畢業(yè)設計說明書摘 要隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，中國的汽車行業(yè)的也在飛速發(fā)展，近幾年中國自主汽車品牌已經(jīng)逐漸被人們所認可。越來越多的人由于性能可靠，安全系數(shù)高，價格便宜而選擇自主品牌汽車。而對于汽車行業(yè)來說，一個汽車最重要的系統(tǒng)便是制動系統(tǒng)。由于制動關系著人們的生命安全。而近幾年制動失效的事故也在不斷出現(xiàn)，從國家法規(guī)的要求到企業(yè)的發(fā)展，汽車的制動系統(tǒng)研究尤為重要，而被動安全系統(tǒng)的出現(xiàn)大大提高了汽車的安全系數(shù)。防抱死系統(tǒng)的應用就為汽車制動的發(fā)展提供力方向，因此對于汽車防抱死系統(tǒng)的研究尤為重要。本設計中主要是對液壓制動汽車防抱死制動系統(tǒng)進行設計，在設計過程中主要通過液壓防抱死系統(tǒng)的發(fā)展進行分析，結合國內(nèi)外的發(fā)展狀況及防抱死系統(tǒng)的分類進行防抱死系統(tǒng)的總體設計。對制動力的分配，制動效能，制動力矩等參數(shù)進行計算。利用 CAD 制圖軟件對 ABS 系統(tǒng)進行繪制，借助 CATIA 三維軟件進行 建模分析。最終完成設計說明書。關鍵字：防抱死系統(tǒng)； 安全性能；ABS 執(zhí)行機構；制動器；制動力；畢業(yè)設計說明書AbstractWith 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;畢業(yè)設計說明書目 錄摘 要 1Abstract 2第一章 緒論 51.1 課題研究的目的與意義 51.2 液壓防抱死系統(tǒng)的簡介 51.3 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展狀況 .61.4 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展方向 .71.5 研究的方法及技術路線 .71.5.1 研究方法 71.5.2 研究技術路線 7第二章 總體設計 52.1 汽車制動過程的分析 .82.1.1 制動時汽車受力分析 .82.1.2 車輪抱死時運動分析 .92.2 側滑的分析 112.3 附著系數(shù)的分析 112.5 采用防抱死制動系統(tǒng)的運動分析 .142.6 防抱死制動系統(tǒng)介入工況 .15第三章 防抱死制動系統(tǒng)主要零部件的設計 163．1 防抱死制動系統(tǒng)的布置形式 163.2 防抱死制動系統(tǒng)的組成 .193.3.1 霍爾傳感器的設計 223.3.2 傳感器齒盤的設計 223．4 防抱死制動系統(tǒng)的壓力分配 23第四章 制動系統(tǒng)的參數(shù)計算 244.1 分配基礎制動力 .24畢業(yè)設計說明書4.2 同步附著系數(shù)的選擇 .244.3 制動力矩的計算 .244.4 制動因數(shù)的確定 .254.5 液壓系統(tǒng)的設計計算 .254.5.1 制動輪缸的計算 .254.5.2 制動主缸的計算 .264.5.3 制動力的計算 .274.6 制動盤直徑設計 284.7 制動盤厚度設計 284.8 摩擦襯塊設計 284.9 制動器壓力的計算 .284.9.1 磨損特性分析 284.9.2 熱容量的核算 294.9.3 制動力矩的計算 .30總 結 31參考文獻 33致 謝 35畢業(yè)設計說明書第一章 緒論1.1 課題研究的目的與意義制動系統(tǒng)是每輛車的必備系統(tǒng)。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國公路建設逐步形成了運輸網(wǎng)絡。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越高。高速公路部分路段已達到 120 公里/小時，對于汽車廠來說，發(fā)展高性能、快速的汽車是一種趨勢。但不管多快，緊急停車和減速是最重要的。因此，它關系到人身安全。每輛車投入市場生產(chǎn)前，必須進行車輛可靠性路考和國家法律法規(guī)的申報，制動時間和制動距離的測試是必不可少的。這就是剎車的作用。