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大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目:金杯載貨汽車的制動系統(tǒng)設(shè)計
系 部 名 稱
專業(yè)班級
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師
一、 本課題的研究目的和意義
汽車制動系是用以強制行駛中的汽車減速或停車、使下坡行駛的汽車的車速保持穩(wěn)定以及使停駛的汽車在原地（包括在斜面上）駐留不動的機構(gòu)。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行車安全，汽車制動系的工作可靠性顯得日益嚴重。也只有制動性能良好、制動系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮動力性能。
隨著車輛技術(shù)的進步和汽車行駛速度的提高，發(fā)達國家正在將大量先進技術(shù)應(yīng)用到提高商用車的制動性能方面。除了傳統(tǒng)的制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）、電子控制系統(tǒng)（EBS）、巡航控制系統(tǒng)（ACC）燈系統(tǒng)外，制動系統(tǒng)的零部件如空壓機、制動器燈技術(shù)領(lǐng)域也日益模塊化、高可靠性發(fā)展。近幾年伴隨著中國商用車的迅猛發(fā)展，其制動系統(tǒng)也發(fā)生著深刻的變化，主要體現(xiàn)在制動系統(tǒng)總體性能的逐步提高和電子化的應(yīng)用等方面。
我國目前將GB12676—1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和實驗方法》、GB7258—2004《機動性運行安全技術(shù)條件》、GB/T13594—2003《機動車和掛車防爆制動性能和試驗報告》GB18565——2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》等作為汽車制動標(biāo)準(zhǔn)中最為重要的汽車制動系統(tǒng)的強制性標(biāo)準(zhǔn)。它們對汽車行車制動、應(yīng)急制動和駐車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能要求和評價方法做出了明確的規(guī)定。其中，有關(guān)應(yīng)急制動、制動系統(tǒng)部分失效時的剩余制動性能和行車制動系統(tǒng)雙回路控制的規(guī)定對商用車安全性的提高更具有重要的意義。
本設(shè)計根據(jù)金杯載貨汽車的整車參數(shù)進行汽車前后軸載荷計算；前后軸所需最大制動力矩計算；前后軸制動力矩分配理想曲線的分析以及制動系統(tǒng)中主要組成部件的計算、分析以及確定各部件的設(shè)計方案，以使汽車制動系統(tǒng)的零部件滿足汽車制動的需要。使前后軸制動力分配符合或接近理想制動力分配的要求，從而提高汽車制動時的制動效能以及制動效能的穩(wěn)定性，提高汽車的行駛安全性。
通過本次設(shè)計可綜合運用《汽車構(gòu)造》、《汽車理論》、《汽車設(shè)計》、《專用車輛設(shè)計》等課程的知識，達到綜合訓(xùn)練的效果。對汽車制動系統(tǒng)各部分的組成及功用有了更深入的了解。由于本題目模擬工程一線實際情況，自己通過畢業(yè)設(shè)計可與工程實踐直接接觸，強調(diào)設(shè)計的獨創(chuàng)性和實用性，培養(yǎng)和提高設(shè)計者獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅實基礎(chǔ)。
二、 本課題的主要研究內(nèi)容
制定出制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，確定制動系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù),為金杯載貨汽車設(shè)計制動系，完成其總裝配圖、部分零件圖和分總成圖；
三、 文獻綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）
汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通運輸工具。汽車制動系是汽車底盤上的一個重要系統(tǒng)，它是制約汽車運動的裝置。而制動器又是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，人們對安全性、可靠性要求越來越高，為保證人身和車輛的安全，必須為汽車配備十分可靠的制動系統(tǒng)。汽車的制動性是汽車的主要性能之一。自從汽車誕生之日起，汽車的制動性就顯得至關(guān)重要；并且隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和汽車行駛車速的提高，其重要性也顯得越來越明顯。制動性直接關(guān)系到交通安全，重大交通事故往往與制動距離太長、緊急制動時發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)。
汽車制動性就是指汽車行駛時能在短距離內(nèi)停車并且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力，以及汽車在一定坡道上能長時間停車不動的駐車制動器性能。汽車的制動性主要由制動效能、制動效能的恒定性和制動時汽車的方向穩(wěn)定性三方面來評價。
1、 制動效能：
即制動距離與制動減速度，是指在良好路面上，汽車以一定初速制動到停車的制動距離或制動時汽車的減速度，是制動性能最基本的評價指標(biāo)。制動距離與汽車的行駛安全有直接的關(guān)系，它指的是汽車空檔時以一定初速，從駕駛員踩著制動踏板開始到汽車停止為止所駛過的距離。制動距離與制動踏板力以及路面附著條件有關(guān)。制動減速度反映了地面制動力，因此它與制動器制動力（車輪滾動時）及附著力（車輪抱死拖滑時）有關(guān)。由于各種汽車動力性不同，對制動效能的要求也就不同：一般轎車、輕型貨車的行駛速度高，所以要求其制動效能也高；而重型貨車行駛速度相對較低，其制動效能的要求也就稍低一些。
