汽车制动系统设计程序的开发外文翻译资料

 2022-05-26 21:35:02

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汽车制动系统设计程序的开发

摘要：

评估车辆的制动性能是相当具有挑战性的，因为制动系统由许多部件组成，包括助力器，主缸和卡钳。通过车辆测试计算诸如制动力之类的特性需要很多时间和金钱。因此，开发一种使用定性方法估算车辆制动性能的方法是有益的。在这项研究中，提出了一个可以分析车辆制动能力的程序，例如压力，效率和踏板行程。制动过程中盘片温度的增加以及各种助推器的特性可以使用所提议的程序进行计算。配备有负载敏感比例阀（LSPV）的车辆的动态特性通过根据悬架系统的位移获得阀压力的变化而得到更精确的计算。由于所有输入和输出文件都以Microsoft Excel格式组成，因此可以轻松完成设计数据管理和数据库构建。

关键字：制动性能，踏板行程，制动力，负载传感比例阀

：加速度； WDF,WDR：轴动载荷的转移； l：轮距； h：质心高度； BF,BR：前，后理想制动力； LPIF,LPIR:前，后理想线压力； LPAF,LPAR：前，后实际线压力； TPF,TPR：前，后阈值压力； CF,CR：前，后制动常数； PC：阀门切入点压力； Fpedal：踏板力；F0：踏板失效力； ：踏板助力器传动比； ：踏板制动效率；Finp,Fout：助力器输入力，输出力； K：助力器伺服比； R：轮胎半径； Reff：轮胎有效半径；AC：卡尺的面积； NP：活塞的数量； BF：制动系数。

  1. 引言

在车辆的各种驾驶特性中，对于车辆安全而言，制动性能应该是首要考虑因素。制动系统由许多部件组成，如踏板，助力器，主缸，阀门和车轮制动器。为了设计满足制动性能要求的系统，必须同时考虑每个部件的特性对整个系统的影响。但是，通过实际的汽车测试预测制动性能需要大量的时间，人力和成本。为了克服这个问题，大多数研究制动系统的公司和研究机构开发了一个有针对性的程序并将其应用到实际的设计中。

迄今为止人们已经对制动性能进行了大量的研究。 Puleo（1970年）研究了制动力分配装置，而Limpert（1971年,1974年）和Nakaura（1977年）引入了计算制动力分配的理论和实验方法。Gatt（1977年），Bisimis（1979年）和Ivanov and Belous（2005年）等人研究了防抱死制动系统（ABS）及其保证转向安全的能力。研发汽车零部件的Bosch（2003年）研究ABS，并介绍了通过经验和实验获得的数据支持的车辆位置控制理论，也已经研究了使用计算机的车辆的制动性能的预测。Choi等人（2004年）用轮胎的有限元模型研究了制动距离，Hong和Huh（2004年）研究了使用轮胎的动态模型估算制动力和道路摩擦系数的方法。让人特别感兴趣的是，Suh等人（2001年）制定了计算半挂车车辆制动性能的计划。Kim和Rhim（1992年）研究了踏板力对制动装置特性的影响，Jung和Lee（2004年）根据减速度和踏板力的变化预测了车辆的包容性制动性能。

尽管许多开发的程序依赖于使用车辆动态运动的制动性能计算，但他们无法考虑制动期间可能出现的制动盘温度上升和增压器压力变化。特别是在配备有负载传感比例阀（LSPV）的车辆的情况下，根据减速度变化简单地通过后桥重量变化来计算阀切入压力，而不考虑阀的特性。因此，结果往往不同于真实实验的结果。而且，根据目前汽车行业全球化的趋势，相关技术的部分生产和发展已经在世界各地取得了进展。因此，为了更高效的研究和开发，有必要开发设计数据库并利用它并共享单个部件和整个系统的设计资料。

汽车制动性能的评价指标有三个：制动效能，即迅速降低行驶车速以至停车的能力（包括制动距离，制动减速度）；制动时方向的稳定性，即在制动过程中。维持直线行驶的能力，或按预定的弯道行驶的能力（制动时不发生跑偏，侧滑，失去转向能力的性能）；制动效能的恒定性（抗衰退性能），包括连续制动抗热衰退，涉水后抗水衰退。

