任務書
1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的：
汽車制動系是在汽車使用中比較容易損壞的一個系統(tǒng)，通過對其結構進行分析，初步進行結構方案設計，提高制動器的工作性能。
具體內容：汽車制動系結構方案分析，制動器類型選擇，制動系主要參數選擇，制動系設計與計算，制動系主要零部件結構設計。
本題目著重培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)從事實際工作的實踐能力。
2．畢業(yè)設計（論文）任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：
⑴主要設計參數：整備質量3500Kg、最大總質量9000 Kg、最高車速80 km/h，設計時可參考CA1091型汽車的數據；
⑵結合設計內容，完成外文文獻翻譯；
⑶查閱相關資料，完成畢業(yè)設計方案論證報告；
⑷編寫設計說明書大綱、工作計劃；按照系統(tǒng)設計要求進行計算分析、設計繪圖；
⑸完成設計說明書的撰寫，最后完成畢業(yè)設計資料的文檔整理。
3．對畢業(yè)設計（論文）成果的要求〔包括畢業(yè)設計、圖表、實物樣品等〕：
[1]外文文獻翻譯1份 ，譯文字數不少于3000字；
[2]畢業(yè)設計方案論證報告1份，不少于2000字；
[3]完成設計說明書（含畢業(yè)設計心得）1份，字數一萬字左右，嚴格按照學校畢業(yè)設計格式要求，用word文檔打??；繪制總和不少于4張零號圖紙的裝配圖和零件圖（總張數12以上），其中圖形使用計算機繪圖軟件繪制，最終正式文檔使用光盤存儲。
4．主要參考資料：
[1] 余志生.汽車理論.機械工業(yè)出版社,2006
[2] 王望予．汽車設計 [M]．第4版．北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[3] 劉惟信．汽車設計 [M]．第1版．北京：清華大學出版社，2001.7
[4]陳家瑞．汽車構造 （下冊）[M]．第2版．北京：機械工業(yè)出版社，2005.1
[5]《汽車工程手冊》編輯委員會．汽車工程手冊．設計篇[M]．北京：人民交通出版社，2001.6
5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內 容
2月17日～2月21日
下發(fā)畢業(yè)設計任務書，布置收集、查詢相關的資料等
1月20日～3月1日
英文資料翻譯文獻的布置、要求寒假期間完成
3月2日～3月15日
畢業(yè)設計方案論證報告的布置、完成
2月17日～3月20日
提出畢業(yè)設計的主要工作及完成要點
3月20日～3月30日
分析、整理數據資料，開始畫構思草圖
4月1日～4月30日
初步確定結構方案，設計計算，進行說明書初稿的構思
4月21日～4月23日
中期檢查
4月1日～5月1日
確定方案設計、進行結構圖繪制、完成設計說明書初稿
5月2日～5月10日
檢查畢業(yè)設計說明書完成情況，提出補充、修改任務
5月11日～5月20日
補充、修改工作，完成畢業(yè)設計正式圖紙及文檔正式稿
5月21日～5月24日
對最終的正式畢業(yè)設計資料審核、準備答辯
5月25日～5月30日
論文答辯
所在系（教研室）審查意見：
負責人：
年 月 日
院（部）學術委員會意見：
負責人：
年 月 日
1
機電工程學院
畢業(yè)設計外文資料翻譯
設計題目: GD1091型商用車制動系設計
譯文題目: 多傳感器數據融合的汽車發(fā)動機故障診斷
學生姓名：
學 號：
專業(yè)班級：
指導教師：
正文：外文資料譯文 附 件：外文資料原文
指導教師評語：
簽名： 20xx 年 3 月 5 日
正文：外文資料譯文
文獻出處: 清華科技，2004（6），pp262- 265
多傳感器數據融合的汽車發(fā)動機故障診斷
王赟松，褚福磊，何永勇，郭 丹
（清華大學摩擦學國家重點實驗室，精密儀器和機械學,北京,郵編100084）
