-9)可以得出制動力分配系數β(3-10)進而得到前后輪制動力經過比較前后輪的制動力和其地面附著力，其制動力沒有大于地面附著力所以設計滿足實際。3.2.3同步附著系數同步附著系數φ0在制動時對汽車的方向穩(wěn)定性有制動性能的一個關鍵影響因素是其結構參數，特別是對于前后剎車制動力比例固定的車輛而言前后車輪同時抱死的苛刻的,必須等其附著力相等時才會出現這種情況。同步附著系數的計算公式如下：3.2.4制動器制動力矩的確定根據同步附著系數來算，我們可以通過公式計算出前、后輪制動力矩的比值，即式中，、分別為前、后制動器的制動力矩。查得小鵬G3的前輪有效半徑re為0.270m。下列公式為制動力矩公式，（3-11）（3-12）代入具體數據得：前軸的制動力矩。其分配到每個車輪的制動力矩為1032.9N?m。3.2.5制動器效能因數制動效能因數（Bef）的本質反映了制動器輸出的力或扭矩能力，它表示的是單位輸入壓力或力下的制動效果。它可以作為制動器效能的評價標準，定義是在制動盤或者制動鼓作用半徑上產生的摩擦力與輸入力之比[10]，如下述公式所示：（3-13）式中，Tf代表制動器的摩擦力矩，R是制動鼓或盤的有效作用半徑，而P是兩個制動片之間的壓緊力。在該設計中，采用固定鉗式盤式制動器，其兩側的摩擦襯塊均勻地對制動盤施加等大的壓緊力P。根據受力情況分析，很容易得到制動盤摩擦面上受到的摩擦力為2fP(f為制動盤表面于摩擦塊的摩擦系數)，聯立上述公式，得（3-14）從最后得到的公式3-25可以看出效能因數隨著摩擦因數的變化而發(fā)生改變，在此過程中，曲線的變化程度與制動性能的穩(wěn)定性和均勻平滑性有著密不可分的關系。圖3-4是現在已有不同類型制動器的制動效能曲線分析。圖3-4制動效能曲線1-雙向增力式2-雙領蹄式3-領從蹄式4-雙從蹄式5-盤式盤式制動器的效能因數隨摩擦因數的增大制動效能也會相應的增大，但是摩擦系數過高的話車輪就會更容易出現抱死現象，使車輛的安全性下降;過低又會導致剎車不靈敏及制動距離增長[11]。綜合考慮下來在摩擦系數取0.35時，效果最好，其制動效能因數如下式所述3.3制動器主要參數的確定3.3.1制動盤（1）制動盤直徑D制動盤直徑作為一個重要參數，其大小對制動效果的影響較為顯著。直徑越大的剎車力矩往往會得到更大的提升,從而達到更好的剎車效果。原則上,剎車盤的有效剎車半徑可以選擇更大的直徑。然而，剎車盤的尺寸不能無限制地擴大，受限于輪圈直徑，其通常保持在輪圈直徑的70%至79%范圍內，對于質量大的汽車與貨車取上限值。本次設計針對小鵬G3，其輪胎型號為215/55R17，即內徑為17英尺，換算成毫米：17×25.4=431.8mm。制動盤直徑就在284.5mm到321.1mm中選取。初定制動盤直徑為300mm。（2）制動盤厚度h制動盤厚度的選取直接影響了制動盤的質量，如果厚度取得過大，則盤的總體質量就會過大，這樣就與輕量化的初衷相違背了。但是同樣，如果厚度取得過小，則盤的溫度就會升高的過快，從而影響整個制動系統的安全性。所以要合理的選擇制動盤的厚度。出于輕量化與更好的性能來說，通風盤肯定是個最優(yōu)選擇。它相較于實心盤有著更好的通風效能，并且在剎車制動時，制動塊與制動盤摩擦產生的熱能能夠通過制動盤之間的鏤空結構加速空氣的流通，從而獲得更好的散熱。散熱性能差不多比實心盤提高了個20%到30%左右。本次設計初定制動盤厚度為22mm。