任何汽車都必須有兩個獨立的制動機構。主要包括兩種制動：行車制動和駐車制動。行車制動裝置主要用于在各種路況和緊急情況下減速或停車。該機構主要由駕駛員踏板控制。駐車制動主要是車輛在停車或半坡起步時為防止車輛打滑而采用的制動裝置。目前，停車制動裝置主要有手動停車、電子停車、自動停車等。該機構主要通過駕駛員的手動操作或車輛電子控制系統(tǒng)的自動識別來實現(xiàn)。在一些山區(qū)或斜坡上，駐車制動是必不可少的。另外，在一些特殊車輛上還設有緊急制動、輔助制動等機構或系統(tǒng)，以保證車輛和人員的安全1.2 液壓防抱死系統(tǒng)的簡介 任何一個曾經(jīng)駕駛過汽車的人都有這樣的經(jīng)歷：當汽車在浸水的瀝青路上或冰雪路上剎車時，車燈會側滑、掉頭、甩尾甚至劇烈旋轉。如果制動力太大，車輪將被鎖定。當車輛的方向失控時，如果彎道不是彎道，可以滑出路邊或進入對面車道。即使不是彎道，也無法避免障礙物。造成這些危險情況的原因是汽車的車輪在制動過程中被鎖住了。此時，車輪相對于路面的運動不再是滾動，而是滑動。作用在輪胎上的側向滑動摩擦力和縱向制動力變得非常小。路面越滑，車輪就越容易?？傊绻囕喸谥苿舆^程中抱死，會產(chǎn)生以下不利影響：方向失控、側滑、甩尾、甚至翻車；制動效率降低，制動距離延長；輪胎過度磨損，導致“小癟”甚至爆胎。此外，ABS 使用方便、可靠。ABS 的使用與普通制動系統(tǒng)幾乎相同。緊急制動時，只有踩下制動踏板，ABS 才會根據(jù)情況進入工作狀態(tài)。即使路面很滑，ABS 也會將制動狀態(tài)保持在最佳狀態(tài)。ABS 采用計算機控制車輪制動力，充分發(fā)揮制動效率，提高制動減速度，縮短制動距離，有效提高車輛制動穩(wěn)定性，防止車輛側滑和尾擺，減少事故發(fā)生，是提高車輛行駛安全性的有效措施。鎮(zhèn)定。目前，ABS 已廣泛應用于國內(nèi)外高檔轎車和客車。1.3 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展狀況ABS 裝置最早應用在飛機和火車上，而在汽車上的應用比較晚。鐵路機車在制動時如果制動強度過大，車輪就會很容易抱死在平滑的軌道上滑行。由于車輪和軌道的摩擦，就會在車輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車輪就不能平穩(wěn)地行駛，產(chǎn)生噪聲和掙動。畢業(yè)設計說明書1908 年英國工程師 J. E. Francis 提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的 30 年中，包括 Karl Wessel 的“剎車力控制器” 、Werner Mhl 的“液壓剎車安全裝置”與 Richard Trappe 的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在 1941 年出版的《汽車科技手冊》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑” ，可惜該書的作者恐怕沒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)因成本過高而無法開拓市場。從 1978 年到 1980 年底，博世僅銷售了 24000 套 ABS 系統(tǒng)。幸運的是，它在第二年增長到了 76000 臺。在市場的積極響應下，博世開始了 TCS 可追溯控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。1983 年引進的 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。到 1985 年中期，世界上超過 1%的新車首次配備了 ABS 系統(tǒng)。通用汽車還決定將 ABS 列為其主要雪佛蘭標準。圖 1-1 BOSCH 防抱死制動系統(tǒng)1.4 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展方向ABS 控制技術的改進?，F(xiàn)代汽車防抱死制動裝置大多由計算機控制，這也反映了現(xiàn)代汽車制動系統(tǒng)向電子化方向發(fā)展的趨勢?