摘要:本文主要介紹了一種決策級數據融合技術的故障診斷長期地控制發(fā)動機工作。實驗在桑塔納AJR發(fā)動機數據融合方法提供良好的發(fā)動機故障診斷。在數據融合方法,數據級融合數據預處理負載小,精度高,但需要相應的傳感器數據和操作性能差?；贒-S證據理論的決策級融合過程可公度數據和強大的使用性能，可以減少圖片的模糊度,增加信心,并提高了系統(tǒng)的可靠性,但融合精度低和數據預處理成本高。特征級融合提供了兩種方法之間的良好折衷，逐漸成熟。此外，提供了獲取原始數據進行數據融合的前提，所以對信號的采集和處理系統(tǒng)對于汽車發(fā)動機的測試也設計了虛擬儀器技術。
關鍵詞:發(fā)動機；故障診斷；數據融合；D-S證據理論
簡介
近年來，多傳感器數據融合的應用已受到非軍事方面的關注。數據融合技術相結合的數據從多個傳感器和相關信息從相關的數據庫實現精度的提高，和更多的具體的推論可以通過使用單個傳感器。
汽車是由機械，電子，和液壓集成的復雜機器，所以汽車發(fā)動機故障診斷是在這一過程中多源傳感器數據監(jiān)控汽車操作條件所取得，組合，和應用的。在診斷方面，單源信息始終是模糊的，不精確的，不完全的。只有對汽車結合多源數據上提供更可靠和更正確的診斷，所以我們可以應用多傳感器數據融合技術來診斷汽車故障。
1信號的預處理和特征提取
1.1基于信號采集與處理虛擬儀器技術
獲取的原始數據，對數據的前提條件是融合。我們設計了一個用于信號采集系統(tǒng)處理用于汽車發(fā)動機試驗通過采用虛擬儀器技術。系統(tǒng)硬件主要由傳感器，信號調理電路，PCI-6023E數據采集板，及個人電腦。程序是軟件一個虛擬儀器開發(fā)平臺裝置—LabVIEW。系統(tǒng)的實時數據采集，顯示歷史的短暫的數據，實現了數據后處理的數字濾波，頻譜分析，并繪制波形。
1.2特征選擇和提取
在發(fā)動機故障診斷虛擬儀器系統(tǒng)獲取和處理數據從傳感器和執(zhí)行器獲得特征反映發(fā)動機工作條件。一些功能是多余的。這帶來了很多計算負荷數據的后處理，作為一個結果降低了診斷的效率。因此，數特征必須為數據融合的減少。
最簡單的特征選擇方法是在專業(yè)知識和經驗的基礎上的。怠速不穩(wěn)是一種常見的故障，是由于燃料噴射閥堵塞，較早的的點火或進氣歧管真空泄漏，汽車電子控制發(fā)動機。我們可以選擇四電子氧傳感器波形，點火系統(tǒng)，噴油閥，真空傳感器診斷故障。信息的傳感器和執(zhí)行器的數據體現在波形結構是由提取的特征表示的。例如，氧波形可以完全地被四電子氧傳感器表示最大，最小和平均電壓的特點，和響應時間和允許空燃混合物豐富的精益；點火波形表示穿刺，火花，和最小電壓，閉合角，火花持續(xù)時間，和點火剩余電壓振蕩次數線圈；噴油波形表示的最大和最小電壓，并加速時間；真空波形的最大，最小的表示，和平均電壓。
特征選擇后的特征向量有多重尺寸可通過變換降低—K-L變換。因此，幾個主要組件的線性獨立性是用來代表特征。例如，我們可以選擇的一階和二階作為氧的波形特征的主要成分。
2決策水平中的應用數據融合方法
觀測數據可以合并，或融合，在從原始數據中的水平變化（或觀察）水平的狀態(tài)向量的水平，或在決策層。原傳感器的數據可以直接結合，如果傳感器數據相稱的（即，如果傳感器測量相同的物理現象，如兩個溫度傳感器）。相反，如果傳感器的數據不等量，然后必須將數據在特征融合/矢量的水平或決策水平。特征級融合包括有代表性的特征提取來自傳感器的數據。在特征級融合，特征從多個傳感器的觀測中提取，和合并成一個單一的級聯的特征向量這是基于輸入模式識別方法神經網絡方法。決策級融合包括傳感器信息融合，在每個傳感器有了一個初步確定故障診斷。決策級融合方法的一個例子是Dempster-Shafer（D-S）證據理論，這是本文主要介紹了。
D-S證據理論提供了一個從多傳感器結合數據的有趣的工具。它廣泛用于目標跟蹤，目標自動識別，和有限的自動推理的應用，但是針對故障診斷。在這一節(jié)中我們將研究了D-S證據理論的故障中的應用桑塔納AJR發(fā)動機診斷。
D-S證據理論提出了一種識別框架的概念，即，一系列相互的獨家命題。相關命題假設被表示為框架，即一個亞群，有限集?；靖怕寿x值，或質量函數，超過是
當是空集時，A是一個子集，。
一系列集限的子集B稱為質量函數焦元。信念的措施，貝爾（B）和似然測度的PL（B）可以計算：
信念的措施，貝爾（B）量化的力量相信一個發(fā)生的事件。該函數m，貝爾，和PL來自上下的概念一套兼容的概率分布范圍。此外，D-S證據理論允許融合利用Dempster組合的幾個來源。它的定義是一樣的（交換和正交和關聯）在下列方程，