（3）制動盤結構通風盤式制動器不像傳統的制動盤是實心的，這樣既可以在減輕質量的過程中保證強度剛度要求，它還能使空氣產生對流,通過汽車行駛過程中產生的離心力來加強散熱能力。通風盤的樣式也各有不同，本次設計選擇的是按照每30度一個斜向鍵將兩制動盤視覺上分成兩塊，如圖3-5、3-6所示。圖3-5制動盤剖面圖圖3-6制動盤側視圖（4）制動盤材料的選取制動卡鉗可由鑄鐵、球墨鑄鐵QT400-18或輕質合金如鋁合金通過壓鑄制成。它們可以設計成單一整體結構，或者分成兩半，通過螺栓連接即可。四周有開孔,方便不更換剎車片。剎車鉗體要有一定的力度和剛性。在卡鉗的身體上做一個剎車缸。將活塞的開口端向剎車塊外側推,可降低剎車液的熱量?；钊怯设T鋁制成的,鍍鉻可以增強活塞工作表面的抗損性。制動卡鉗能夠被安裝在轎車的前后車軸位置。前端卡鉗有助于阻擋飛濺的泥土和水，而后端卡鉗則有助于減輕輪轂軸承的負載。在本項目中，我們將采用可鍛鑄鐵材料、整體式和鍍鉻制動卡鉗。（5）制動盤工作面加工精度要求a.平面度允許差值為0.012mmb.表面粗糙度為Ra0.7——1.3μmc.制動盤兩端面的平行度不應大于0.05mmd.制動盤的端面圓跳動不應大于0.03mm3.3.2摩擦襯塊（1）摩擦襯塊的內外半徑摩擦襯塊是與制動盤直接接觸的摩擦材料。制動塊由摩擦材料和底板組成，摩擦襯塊的外半徑R2與內半徑R1之比不大于1.5。如果這個比率定得太過,則由于外部摩擦受力墊在車體外緣與內部摩擦受力墊在操縱運動過程和其中的運動圓周和旋轉速度之間的比率差異較大,其中所產生的摩擦磨損不均勻,接觸點的面積可能會逐漸增大減小,并且這就使得最終的汽車制動量和力矩也可能會因此發(fā)生巨大的變化[12]。通過檢查了解這款轎車內部摩擦防護墊的內徑間距r1和外徑間距r2的測量尺寸,分別應該是110mm和158mm。在過去，由于車輪制動器的撓性不佳，普遍傾向于使用模壓材料來制造制動襯片，這要求根據制動器襯片的具體規(guī)格進行模壓加工。這種方式的優(yōu)勢在于可以選用多種不同的聚合樹脂材料，從而賦予制動襯片不同的摩擦性能和其他特性。而在本次畢業(yè)設計中，選擇了性能更優(yōu)且更具環(huán)保性的半金屬材料。這種材料的摩擦系數為f=0.4。摩擦襯塊內外徑如圖3-7.圖3-7摩擦襯塊內外半徑判斷摩擦襯塊內外半徑的合理性，可以用如下公式進行驗證：（3-15）對于扇形摩擦塊，若其徑向寬度處于標準范圍，既不寬大也不狹窄，則其作用半徑可以近似看作是平均半徑或有效半徑。平均半徑的計算公式如下所示：（3-16）式中，R1、R2是摩擦襯塊扇形表面的內半徑與外半徑，在上述介紹中已經給出。等效半徑Re是摩擦面形心到制動盤中心的距離，如下式所示：（3-17）式中，。得到等效半徑為0.71m。（2）摩擦襯塊工作面積A摩擦襯塊的工作面積不是憑空確定的，他首先要去確定襯塊單位面積的占有的汽車質量，通過查閱資料得知一般在1.6-3.5kg/[13]。取摩擦襯塊夾角θ為70°，其工作面積A的計算如下式所述：（3）摩擦襯塊的結構與材料為了防止制動塊襯板因壓力不均而卷曲產生噪音，活塞應盡量均勻地壓迫整個制動塊表面。制動塊的背板通常使用鋼質材料。此外，許多盤式制動系統在襯片磨損至臨界水平時，會配備報警機制，以便及時更換摩擦襯片。初選摩擦片厚度為10mm。制動塊如圖3-8所示。圖3-8制動塊本次設計的摩擦襯塊結構如下圖所示，在摩擦襯塊中間開了一條深度為2mm，寬度為5mm的槽。這條槽可以在制動過程中排出摩擦產生的一些磨屑跟氣體。