本文提出了一个能精确估计车辆制动性能并建立设计数据库的程序。反映助力器特性的变化以分析车辆的制动性能。结果显示，计算数据和实验数据之间的误差减小。通过根据LSPV的结构和运行机理，根据悬架位移计算切入压力，可以更准确地预测配备LSPV的车辆的动态运动。该程序的用户界面也得到了加强，以便设计人员能够轻松使用该程序。由于所有的输入和输出数据都以Microsoft EXCEL格式进行协调，设计数据库可以轻松使用。设计人员可以使用图形，对话框和文本文件检查结果数据。此外，数据库可用于交互验证车辆的制动性能是否满足内部和外部规定。

  1. 计算效能的理论

移动静止物体所需的力大于保持移动物体运动所需的力。这是因为静止的摩擦力大于运动的摩擦力。如果车轮由于车轮制动器操纵力过大而锁定，则轮胎和负载表面之间的摩擦等于运动的摩擦。 如果车轮制动器在此点以下运行，则车轮可以保持旋转并且摩擦接近静止摩擦。 基本上，制动力不应该大于轮胎和路面之间的摩擦力。因此，车辆的最大减速度是路面的摩擦系数。

2.1 计算制动力

为了获得理想的制动力，首先应根据减速度计算车辆动态重量的变化。在制动期间，与静态重量分配相比，前轴重量增加而后轴重量减小。根据减速度的车辆动态重量分布如图1所示，公式（1）和（2）为轴重量。

相对于轴重的理想制动力如下：

术语制动压力与管路压力可互换使用。尽管它与制动力的名称不同，但方程和表达式几乎完全相同。任何道路上的最大理想制动压力为

实际制动压力是应该施加到轮缸以获得制动力的压力。 制动压力根据阀门特性而变化。 由于车辆的重量在制动过程中传递到前桥，所以前制动压力必须大于后制动压力。图2显示了比例阀的特性。

      1. 没有感应阀

在制动系统中没有阀的情况下，制动压力如下。减速度为时，制动力为

通过将等式（5）和等式（6）代入等式（7），等式（7）可以写为等式（8）

因为没有阀门，所以前部制动压力与等式（9）中的后部制动压力相同。

      1. 有感应阀

在切入点之前，就像之前没有阀门的情况一样，LPAF = LPAR。在切入点之后，压力如方程（10）所示分开。

在制动期间，由配有卡钳的制动装置产生的实际制动力在图3中示出。在轮胎的中心（O）处的力矩平衡方程是

其中FC是卡钳力，FB是实际制动力。因此实际的制动力是

这里，卡钳力是指垫和盘之间的轮缸产生的摩擦力。如果对轮缸施加压力（P），则推动垫的力为，并且所产生的摩擦力变为。P是刹车启动时出现的压力。P也是通过从实际车辆的管线中形成的管路压力（LP）中减去制动器实际开始工作之前损失的阈值压力（TP）而获得的压力。（P =LP-TP）因此，施加在车轴上的实际制动力可写为如下。

    1. 估算盘片温度

在制动期间，动能被转换成热能，其中一些用于增加制动盘的盘片温度。盘片温度的升高会影响摩擦片摩擦系数，因此总制动性能会发生变化。在这个程序中，计算在恒定减速的情况下单次停止的简化盘温升。等式是

其中V0是车辆的初始速度，是盘密度，v是盘体积，c是盘的比热。在这个等式中，假定制动过程仅通过衬垫和盘之间的摩擦力发生，并且总动能被用于增加盘温度。虽然这个公式不能给出准确的温度上升，但它提供了对盘温度变化的良好估计。迄今尚未开发出一种不使用3D热分析而定量计算垫摩擦系数与盘温度之间关系的方法。因此，通过发动机试验或真实汽车试验可以获得根据盘温变化的垫摩擦系数的变化。一旦准备了摩擦垫摩擦系数的数据库，就可以找到与特定摩擦片温度相对应的摩擦片摩擦系数，随后可以估算更准确的制动性能。

