IND4底盘丨FSAE制动系统的设计

使汽车的行驶速度可以强制降低的一系列专门装置。制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四部分组成。制动系统的主要功用是使行驶中的汽车减速甚至停车、使下坡行驶的汽车速度保持稳定、使已停驶的汽车保持不动。

通俗的来讲,制动系统就是让车可以从高速减速最后可以停车,停车还可以不“溜车”的一个系统。

对于一般的乘用车,制动系统可以有多种类型、多种结构,但是在FSAE赛车上,由于空间和尺寸上受到诸多限制,并且FSAE 方程式赛车是一种比较特殊的车型,因为车的设计目的是参赛,以及涉及到轮胎等与传统车辆的不同因素,所以不能一味地以乘用车的标准去设计制动系统也受到了诸多限制。FSAE赛车有着属于自己的制动系统设计规则。

1.FSAE制动系统的设计规则

(1)赛车制动要求简单控制,制动系统必须有两套独立的液压制动回路,当某一条回路系统泄漏或失效时,另一条回路还可以至少保证有两个车轮可以维持有效的制动力。

(2)每个液压制动回路必须有其专用的储液罐,不允许采用带助力的制动装置。

(3)赛车的制动系统将被进行动态测试,测试时,赛车将首先在制动检查官规定的直道上加速,在直道末端,赛车必须制动至静止,并要求四轮抱死且不跑偏。

2.制动系统概况

2.1液压制动系统介绍

液压制动系统是将驾驶人员施加到制动踏板上的力放大并助力后反应到制动主缸,由制动主缸建立起整个制动管路的压力,压力将推动执行机构(制动器)限制车轮的转动而实现制动。

汽车制动系统遵循帕斯卡定律:

这里F2可视为制动轮缸产生的压力,F1为施加在制动主缸上的驱动力。

制动主缸压力直接驱动了制动器产生制动力矩,制动力矩换算到轮边的切向力称为制动器制动力,即上式中F。

3.制动器的布置形式

分析比赛规则和比赛项目,赛车的制动系统必须使用双回路系统,并且制动力要足够,以保证通过制动测试,且使赛车具有制动安全性。基于以上分析可以得到:对于 FSAE 赛车,使用Ⅱ型双回路,其实这也是绝大多数FSAE赛车的制动系统布置,这样布置简单,并且满足比赛规则,同时容易调节前后制动力之比。

制动系统由制动踏板、平衡杠杆、制动主缸、制动管路、制动器 5 部分组成,对于制动系统要求比较苛刻的车辆通常需要更复杂的结构来保证制动系统的有效。

4.制动受力分析

赛车在水平路面上制动时的受力情况如图所示,汽车在制动过程中,可以分析车轮在制动过程中的受力。将该两轴赛车简化为两轮模型。

对赛车进行制动受力分析如图所示。图中忽略了汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩。

地面附着力:地面可提供的最大库仑力,对于整车来说附着力为定值。对于前后轴则取决于正压力及轮胎与地面间的摩擦系数。

地面制动力:车辆制动时利用到的地面所提供的用于产生减速度的摩擦力,可以是静摩擦也可以是动摩擦。地面制动力最大为附着力,在车轮未抱死之前等于制动器制动力。

制动器制动力:由液压作用到制动器上产生的制动力矩转化到轮边的切向力。

其中为汽车制动时路面对前轴车轮的法向反力;

为汽车制动时路面对后轴车轮的法向反力;

为汽车所受重力;

为前轮地面制动力;

为后轮地面制动力;

根据前后轮对接地点取力矩可得到如下的力矩方程:

制动器制动力为,其中为车轮滚动半径; 为制动器上制动力矩。

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