摘 要

近年来，汽车保有量不断增长，汽车的安全问题成为了现代汽车研究方向的重要课题。其中整车的制动系统部分是保障汽车安全性的一个重要环节，从而汽车的制动系统设计对整车设计而言显得尤为重要。本文以2017款帕萨特380TSI DSG御尊版中型轿车为例，针对中型轿车制动时方向稳定性差、制动距离长等问题，对该车型的前轮制动器零部件（制动盘、制动钳、制动块等）参数进行设计计算，并对其零部件进行优化设计，从而来提高汽车的制动性能。

关键词：制动系统设计；前轮制动器；零部件参数；优化设计

Abstract

In recent years, the number of car ownership has continued to increase, and the safety of automobiles has become an important issue in the direction of modern automotive research.Among them, the braking system of the vehicle is an important part of ensuring the safety of the vehicle. Therefore, the design of the braking system of the vehicle is particularly important for the design of the vehicle. This article takes the 2017 Passat 380TSI DSG Yuzun mid-size sedan as an example, focusing on the problem of poor steering stability and long braking distance of medium-sized passenger cars, and the front-wheel brake components (brake discs, brake calipers, The brake pads and other parameters are designed and calculated, and their components are optimized for design so as to improve the braking performance of the front wheel brake and ensure the safety of the vehicle.

Keywords: brake system design; front-wheel brakes; component parameters; optimization design

目 录

1 绪论 1

1.1设计目的（制动系统） 1

1.2国内外研究现状（制动系统） 1

1.3 制动系统简介 2

1.4 制动系统的类型 3

1.4.1 以制动系统的制动能源分类 3

1.4.2 以制动能量的传输方式分类 3

1.4.3 以制动系统的作用分类 3

1.5 制动系统的设计要求 3

2 制动器的类型及选择 4

2.1 盘式制动器 4

3 制动系的主要相关系数的设计计算 5

3.1 制动力及其分配系数的设计计算 5

3.2 其他基本参数的设计计算 7

3.3 制动器的最大制动力矩的计算 7

3.4 制动器因数的选择 8

3.5应急制动和驻车制动所需的制动力矩 8

3.5.1 应急制动的制动力矩 8

3.5.2 驻车制动的制动力矩 9

4 盘式制动器的参数设计 10

4.1 盘式制动器的基本构造及工作原理 10

4.2 盘式制动器的基本参数设计 10

4.2.1直径D（制动盘） 10

4.2.2厚度h（制动盘） 11

4.2.3内半径R₁和外半径R₂（摩擦衬块） 11

4.2.4工作面积A的确定（摩擦衬块） 11

4.3制动力矩的设计计算（盘式制动器） 12

4.5 摩擦衬块的磨损特性的校核 13

5 制动缸的选择 16

5.1 液压伺服制动系的类型及选择 16

5.2分路系统（制动管路） 16

5.3优缺点（液压制动） 16

5.3.1优点（液压制动）： 16

5.3.2缺点（液压制动）： 16

5.4设计计算（液压制动驱动机构） 16

5.4.1直径d_W的选择和工作容积的计算(制动轮缸) 16

5.4.2 制动主缸的选择 17

5.4.3直径和工作容积的计算（制动主缸） 17

5.4.4 制动踏板力的计算 18

5.4.5行程的计算（制动踏板） 18

6 制动器主要零部件设计 20

6.1 制动盘 20

6.2 制动钳 20

6.3制动块 20

6.4摩擦衬块的材料选取 20

7 制动器零部件三维设计 22

7.1 制动器装配图 22

7.2 制动盘 23

7.3 支架 23

7.4 制动钳体 24

7.5 活塞 24

参考文献 25

附录A MATLAB编制制动力分配曲线 27

致谢 28

1 绪论

1.1设计目的（制动系统）

近年来，制动系统的设计在诸多方向上有了新的突破。前轮制动器设计对于前置前驱的汽车而言更为复杂，因为其功能不仅需要考虑其制动性能，还需考虑到其驱动的动力性以及转向的稳定性等。

本文课题为中型轿车的制动器设计，本文以2017款帕萨特380TSI DSG御尊版中型轿车为例，针对中型轿车制动时方向稳定性差、制动距离过长等问题，对该前轮制动器制动盘、制动钳等零部件进行优化设计，来提高汽车的制动性能。

1.2国内外研究现状（制动系统）

最早的汽车工业发展是来源于欧洲，而汽车制动器的发展是由原始的机械控制一步一步演变而来。近些年，随着汽车技术的发展，汽车的质量和速度逐渐提高，原有的制动装置已无法满足要求，制动器也随之不断发展。

