汽车制动性是汽车主要性能之一,只有制动性能良好、制动系统工作可靠的汽车才能充分发挥其动力性能。因此,在整车新产品开发设计中制动系统的匹配计算尤为重要。
STL350Z非公路矿用自卸车的制动系统采用气压动力制动。前、中、制动器都采用复合式储能弹簧制动气室驱动的鼓式凸轮制动器,制动管路采用双回路,配备排气制动。本次计算的目的在于校核制动力、最大制动距离及驻车极限倾角。
1.制动系的主要参数及其选择
整车基本参数见表1,零部件及测量参数见表2。
整车基本参数
项目
代号
单位
数值
备注
空载总质量
ma,
21610
满载总质量
ma 
50000
轴距
L
mm
4530
空载质心高度
Hg1
mm
1410
满载质心高度
Hg2
mm
2552
空载前轴到质心距离
L1,
mm
2914
空载后轴到质心距离
L2,
mm
1616
满载前轴到质心距离
L1
mm
3927
满载后轴到质心距离
L2
mm
603
车轮滚动半径
rr
mm
625
表1  整车基本参数
零部件及测量参数
同步附着系数
φ0
0.355401607
路面附着系数
φ
0.4
 
重力加速度
g
m/s2
9.8
 
最大制动减速度
du/dt
m/s2
4.8
 
每个制动器制动力矩
Tf
N·m
汽车制动器25000
 
制动初速度
v0
m/s
8.33
即30Km/h
路面与轮胎间的滚动摩擦系数
f
0.018
零部件及测量参数
制动力与制动力分配系数
对于任一角速度ω>0的车轮,其力矩平衡方程为
                                  (1)
Tf—制动器对车轮的制动力矩,N •m;
FB—地面对车轮的摩擦力,N;
re—车轮的有效半径,mm;
根据汽车制动时的整车受力分析,考虑到制动时的轴荷转移,可求得地面对前后轴车轮的法向反力Z1,Z2
                   
                      (2)
求得,前后轴车轮附着力为:
                      (3)
—前轴车轮附着力
—后轴车轮附着力
    —汽车制动减速度
    —制动强度
          —公式引用来自《汽车设计》刘惟信主编
因制动过程中,可能出现前先抱死拖滑、后轮先抱死拖滑、前后轮同时抱死拖滑三种情况,而其中以前后轮同时抱死拖滑附着条件利用最好,并且最安全可靠。所以有:
                            (4)
该比值0.6符合《汽车设计》中的经验数据,在0.5 ~0.7之间。
—前轴车轮制动器制动力
—后轴车轮制动器制动力
—前轴车轮地面制动力
—后轴车轮地面制动力
由式(3)消去φ,可得
                (5)
为坐标绘制前后轮制动器制动力分配曲线,即Ⅰ曲线。
Ⅰ曲线与β线
                                    (6)
                                          (7)
β—汽车制动器制动力分配系数
同步附着系数选取
对于STL350Z车型,制动系统中没有调节装置,所以前、后制动器制动力的分配比是固定值,只有在附着系数φ等于同步附着系数的路面上制动时,前后车轮制动器才会同时抱死。也只有在φ=的路面上制动时,附着系数利用率ε最高
                                        (8)
汽车制动时,若后轮先抱死,不仅会产生侧滑甩尾,甚至会掉头,失去操纵稳定性。所以,同步附着应尽量取大些,根据设计经验,  大型客车及中重型货车的值在0.45~0.65之间(引用《汽车理论》)。
但是因为该车型的工作环境是矿区,道路条件非常恶劣,因此,综合各方面因素,选取
制动强度和附着系数利用率
根据所定的同步附着系数,由式(4)和(6)求得
                                    (9)
                                (10)
当φ=时:
                          (11)
              (12)
q=φ=0.43
ε=1
按照GB21670-2008中5.5.2的要求,当附着系数φ在0.2 ~0.8之间时,制动强度q≥0.1+0.7(φ-
0.2)=0.39,故满足设计要求。
制动器最大制动力矩
最大制动力是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的,这时制动力与地面作用于车轮的法向反力成正比。
该车型因道路条件较差,车速较低而选取了较低的同步附着系数,为了保证在φ>的良好路面上能够制动到后轴和前轴先后抱死滑移,所以:
·m<25000N·m
·m<25000N·m
故制动器制动力矩符合要求,并且在路面附着系数小于0.43的情况下会出现车轮抱死。
制动距离
按照GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中的要求,汽车在水平干燥的沥青、混凝土
路面上(φ=0.75),以初速度v=30Km/h制动时,制动距离应不大于10m。
前面已经计算过,本车型在路面附着系数大于0.43时,不会产生车轮抱死,即制动器制动力<地面最大制动力,故实际制动力为:
制动距离为:
V—制动初速度,m/s
—最大制动减速度,m/s2
—制动反应时间,取0.05s
—减速度增长时间,取0.5s
                  —公式引用和参数选取来自《汽车工程手册·基础篇》
计算制动距离S=9.7m<10m,故满足设计要求。
最大驻坡度
按GB21670-2008中5.2.3的要求,驻车制动系应能使满载车辆在坡度为20%的上﹑下坡道上保持静止。
因本车型前、中、后桥都参与驻车制动,并且驻车制动使用的仍是行车制动的车轮制动器。所以,驻车所需的制动器制动力为:
地面附着力的验证:
—坡度角
—路面附着系数,取0.7
      —公式引用和参数选取来自《汽车工程手册·设计篇》
故在地面附着系数的路面上,地面附着力大于制动器制动力,能提供汽车驻车所需的制动力,最大驻坡度为,即56%。符合设计要求。