通過開一條槽的方式可以改變產品的固有頻率,從而在一定程度上降低制動摩擦時產生的噪音[14]。摩擦襯塊作為關鍵的摩擦介質，需具備優(yōu)異的摩擦特性，包括穩(wěn)定的摩擦系數和出色的耐熱衰減能力。摩擦片不應在溫度達到特定極限時失去這些性能，就會失去摩擦能力（摩擦系數急劇下降）。除此之外摩擦襯塊還需要有較高的強度與剛度，與此同時耐沖擊能力也是一個很重要的性能指標。在整個二十世紀對于摩擦材料的選取總是繞不開石棉，其憑借著較高的耐熱性、機械強度與低廉的價格一直是制動器摩擦襯塊的主要材料。但是在GB12676-2014《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》中明確指出制動襯片不應含有石棉，因其對人體的不良影響。所以石棉材料就不在本次設計的選擇之內了，目前市場上主流的材料有樹脂基剎車材料、粉末冶金剎車材料、碳復合剎車材料、陶瓷基剎車材料等等[15]。目前小鵬G3上采取的大多是陶瓷基復合材料，它比傳統的灰鑄鐵剎車片要要輕上60%，而且特別耐用，一般來說在正常使用的情況下，無需更換。但是使用過程中為了避免溫度過高的情況發(fā)生，剎車襯片應設有隔熱材料。摩擦襯塊結構圖3-9所示。圖3-9摩擦襯塊結構（4）摩擦底板材料的選取一般來說摩擦底板可以選擇鋼板，但是出于輕量化和高性能的考慮，可以選擇鋁制合金作為背板材料。（5）摩擦襯塊磨損特性的計算磨擦襯塊的磨壞會受多種因素的影響，列如溫度、摩擦力、制動盤與制動塊材質甚至與加工的狀況都有關系，因此在理論上去準確地計算出磨損性能是特別困難。所以可以從其他的角度去將其磨壞程度體現出來。在汽車進行制動時，本質上是將機械能（動能）的其中一部分轉換成熱能并且向空氣中釋放的過程。當汽車進行緊急制動時，制動強度特別大，自然而然地機械能轉化的熱量也就越多。在這時沒有其他的零件去承擔動能耗散任務。由于汽車類型和型號存在差別，其摩擦襯塊的形狀與面積就會各不相同，所以沒法直觀的去評價每個制動襯塊的能量負荷，所以這里就引出了比能量耗散率，亦稱為單位功負荷，指的是單位時間內單位摩擦面積所耗散的能量。以下為常規(guī)雙軸汽車所對應的比能量耗散率數據的一系列計算公式：（3-18）（3-19）（3-20）式中，表征著汽車總質量（t）；表征著汽車回轉質量換算系數；、表征著制動初速度與終速度（m/s）；表征著制動減速度（m/s2）；t表征著制動時間；、表征著前后制動塊摩擦面積（mm2）；表征著制動力分配系數。此時=0，可以近似認為=1，本次設計是針對小鵬G3的前輪制動器，有關文獻規(guī)定乘用車在計算時初速度取100km/h（27.8m/s）；制動減速度=0.7，故可以列出如下公式：參照相關要求，乘用車的盤式制動器的比能量耗散率必須小于等于6.0W/mm2，此設計和有關標準相符。3.3.2制動鉗制動鉗是橫跨制動盤兩側的殼體，其中包含有制動塊與液壓活塞缸中，泵送的活塞在液壓油的壓力下驅動摩擦片與制動盤接觸，通過摩擦作用實現制動過程。制作鉗體的材料需要有較好的力學性能和足夠的強度剛度，在這里選擇了球墨鑄鐵QT400-18作為鉗體的主要材料。一般來制動油缸有兩種形式：一種是在制作鉗體的時候就已經加工出來了，這就只需要去選擇合適的活塞裝入其中;另一種則是將油缸單獨制作，然后嵌入到鉗體中。