    1. 增压器特性随真空比而变化规律

脚踏力度是驾驶员踩下踏板时产生的力量，范围从0 kgf到70 kgf。通过踏板传递的力通过助力器放大。考虑到踏板损失力，踏板比和踏板效率，则助力器输入力是

直到助力器输入力超过助力器弹簧的阻力F1（如图4所示），才会有输出力。当输入力大于F1时，输出力显着增加。在下一个阶段，输出力与增压比和增压效率之间的乘积一样多。从图4中的F2开始，当增强器放大动作结束时，会产生一个与增强比成比例的输出力，这称为增强失败。对应于每种情况的等式如下。

      1. 助力器助力（伺服助力）

      1. 升压失败（伺服失败）

拐点的位置根据内部助力器的真空比而变化。拐点由增压器设计参数，真空比和跳入力。

在有真空助力器的情况下，当驾驶员没有踩下踏板时，助力器内部通常保持在真空状态。 但是，内部增压器的真空比可以改变。当外部空气被吸入内部时，助力器的内部压力作为抵抗力施加，这严重影响助力操作。图5给出了根据真空比的增强特性曲线。

    1. 计算装有LSPV的车辆的动态特性

对于在满负载和轻负载情况下重量显著变化的车辆，响应于后轴重量的变化传递到车轮的制动压力由负载感应比例阀（LSPV）控制。

图6显示了配备有压力阀的车辆与配备有负载感应压力阀的车辆之间的制动力差异。在这个图中，IBFL意思是“满载下的理想制动力”，IBFU意思是“空载下的理想制动力”，ABF意思是“实际制动力”。无论车辆的重量如何，配备p阀的车辆的实际制动力都保持不变。但是，当车辆配备LSPV时，根据车辆重量调整实际制动力。为了获得LSPV的拐点压力，应根据公式（1）和（2）计算后轴重量根据减速度的变化。然后，根据后轴重量变化的悬架位移必须通过使用悬架刚度来计算

其中是悬架位移，k是弹簧刚度，是车辆重量。最后，根据LSPV的内部结构和作用机理，根据悬架位移测量拐点压力。

  1. 程序的进步
    1. 程序的结构

该程序由三部分组成。第一部分预处理器将数据输入到程序中，并在获取车辆和制动系统组件的输入设计参数之前计算光盘和增强器的属性。其次，求解器分析所有数据。最后，后处理器显示结果数据，如图形，对话框和文本文件。另外，使用后处理器可以自动打印MS-EXCEL格式的报告输出文件。该程序的总体结构如图7所示。

    1. 预处理器

输入数据包括车辆数据，前制动，后制动，驻车制动数据，增压器数据，主缸数据，阀门数据和所需的流体数据。由于所有输入文件均采用MS-EXCEL格式，因此管理设计数据和构建数据库非常有用。输入数据也可以保存为MS-EXCEL格式。图8显示了数据输入面板的整个功能。

    1. 求解

该程序通过预处理器的输入数据计算各种制动性能。分析是根据减速度大小和踏板力度大小完成的。关于减速度的计算结果包括重量分布，制动力，制动压力，停止距离等。在此程序中，减速范围从0 g到1.2 g，步长为0.01 g。根据减速度获得实际制动力的过程如图9所示。另一方面，关于踏板力的结果包括减速度，线压力和踏板行程。当程序估计踏板行程时，需要流体数据。根据踏板力获得减速的过程如图10所示。使用LSPV计算车辆的动态特性是通过一个独立的对话框完成的。

  1. 验证和分析结果数据

在各种合成图中，制动力/压力分布曲线，EEC制动曲线，制动效率曲线和后轴重量分布曲线是根据减速度大小绘制的。然而，减速曲线，管线压力分布曲线和踏板行程曲线是相对于踏板作用力绘制的。如图11所示，4轴图表同时显示了踏板踏力，助力器输入/输出力和线压力之间的关系，设计师可以重叠曲线并更改轴设置。另外，根据每条曲线的最大数据自动重新调整每个轴的最大值。

此外，所有结果数据都可以作为文本文件进行检查，乘用车和商用车的制动性能结果可以通过另一个对话框进行数字验证。一些输出图如图12所示。

力分布和压力分布分别代表理想/实际制动力曲线和理想/实际制动压力曲线，分别为车辆满载和轻微负载。当踏板力从0k

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