兩個來源，一個證據假說聚合體能表示為如下的式子：
其中：
現在研究D-S證據理論的應用發(fā)動機故障的診斷。假設有n個相互獨立的獨立的故障類型進行分類，和M類傳感器來監(jiān)測汽車發(fā)動機的條件。使用矢量HJ＝{?hj0，HJ1，…，Hjn} J?=?（1，2，…，N）表示的第j個故障特征， (k = 1, 2,… , M) 來表示第k個傳感器數據特征的測量，這里的n是在識別框架里的元素的數字。這兩個向量之間的關系程度較小，較大的概率故障看作由第j?k次傳感器分配。在兩個向量之間的關系的程度可以用歐氏距離表示:
這里的是第i個組成的向量，是第i個組成的向量
用式（6），我們得到的距離矩陣
經取代后為，規(guī)范每一行的矩陣我們可以得到另一個矩陣
元素 …,在（i＝1，2，…，M）中的矩陣的行被視為顯著的價值質量功能，第i個傳感器分配給所有的故障。
D-S證據推理的過程中，我們可以定義一個質量功能在故障識別框架在這一證據的基礎上提供的信息。因此，一個信念結構可以通過在識別幀的相關證據的反映下得到考慮。例如，一個空洞的結構的質量函數為零，即，意味著相關的證據沒有提供信息；確定性結構其質量的功能為一，即，確定故障的存在。提供識別框架結構故障信息的能力可以由一個信念通過證據熵測量如下：
更大的或更接近一個證據熵為更多的信息提供了依據。所以我們可以說，證據熵反映實際決策信心相結合的證據。
通過對桑塔納AJR發(fā)動機大量實驗，我們得到三標準特征向量：
（1）當發(fā)動機在良好的條件下，{–823.9472, –442.2903, 3.2895, 5.1562, 35.3872, 7.7889, –53.0390}；
（2）當由于燃料噴射閥堵塞引起怠速不穩(wěn)時，{536.5645, –649.1083, 3.9637, –7.9034, –32.2867, –97.1227, –21.0975};
(3) 當由于從進氣歧管真空泄漏引起怠速不穩(wěn)時，{90.1887, –601.0368, 5.5516, –5.2591, –32.3023, –80.4196, –13.5560}；
在故障診斷中的數據融合技術的目標是正確的辨別每一個命題識別框架，即，正確地檢測和對故障進行分類。在這里，假設故障識別的框架是：從特征向量得到的觀測數據：
1）為氧傳感器;
2) 為點火系統(tǒng);
3) 為燃料噴射閥；
4）為進氣歧管真空傳感器。
我們利用D-S證據理論從矢量AJR發(fā)動機推導出條件。從四個傳感器在決策層相結合的特征向量得到最終的融合結果如下：
根據以上結果，我們得出這樣的結論——有可能是一個失敗的燃料噴射閥堵塞。這一結論與實際實驗相符。
我們可以從方程計算證據熵（9）。數據融合過程中的證據的熵的變化被顯示在圖1。隨著程序數據融合，證據熵的增加。這意味著診斷決策的信心提高了。多傳感器數據融合在單傳感器數據的顯著優(yōu)勢，減少不確定性故障診斷，提高了分類性能故障模式的診斷系統(tǒng)。
圖1 數據融合證據熵的變化過程
3 結論
在數據融合中的數據級融合方法，有一個小的負載和高精度的數據預處理，但需要相稱的傳感器數據和操作性差性能。決策級融合方法可以處理非等量數據和具有強大的可操作性能，減少歧義，增加信心，提高了系統(tǒng)的可靠性，但融合精度高低、數據預處理成本高。特征級融合根據神經系統(tǒng)網絡改善在培訓樣品的故障識別率和提高在測試樣品時的故障識別性能, 利用從多個來源的信息補充其他傳感器，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和診斷的準確性。特征級融合提供了與其他兩種方法好的妥協(xié)的方法, 逐漸成熟。實驗結果表明，決策級數據融合方法可用于發(fā)動機故障診斷。
對于一個特定的方法之間的選擇應用程序是一個系統(tǒng)工程問題，這取決于在可用的通信帶寬問題, 傳感器的特性，計算可用的資源，和其他的問題。沒有一個通用的方法是適用于所有情況或應用程序。
4 致謝
在目前的工作中的實驗數據由山東理工大學汽車實驗室提供。作者感謝楊中宇在實驗測試的幫助。
參考文獻：
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2）霍爾--介紹多傳感器數據融合。電氣和電子工程師協(xié)會程序，1997，85（1）：6～23.