；谵D差率的控制算法易于實現(xiàn)連續(xù)控制，具有非常清晰的理論指導意義，但制約其發(fā)展的瓶頸主要是實現(xiàn)成本。隨著尺寸更小、價格更低、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、準確快速地確定車輪打滑率成為可能。 。隨著汽車技術含量的不斷提高，控制系統(tǒng)的總線技術不可避免地會產(chǎn)生龐大的布線系統(tǒng)。因此，有必要采用總線結構將各個系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息的實時共享，減少傳感器的數(shù)量，從而降低整車成本，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)）主要用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。畢業(yè)設計說明書1.5 研究的方法及技術路線1.5.1 研究方法（1）通過查閱相關資料，掌握防抱死制動系統(tǒng)的主要參數(shù)。（2）結合現(xiàn)有防抱死制動系統(tǒng)的優(yōu)缺點，確定了防抱死制動系統(tǒng)的總體設計方案，并分析了現(xiàn)有裝置的缺點。（3）對設計的防抱死制動系統(tǒng)進行修改和優(yōu)化，最終設計出滿足要求的防抱死制動系統(tǒng)。1.5.2 研究技術路線（1）根據(jù)標題和原始數(shù)據(jù)，可以查閱相關資料，了解國內(nèi)外防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，撰寫文獻綜述和專題報告。（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術要求，提出各種設計方案，對各種方案進行綜合評價，從中選擇較好的方案，對所選方案進行進一步修改或優(yōu)化，最終確定總體設計方案。（3）具體設計汽車防抱死制動系統(tǒng)的驅動裝置、工作裝置等。 （4）對所設計的機械結構中的重要零件進行校核計算，保證設計的合理性和可行性。 ；（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；（6）整理各項設計資料，撰寫論文。第二章 防抱死制動系統(tǒng)的總體方案確定2.1 汽車制動過程的分析2.1.1 制動時汽車受力分析在制動過程中，汽車主要受地面對汽車的作用力、風的阻力和自身重力的影響。地面作用在車輛上的力分為垂直于車輪地面的支撐力和平行于車輪地面的力。當車輛直線行駛時，受到橫向外部干擾和轉向的影響，地面對車輛的作用力如圖 2-1 所示。fx 是作用在每個車輪上的地面制動力。其大小取決于路面的縱向附著系數(shù)和車輪上的載荷。所有車輪上的地面制動力之和作為車輛的總地面制動力，從而縮短了車輛的制動時間速度和停止的主要力量。fy 是地面作用于每個車輪的側向滑動摩擦力。側滑摩擦力的大小取決于側向附著系數(shù)和車輪上的載荷。當車輪抱死時，側滑摩擦力會變得非常小，幾乎為零。當車輛在直線上制動時，如果受到橫向干擾，如側風或不平路面，車輛將產(chǎn)生側滑摩擦，以保持車輛的直線方向，如圖 2-1（a）所示畢業(yè)設計說明書圖 2-1 汽車直線和轉彎制動時的平面受力簡圖2.1.2 車輪抱死時運動分析當車輪抱死時，汽車的側滑摩擦力會變得非常小，從而使制動時保持汽車方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉向力和側向力變得非常小，使汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動狀態(tài)。對于ABS 系統(tǒng)，必須防止這些危險情況發(fā)生。下面從直線和路面轉彎制動兩個方面簡要論述了車輪抱死時汽車的運動。從以上對這些危險運動的分析可以看出，在制動過程中車輪抱死會導致車輛發(fā)生各種危險運動。本質上，車輛失去側滑摩擦力，以保持其方向穩(wěn)定性和方向機動性。也就是說，由于車輪抱死，車輛的側滑摩擦力為零。車輪抱死程度與地面制動力和車輛側滑摩擦力有一定的關系。防抱死制動系統(tǒng)能夠防止車輛在制動時發(fā)生危險運動的原因是根據(jù)這一關系調(diào)整車輪的運動狀態(tài)，以避免側滑摩擦力為零。