由于我国汽车技术起步较晚再加上国外的技术封锁，我国自主汽车研发发展滞后。但是近些年我国在制动器研究成果方面有了突飞猛进的发展。

吕辉针对汽车盘式制动器系统稳定性^[1]，使用了以创立拥有工程实用价值的制动系统的稳定性的方法，在不确定盘式制动器系统的稳定性方向有了进一步突破，并总结出了其稳定性的完善分析的方法。尹安东等针对电动汽车盘式制动器^[2]，在其热-结构耦合场在汽车上的应用上面有了进一步地突破，对实例的温度场进行了现场试验，并得出了其强度分析的具体要求的实验结果。杨龙宝针对汽车盘式制动器性能^[3]，提出了结构二静力学分析应用在其有限元模型的方法，得到了云图和温度场在瞬态热的显示。刘艳针对客车盘式制动器^[4]，在其热-结构耦合分析上，利用了疲劳预测结合的方法，并应用有限元分析的方式，从而达到周期降低、经济效益上升的效果。孟德建等针对制动器的摩擦热点问题^[5]，在解决制动器疑难问题上有了新的突破，并通过一系列方法对其摩擦问题提出了相应的解决方案。高阳针对皮卡汽车制动系统^[6]，探索出计算制动系统参数的新方法。李玉龙针对盘式制动器^[7]，将ABAQUS应用在热力耦合问题上并进行计算，绘制出制动盘的热应力、温度和热变形之间的特性曲线，对制动盘从周向、径向和轴向进行三维瞬态热力耦合分析，得出了在水润滑和干摩擦两种状态下制动器不同特性的结论。高阳等针对某MPV车型制动系统^[8]，提出了以匹配数据模型为基础，对其设计优化和开发研究改进的方法，总结出了一套完善的制动系统匹配设计流程。许晶伟针对某轿车前轮制动器^[9]，在其结构设计上，提出了以多目标优化数学模型为基础，并对其进行优化求解的方法，得出了比实际值更好的制动力矩优化值范围。

Qiang Wang针对制动系统NVH和磨损的制动耐久性试验问题^[10]，提出了一种制动耐久性试验方法，在等效制动能量强度和制动器的基础上，研制了一种制动耐久性测力计测试程序。Daanvir Karan Dhir针对基础制动控制混合功能的制动摩擦系数研究问题^[11]，通过对在制动时汽车盘式制动器的温度升高及其对阀瓣耐久性的影响进行研究，在需要更大的制动力度的重型制动领域中应用圆盘法兰转子是合理的，转子中产生的交变应力的较大值是导致裂纹的开始，还会减少裂纹的扩散周期。Mahesh Shridhare等针对车辆的侧向偏差(制动拉动) 由于左右车轮制动力的差异变化异常的问题^[12]，通过采用了一种基于RH和LH刹车之间的力差来估计和减少车辆制动拉力的方法，研究表明减少制动力变化是减少拉力的最有效的方法，但更高的轮胎转弯刚度和优化的转向和悬挂系统的遵守也有助于减少制动的严重程度，推导出的数学模型大大有助于估计和减少制动器的脉动。Vincenzo Ricciardi等针对汽车盘式制动器的热机械性能研究的问题^[13]，探索出补偿制动衬块摩擦系数的变化的方法，在车辆动力学仿真软件中考虑了制动测力试验台的实验结果，再现了制动衬垫摩擦系数的实际性能。Ashesh Anil Shah and Ashok Patidar针对如何采用CAE和CFD技术将鼓式制动系统转换为盘式制动器的问题^[14]，对制动鼓和阀瓣在内部标准制动周期中的温度变化进行了测量，研发出新型圆盘式制动系统。

1.3 制动系统简介

制动系统是由制动器、供能装置、控制装置、传动装置组成的^[15]。制动系统的简单示意图如下：

图1-1 制动系统简图

1.4 制动系统的类型

1.4.1 以制动系统的制动能源分类

动力制动、人力制动和伺服制动系统等。

1.4.2 以制动能量的传输方式分类

液压、机械、电磁和气压等。

1.4.3 以制动系统的作用分类

行车、驻车、第二和辅助制动系统等。

1.5 制动系统的设计要求

（1）制动能力满足需求。在驻车和行车这两个方面拥有足够的制动能力是必要的。制动能力最直观的指标是制动减速度的大小和具有初速度的制动距离的大小。