3）GanonlayA--多平臺傳感器集成模型，防空署郵編：079951。海軍研究實驗室，1999，31（12）：1～62。
4）坦尼R--分布式傳感器檢測，電氣和電子工程師協(xié)會表。美國電化學協(xié)會，1981，17（1）：98-101。
5）羅納德R Y--熵和特異性在數學理論的證據。Gen系統(tǒng), 1983, 9(2): 249-260.
6）StephaneJ--在多傳感器融合形式化的貢獻。機器人和自主系統(tǒng)，1994, 13(2): 56-60.
7）VarshneyP K.--分布式檢測和信息融合。紐約：科學出版社，1996。
8）菲利普R D--一種新的故障檢測方法和GPS自主完好性監(jiān)測中的應用。電氣和電子工程師協(xié)會高級加密標準的交易,1995, 31(1): 499-506.
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10) Isermann R.--基于建模和過程故障檢測估計方法的研究。自動化，1984, 20(2): 47-54.
附 件：外文資料原文
12
機電工程學院
畢業(yè)設計方案
論證報告
設計題目: GD1091型商用車制動系設計
學生姓名：
學 號：
專業(yè)班級：
指導教師：
20xx年3月20日
目錄
1 制動系的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢........................................2
2 制動系結構設計方案的論證分析......................................3
2.1 制動系統(tǒng)概述及組成............................................3
2.2 制動器的結構方案分析..........................................4
2.2.1 鼓式制動器結構............................................5
2.2.2 盤式制動器結構............................................8
論證結果.............................................................9
參考文獻.............................................................9
1 制動系的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢
從汽車誕生時起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關重要的角色。近年來，隨著車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現得越來越明顯。汽車制動系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結構型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動裝置，用工作時產生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能，以達到車輛制動減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現了很多新的結構型式和功能形式。新型動力系統(tǒng)的出現也要求制動系統(tǒng)結構型式和功能形式發(fā)生相應的改變。例如電動汽車沒有內燃機，無法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動真空泵為真空助力器提供真空。?
當考慮基本的制動功能量，液壓操縱仍然是最可靠、最經濟的方法。即使增加了防抱制動(ABS)功能后，傳統(tǒng)的“油液制動系統(tǒng)”仍然占有優(yōu)勢地位。但是就復雜性和經濟性而言，增加的牽引力控制、車輛穩(wěn)定性控制和一些正在考慮用于“智能汽車”的新技術使基本的制動器顯得微不足道。???
目前，車輛防抱制動控制系統(tǒng)(ABS)已發(fā)展成為成熟的產品，并在各種車輛上得到了廣泛的應用，但是這些產品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設計的。方法雖然簡單實用，但是其調試比較困難，不同的車輛需要不同的匹配技術，在許多不同的道路上加以驗證；從理論上來說，整個控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未達到最佳的制動效果。??
? 另外，由于編制邏輯門限ABS有許多局限性，所以近年來在ABS的基礎上發(fā)展了車輛動力學控制系統(tǒng)(VDC)。結合動力學控制的最佳ABS是以滑移率為控制目標的ABS，它是以連續(xù)量控制形式，使制動過程中保持最佳的、穩(wěn)定的滑移率，理論上是一種理想的ABS控制系統(tǒng)。??