畢業(yè)設計說明書圖 2-2 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況圖 2-3 汽車轉彎制動車輪抱死時的運動情況畢業(yè)設計說明書2.2 側滑的分析汽車制動過程中的阻力一般有兩種：一種是制動片與制動鼓或制動盤之間的摩擦阻力，稱為制動系統(tǒng)的阻力。由于它在制動時提供制動力，又稱制動系統(tǒng)的制動力；另一種是輪胎與路面之間的摩擦阻力，又稱地面制動力。地面對輪胎的切向反作用力的極限值稱為輪胎路面附著力，等于地面對輪胎的法向反作用力與輪胎路面附著系數(shù)的乘積。如果制動力小于輪胎-道路附著力，則汽車制動力時會保持穩(wěn)定狀態(tài)，反之，如果制動力大于輪胎-道路附著力，則汽車制動力時會出現(xiàn)車輪抱死和滑動。地面制動力受地面附著系數(shù)的限制。當制動產(chǎn)生的制動系統(tǒng)制動力增大到一定值（大于粘著）時，輪胎會在地面上打滑。汽車的實際速度與車輪滾動的圓周速度之差稱為車輪的滑動率。滑移率 S 的定義式為:-------------------------------（2-3 ）1Vr???式中:S —滑移率;Vt —汽車的理論速度(車輪中心的速度) ; ω—汽車車輪的角速度;r —汽車車輪的滾動半徑。由公式可以看出，當車輪中心速度（即實際車速）Vt 等于車輪角速度_與車輪滾動半徑r 的乘積時，滑移率為零（s=0） ，車輪為純滾動；當_0，s=100%時，車輪完全抱死并滑動；當 0s100%，輪子既滾動又滑動。2.3 附著系數(shù)的分析圖 2-4 顯示了具有滑移率的車輪和路面的縱向和橫向粘著系數(shù)的典型曲線。當輪胎純滾動時，縱向附著系數(shù)為零；當滑移率為 15%-30%時，縱向附著數(shù)達到峰值；當滑移率繼續(xù)增加時，縱向附著系數(shù)繼續(xù)下降，直至車輪抱死（S=100%） ，縱向附著系數(shù) Dr 操作到較低的值。此外，隨著滑移率的增加，側向粘結系數(shù)也急劇降低。當車輪鎖定時，橫向附著系數(shù)幾乎為零。從圖 1 可以看出，如果車輪打滑率可以控制在 15%-30%的范圍內(nèi)，縱向附著系數(shù)可以接近峰值，也可以考慮較大的橫向附著系數(shù)。這樣，車輛可以獲得最佳的制動效率和方向穩(wěn)定性。ABS 是基于這一原則。畢業(yè)設計說明書圖 2-4 滑移率與附著系數(shù)關系試驗表明，路面附著系數(shù)與車輪結構、材料、路面形狀和材料有關。道路附著系數(shù)隨性能的不同而變化較大。圖 2.5 顯示了不同類型路面的滑動率和縱向附著系數(shù)之間的關系。圖 2-5 不同路面上縱向、側向附著系數(shù)與滑移率關系曲線從圖 2-5 可以看出，各種道路的總體變化趨勢是一致的?；坡逝c縱向附著系數(shù)的關系曲線隨路面類型的不同而變化，峰值滑移率隨路面類型的不同而變化?？v向附著系數(shù)曲線對應于不同路面類型，峰值附著系數(shù)后隨不同速度下降，干路面略有下降，濕路面略有下降。一般情況下，干洗平整水泥瀝青路面的垂直峰值粘著力系數(shù)高達 0.8-0.9，冰雪路面的垂直畢業(yè)設計說明書峰值粘著力系數(shù)低達 0.1-0.2。如果不同路面類型的差異明顯，在設計 ABS 系統(tǒng)控制方法時必須考慮不同的控制目標和策略。如果同一類型道路上車輛制動的初始速度不同，縱向附著系數(shù)與車輪滑移率的關系曲線將略有不同。制動速度越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但是，在同一路面上以不同的初始制動速度制動時，車輪的滑移率曲線變化不大。2.4 制動時車輪運動分析制動過程單輪受力如圖 2-6 所示。圖 2-6 制動過程車輪受力簡圖制動輪的軸荷與支承力 n 平衡，制動輪的轉動慣量 j、半徑 r:、軸平動速度 v、旋轉角速度和制動力矩 m 通常與車輪的制動壓力成正比，并有地面制動力。緊急制動時不考慮滑動阻力。然后有{????=????ω????=??μ -??????=????-??????-------------(2-4)????=??φ (??)-----------------------(2-5)
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