定鉗盤式制動器一般來說選取的是兩側單個活塞的布置形式，雖說這種布置形式相較于浮動鉗盤式制動器來說有一定的優(yōu)勢，但是為了提高液壓系統更加可靠與靈敏，將在鉗體的每一側都設置串聯在一起的兩個活塞缸，這樣每側制動塊在兩個液壓活塞共同推動下，力分布的更加均勻使制動過程變得平衡在整個制動鉗結構，嵌體三維圖建模如圖3-10所示，嵌體透視圖如圖3-11所示。圖3-10鉗體三維建模圖圖3-11鉗體透視圖三維圖3.3.3襯塊報警裝置襯塊作為與摩擦盤直接接觸的零件，盡管他有很好的摩擦性能，可能選取性能較高的材料之后可以一直不用更換，但是為了以防萬一，可能伴隨著多次制動的進行，其摩擦消耗量會一點點的增加。當磨損量達到一定厚度時，制動性能就不可靠，容易造成安全事故。所以設置一個安全報警裝置就顯得尤為重要，它可以在摩擦塊磨損量達到一定厚度時提醒車主及時更換。3.3.4制動器間隙及調整制動器制動間隙指的是制動器不工作即摩擦襯塊沒有和制動盤緊緊接觸在一起時，他們之間的距離。這個距離的存在是很有必要的，這是保證制動盤能轉動的根本。如果沒有這個距離制動盤就會一直處于鎖死狀態(tài)，而這個距離的選取也會很大程度上影響制動性能的好壞。一方面,若制動間隙過窄，可能導致制動踏板釋放后未能完全解除制動力，這會增加制動器過熱的風險，并加速摩擦襯片的磨損,使車輛的油耗問題加重；另一方面如果制動間隙過大的話，當遇到緊急情況踩下制動踏板后，力還需要一段時間后才可以使摩擦片與制動盤相結合，導致制動器反應時間的增加，直接威脅了行駛的安全性。一般鼓式制動器的設定間隙為0.2～0.5mm；盤式制動器的為0.1～0.3mm（兩側間隙的總和）。但是考慮到在實際使用中，摩擦會導致機械臂變形與熱膨脹現象。在本次設計中，初選盤式制動器間隙為0.2mm，即每一側的間隙都為0.1mm。在GB13676-2014《商用車輛和掛車制動系統技術要求及實驗方法》中指出：制動器在使用過程中，發(fā)生磨損的現象，不能通過智能化去進行自動調節(jié)，必須要我們通過手動的方式，用以補償制動間隙，制動器控制裝置、能量傳輸裝置和執(zhí)行器部件必須有一定的備用行程。如有必要，還必須提供合適的補償裝置。剎車性能可以得到保證，不需要立即調整剎車間隙，即使在剎車發(fā)熱或剎車片磨損到一定程度時也是如此。現在的主流趨勢都是安裝自動調整裝置。在定鉗盤式制動器中，制動間隙小并且制動盤受熱膨脹之后的變形量也不是很大，所以在本次設計中選擇了一次調準式間隙自調裝置[16]。3.4制動系統性能要求3.4.1制動時汽車方向穩(wěn)定性的要求車輛于制動之際的方向穩(wěn)定性，意為其在進行制動時可以維持直線行進抑或依照駕駛員意向轉變方向的能力。如果車輛在制動時偏離方向，后輪打滑或前輪失去轉向能力而失去控制并偏離原定方向，則不符合方向穩(wěn)定性的要求[17]。制動跑偏是汽車自動向一側偏向行駛的現象，而且當跑偏嚴重時就會發(fā)生后軸側滑。這個現象對行駛安全有著很大的影響，制動跑偏的產生有著如下原因：（1）汽車兩側制動器不能均勻分配制動力。（2）懸架導向桿和轉向系拉桿存在干擾。（3）車輛兩側沒有合理裝載。（4）左右車輪接觸地面的附著力存在差別。3.4.2制動距離S的要求汽車剎車的距離不僅僅是制動距離，它還會有一段的反應距離，這段距離是可以控制的。在車輛正常行駛時，在駕駛員注意到前方緊急情況并需實施緊急制動時，從察覺到情況至踩下制動踏板產生制動效果之間的延遲稱為反應時間。在此期間，車輛繼續(xù)行駛的距離則被定義為反應距離。這段距離的長短與駕駛員的反應速度與汽車踏板力產生前的車輛速度密不可分。顯然駕駛員駕駛越熟練，其反應時間就會越快，這有助于減少反應距離。