? 因此，發(fā)展魯棒性的ABS控制系統(tǒng)成為關鍵?，F在，多種魯棒控制系統(tǒng)應用到ABS的控制邏輯中來。除傳統(tǒng)的邏輯門限方法是以比較為目的外，增益調度PID控制、變結構控制和模糊控制是常用的魯棒控制系統(tǒng)，是目前所采用的以滑移率為目標的連續(xù)控制系統(tǒng)。模糊控制法是基于經驗規(guī)則的控制，與系統(tǒng)的模型無關，具有很好的魯棒性和控制規(guī)則的靈活性，但調整控制參數比較困難，無理論而言，基本上是靠試湊的方法。然而對大多數基于目標值的控制而言，控制規(guī)律有一定的規(guī)律。????
? 今天，ABS/ASR已經成為歐美和日本等發(fā)達國家汽車的標準設備。??
? 車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術的發(fā)展。一方面是擴大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。??
?? 在第一方面，ABS功能的擴充除ASR外，同時把懸架和轉向控制擴展進來，使ABS不僅僅是防抱死系統(tǒng)，而成為更綜合的車輛控制系統(tǒng)。制動器開發(fā)廠商還提出了未來將ABS/TCS和VDC與智能化運輸系統(tǒng)一體化運用的構想。隨著電子控制傳動、懸架系統(tǒng)及轉向裝置的發(fā)展，將產生電子控制系統(tǒng)之間的聯系網絡，從而產生一些新的功能，如：采用電子控制的離合器可大大提高汽車靜止啟動的效率；在制動過程中，通過輸入一個驅動命令給電子懸架系統(tǒng)，能防止車輛的俯仰。??
? 在第二個方面，一些智能控制技術如神經網絡控制技術是現在比較新的控制技術，已經有人將其應用在汽車的制動控制系統(tǒng)中。ABS/ASR并不能解決汽車制動中的所有問題。因此由ABS/ASR進一步發(fā)展演變成電子控制制動系統(tǒng)(EBS)，這將是控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要的方向。但是EBS要想在實際中應用開來，并不是一個簡單的問題。除技術外，系統(tǒng)的成本和相關的法規(guī)是其投入應用的關鍵。????
? 綜上所述，現代汽車制動控制技術正朝著電子制動控制方向發(fā)展。全電制動控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。?
2 制動系結構設計方案的論證分析
2.1 制動系統(tǒng)概述及組成
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。
制動系統(tǒng)作用是：使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使已停駛的汽車在各種道路條件下(包括在坡道上)穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)。
對汽車起制動作用的只能是作用在汽車上且方向與汽車行駛方向相反的外力，而這些外力的大小都是隨機的、不可控制的，因此汽車上必須裝設一系列專門裝置以實現上述功能。
為了保證汽車安全行駛，提高汽車的平均行駛車速，以提高運輸生產率，在各種汽車上都設有專用制動機構。這樣的一系列專門裝置即稱為制動系。
汽車制動系功用:
1）保證汽車行駛中能按駕駛員要求減速停車;
2）保證車輛可靠停放;
3) 保證汽車在下坡時具有一定的速度。
汽車制動系統(tǒng)的類型：
（1）按功用分：行車制動系統(tǒng)，駐車制動系統(tǒng)，第二制動系統(tǒng)，輔助制動系統(tǒng)。
1）行車制動系——是由駕駛員用腳來操縱的，故又稱腳制動系。它的功用是使正在行駛中的汽車減速或在最短的距離內停車。
2）駐車制動系——是由駕駛雖用手來操縱的，故又稱手制動系。它的功用是使已經停在各種路面上的汽車駐留原地不動。
3）第二制動系——在行車制動系失效的情況下，保證汽車仍能實現減速或停車的一套裝置。在許多國家的制動法規(guī)中規(guī)定，第二制動系也是汽車必須具備的。
4）輔助制動系——經常在山區(qū)行駛的汽車以及某些特殊用途的汽車，為了提高行車的安全性和減輕行車制動系性能的衰退及制動器的磨損，用以在下坡時穩(wěn)定車速。
（2）按制動能量傳輸分：機械式，液壓式，氣壓式，電磁式，組合式。
（3）按回路多少分：單回路制動系統(tǒng)，雙回路制動系統(tǒng)。
（4）按能源分：人力制動系統(tǒng)，動力制動系統(tǒng)，伺服制動系統(tǒng)。
1）人力制動系——以駕駛員的肌體作為唯一的制動能源的制動系。
2）動力制動系——完全靠由發(fā)動機的動力轉化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的制動系。
3）伺服制動系——兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系。
任何制動系統(tǒng)都具有以下四個基本組成部分：
（1）供能裝置：包括供給、調節(jié)制動所需能量以及改善傳動介質狀態(tài)的各種部件。
（2）控制裝置：產生制動動作和控制制動效果各種部件，如制動踏板。 （3）傳動裝置：包括將制動能量傳輸到制動器的各個部件如制動主缸、輪缸。 （4）制動器：產生阻礙車輛運動或運動趨勢的部件。
為了保證汽車行使安全，發(fā)揮高速行使的能力，制動系必須滿足下列要求。
（1）制動效能好。評價汽車制動效能的指標有：制動距離、制動減速度、制動時間 。
（2）操縱輕便，制動時的方向穩(wěn)定性好。制動時，前后車輪制動力分配合理，左右車輪上的制動力應基本相等，以免汽車制動時發(fā)生跑偏和側滑。
（3）制動平順性好。制動時應柔和、平穩(wěn)；解除時應迅速、徹底。
（4）散熱性好，調整方便。這要求制動蹄摩擦片抗高溫能力強，潮濕后恢復能力快，磨損后間隙能夠調整，并能夠防塵、防油。