2、 制動效能的恒定性：
制動過程實際上是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)化為熱能，汽車在繁重的工作條件下制動時（例如下長坡長時間、連續(xù)制動）或高速制動時，制動器溫度常在300°C以上，有時甚至達到600-700°C，制動器溫度上升后，摩擦力矩將顯著下降，這種現(xiàn)象就稱為制動器的熱衰退。所以制動器溫度升高后，能否保持在冷狀態(tài)時的制動效能已成為設(shè)計制動器時要考慮的一個重要問題。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動時制動效能保持的程度，稱為抗熱衰退性能。制動器抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動時制動效能的保持程度來衡量。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)草案ISO／DIS6597，要求以一定車速連續(xù)制動15次，每次的制動強度為3m／s2，最后的制動效能應(yīng)不低于規(guī)定的冷試驗制動效能（5.8m／s2）的60％（在制動踏板力相同的條件下）。制動器抗熱衰退性能與制動器材料和制動器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。
此外，汽車在涉水行駛后，制動器還存在水衰退的問題。當(dāng)汽車涉水時，水進入制動器，短時間內(nèi)制動效能的降低稱為水衰退。汽車應(yīng)該在短時間內(nèi)迅速恢復(fù)原有的制動效能。
3、制動時汽車的方向穩(wěn)定性：
即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。制動過程中，有時會出現(xiàn)制動跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力而使汽車失去控制離開原來的行駛方向，甚至發(fā)生撞入對方車輛行駛軌道、下溝、滑下山坡的危險情況。一般把汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力稱為制動時汽車的方向穩(wěn)定性。制動時方向穩(wěn)定性合格的車輛在試驗過程中不允許產(chǎn)生不可控制的效應(yīng)使它離開一定寬度的試驗通道。
制動時汽車自動向左或向右偏駛稱為“制動跑偏”。造成汽車制動時跑偏的原因有兩個：一是汽車左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）制動器動力不相等；二是制動時懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運動學(xué)上的不協(xié)調(diào)（互相干涉）。其中第一個原因是制造、調(diào)整誤差造成的，汽車究竟向左還是向右跑偏，要根據(jù)具體的情況而定；而第二個原因是設(shè)計造成的，制動時汽車總是向左（或向右）一方跑偏。側(cè)滑是指制動時汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動。其中最危險的情況是在告訴制動時發(fā)生后軸側(cè)滑，此時汽車常發(fā)生不規(guī)則的急劇回轉(zhuǎn)運動而失去控制，嚴重時甚至可使汽車調(diào)頭。 前輪失去轉(zhuǎn)向能力是指汽車的彎道制動時，汽車不再按原來彎道行駛而是沿彎道切線方向駛出，和直線行駛制動時轉(zhuǎn)動方向盤汽車仍按直線方向行駛的現(xiàn)象。
側(cè)滑和跑偏是有聯(lián)系的，嚴重的跑偏會引起后軸側(cè)滑，而易于發(fā)生側(cè)滑的汽車也有加劇跑偏的趨勢。失去轉(zhuǎn)向能力和后軸側(cè)滑也是有聯(lián)系的，一般汽車如果后軸不會側(cè)滑，前輪就可能失去轉(zhuǎn)向能力；后軸側(cè)滑，則前輪常仍有轉(zhuǎn)向能力。由實驗和理論分析得出一個結(jié)論，制動時若后軸車輪比前軸車輪先抱死拖滑，就可能出現(xiàn)后軸側(cè)滑；若能使前、后軸車輪同時抱死或前軸車輪先抱死、后軸車輪抱死或不抱死，則能防止后軸側(cè)滑。不過若前軸車輪抱死，汽車將失去轉(zhuǎn)向能力。
制動跑偏、側(cè)滑和前輪失去轉(zhuǎn)向能力是造成交通事故的重要原因。一些國家對交通事故的統(tǒng)計表明，發(fā)生人身傷亡的交通事故中，在潮濕路面上約有1／3與側(cè)滑有關(guān)；在冰雪路面上有70％-80％與側(cè)滑有關(guān)。而根據(jù)對側(cè)滑事故的分析，發(fā)現(xiàn)有50％是由制動引起的。因此，從保證汽車制動時的方向穩(wěn)定性的角度出發(fā)，首先不能出現(xiàn)只有后軸車輪抱死或后軸車輪比前軸車輪先抱死的情況，以防止危險的后軸側(cè)滑?鴉其次，應(yīng)盡量少出現(xiàn)只有前軸車輪抱死或前、后軸車輪都抱死的情況，以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力。最理想的情況是，防止任何車輪抱死，前、后車輪都處于滾動的狀態(tài)，這樣就可以確保制動時的方向穩(wěn)定性。因此，各國都制訂了一些規(guī)范來對汽車制動器的制動性提出要求。