至于制動距離，它是指從制動踏板被踩下到車輛完全停止期間，輪胎在地面滑動所覆蓋的距離。制動距離受車輛速度、路面附著系數以及制動系統的制動力等因素影響。下面公式是有關制動距離S的計算公式：（3-21）式中：為制動機構的滯后時間（消除制動盤與襯塊間隙時間），取0.1s；為制動力擴大過程所需的時間；為制動的最初速度，取50km/h。代入得：(3-)根據我國的車輛制動法規(guī)規(guī)定，對于汽車空載時制動距離的要求如表3-3所示：:表3-SEQ表3-\*ARABIC3國家標準《機動車運行安全技術條件》機動車類型制動初速度km/h空載檢驗制動距離要求m滿載檢驗制動距離要求m實驗通道寬度m三輪汽車20≤5.02.5乘用車50≤19.0≤20.02.5總質量小于或等于3500kg的低速貨車30≤8.0≤9.02.5其他總質量小與或者等于3500kg的汽車50≤21.0≤22.02.5鉸接客車、鉸接式無軌電車、汽車列車（乘用車列車除外）30≤9.5≤10.53.0其他汽車、乘用列車30≤9.0≤10.03.0兩輪普通摩托車30≤7.0—邊三輪摩托車30≤8.02.5正三輪摩托車30≤7.52.3輕便摩托車20≤4.0—輪式拖拉機運輸機組20≤6.0≤6.53.0手扶變型運輸機20≤6.52.3小鵬G3作為乘用車其制動距離在安全制動距離之內，符合設計要求。3.5本章小結通過計算碟剎的剎車剎車力度等相關參數,確定轎車碟剎直徑大小內外徑大小的摩擦襯片。

第四章參數校核4.1制動器的熱容量和溫升的核算制動器的熱容量和溫升是否符合以下條件,應進行核算：(4-1)式中：——制動盤的總體質量；初選=20kg——剎車盤所連接的熱敏感金屬部件（包括輪轂、輻條、輪圈、制動卡鉗及車身等）的總質量；初選=30kg——制動盤材料與鑄鐵的比熱容對比。=482J／(kg·K)對鋁合金c=880J／(kg·K)；=482J/(kg·K)——連接剎車盤的的比熱容；==482J/(kg·K) ——制動鼓(盤)的溫升(一次由=20km/h到完全停車的強烈制動初選=14℃溫升不應超過15℃)；JL——在滿載汽車制動過程中，動能轉化成的熱能可被前后的剎車系統完全吸收。由于剎車動作迅速，這部分熱能被認為是剎車時產生的，并根據前后軸制動力分配給前后的制動器。(4-2)(4-3)式中——整車滿載的總體質量；=2080kg——整車制動時的最初速度可以取va=20m/s；——整車制動器制動力分配系數可以取=0.732=J而337400296460符合要求因此制動器的升溫和熱容量符合要求。4.2制動器的調試4.2.1制動盤的技術要求(1)制動片的接觸表面需保持清潔且干燥，在裝配及運輸過程中應避免任何油漬粘附。(2)制動盤在車輛上的安裝需使用輻板螺栓，并施加70至80N·m的扭矩進行緊固。制動盤兩摩擦面的偏擺度應控制在0.10毫米以內。(3)制動盤使用的材料為HT250，符合GB9439-88標準。4.2.2制動鉗技術總成要求(1)在裝配前，各部件應徹底清潔并吹干，橡膠件需用無腐蝕性清洗劑處理。裝配過程中禁用礦物油，并避免雜質進入缸體。(2)在安裝活塞和密封圈前，應在鉗體內孔和活塞上涂抹規(guī)定量的制動液，以保護作業(yè)面。在組裝防塵罩前，其內雙環(huán)位置應涂抹適量7502號硅脂?；钊芊馊π柙?0°C下用橡膠潤滑脂浸泡12小時，裝配時涂抹GZ85011橡膠潤滑脂。注意活塞密封圈不得硬塞，應輕輕推入鉗體缸孔中。(3)裝