制動器有兩種型式：盤式制動器和鼓式制動器。前面提到，制動過程是把汽車行駛的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而高溫會使制動器出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，因此，制動器的散熱能力至關(guān)重要。鼓式制動器是最早的汽車制動器，當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱性能差和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降，因此在近三十年中，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟類轎車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。典型的鼓式制動器主要由底板、制動鼓、制動蹄、輪缸（制動分泵）、回位彈簧、定位銷等零部件組成。底板安裝在車軸的固定位置上，它是固定不動的，上面裝有制動蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷，承受制動時的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個鼓有一對制動蹄，制動蹄上有摩擦襯片。制動鼓則是安裝在輪轂上，是隨車輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似圓鼓狀。當(dāng)制動時，輪缸活塞推動制動壓迫制動鼓，制動鼓受到摩擦減速，迫使車輪停止轉(zhuǎn)動。 盤式制動器又稱為碟式制動器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動盤、分泵、制動鉗、油管等。制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動；分泵固定在制動器的底板上固定不動；制動鉗上的兩個摩擦片分別裝在制動盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動摩擦片壓向制動盤發(fā)生摩擦制動，動作起來就好像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣（圖四）。這種制動器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡單，調(diào)整方便。特別是高負載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動比鼓式制動更容易在較短的時間內(nèi)令車停下。有些盤式制動器的制動盤上還開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動效率。當(dāng)然盤式制動器也有自己的缺陷。例如對制動器和制動管路的制造要求較高，摩擦片的耗損量較大，成本貴，而且由于摩擦片的面積小，相對摩擦的工作面也較小，需要的制動液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用，所以只能適用于輕型車上。
車輛在行駛過程中要頻繁進行制動操作，由于制動性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全，因此制動性能是車輛非常重要的性能之一，改善汽車的制動性能始終是汽車設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)車輛制動時，由于車輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導(dǎo)致汽車的速度逐漸減小至零，對這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動系統(tǒng)的分析和設(shè)計，因此制動過程受力情況分析是車輛試驗和設(shè)計的基礎(chǔ)，由于這一過程較為復(fù)雜，因此一般在實際中只能建立簡化模型分析，通常人們主要從三個方面來對制動過程進行分析和評價：
（1）制動效能:即制動距離與制動減速度；
（2）制動效能的恒定性：即抗熱衰退性；
（3）制動時汽車的方向穩(wěn)定性；
目前，對于整車制動系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺架進行，由于在汽車道路試驗中車輪扭矩不易測量，因此，多數(shù)有關(guān)傳動系!制動系的試驗均通過間接測量來進行汽車在道路上行駛，其車輪與地面的作用力是汽車運動變化的根據(jù)，在汽車道路試驗中，如果能夠方便地測量出車輪上扭矩的變化，則可為汽車整車制動系統(tǒng)性能研究提供更全面的試驗數(shù)據(jù)和性能評價。
現(xiàn)代汽車制動控制技術(shù)正朝著電子制動控制方向發(fā)展。全電制動控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車電子制動控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng)如汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動式方向擺動穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng)，未來的汽車中就不存在孤立的制動控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在一個ECU中，并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛控制的智能化。
四、 研究思路和方法
通過查閱收集參考車型的相關(guān)資料，依據(jù)所學(xué)的《汽車理論》，《汽車設(shè)計》，《汽車構(gòu)造》等課程的知識，完成金杯載貨汽車制動系統(tǒng)的設(shè)計。具體研究技術(shù)路線如下:
汽車制動系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)資料收集
駐車制動器設(shè)計計算分析
行車制動器設(shè)計計算分析
理論最大制動力矩計算分析
汽車理想制動狀態(tài)計算分析
制動器主要零部件的設(shè)計計算
制動器設(shè)計及計算
制動系主要參數(shù)的確定
制動器結(jié)構(gòu)形式的選擇
制動驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇及計算分析
制動器設(shè)計校核計算分析
五、 本課題的進度安排
1、第1周布置和明確設(shè)計任務(wù)，收集相關(guān)設(shè)計資料。
2、2~3周熟悉工作流程，完成方案設(shè)計。
3、4~5周完成開題報告。
4、6~11周對設(shè)計任務(wù)進行設(shè)計實現(xiàn)。
5、12~14周撰寫和修改學(xué)位論文。
6、15周熟悉答辯流程，進行論文答辯。
六、 參考文獻
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