(5）帶掛車時，能使掛車先于主車產生制動，后于主車解除制動；掛車自行脫掛時能自行進行制動。
(6) 在任何速度下制動時，汽車都不應該喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
(7) 防治水河污泥進入制動器表面。
(8) 制動時，制動系產生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質，以減少公害。
(9) 作用滯后性應盡可能好。作用滯后性是指制動反應時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需的時間來評價。
(10 )摩擦襯片應具有足夠的使用壽命。
(11) 當制動驅動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應有音響或信號等報警提示。
2.2制動器的結構方案分析
制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。電磁式制動器雖然有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點，但因成本高，只有一部分總質量較大的商用車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只用作緩速器。目前廣泛使用的為摩擦式制動器。
摩擦式制動器按摩擦副結構形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器；鼓式和盤式制動器的結構形式有多種。
2.2.1 鼓式制動器結構
鼓式制動器具有各種不同的結構形式，不同形式鼓式制動器的主要區(qū)別有：（1）蹄片固定支點的數量和位置不同。（2）張開裝置的形式與數量不同。（3）制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。鼓式制動器又分為內張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結構型式。內張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉的摩擦元件作為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪轂上。制動時，利用制動鼓的圓柱內表面與制動蹄摩擦蹄片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩擦片的內圓弧作為一對摩擦表面，產生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內張型鼓式結構，鼓式制動器按蹄的類型分為:
1) 領從蹄式制動器
如圖2-1所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉方向（制動鼓正向旋轉），則蹄1為領蹄，蹄2為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉方向變?yōu)榉聪蛐D，則相應得使領蹄與從蹄也就相互對調了。這種當制動鼓正、反反向旋轉時總具有一個領蹄和一個從蹄的內張型鼓式制動器稱為領從蹄使制動器。領蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有減勢作用，故又稱為減勢蹄。增勢作用使領蹄所受的法向反力增大，而減勢作用使從蹄所受的法向反力減小。
領從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結構簡單，造價較低，也便于服裝駐車制動機構，故這種結構仍廣泛用于中,特別是乘用車和總質量較小的商用車的后輪制動器用得較多。
圖2-1 領從蹄式制動器
2) 雙領蹄式制動器
若在汽車前進時兩制動蹄均為領蹄的制動器，則稱為雙領蹄使制動器（如圖2-2所示）。顯然，當汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領蹄式制動器。如圖所示，兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄、制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動器。
雙領蹄式制動器有高的正向制動效能，因而得到比較廣泛的應用。如用于后輪，則還需要另設中央駐車制動器。
圖2-2 雙領從蹄式制動器
3) 雙向雙領蹄式制動器
當制動鼓正向和反向旋轉時，兩制動助均為領蹄的制動器則稱為雙向雙領蹄式制動器（如圖2-3所示）。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛應用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動器時，則需另設中央制動用于駐車制動。
圖2-3 雙向雙領蹄式制動器
4) 單向增力式制動器
單向增力式制動器如圖2-4所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動地板上的支承銷上，由于制動時兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式的制動器。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它用于少數輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。
圖2-4 單向增力式制動器
5）雙向增力式制動器
將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動器(如圖2-5所示)。對雙向增力式制動器來說不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。
雙向增力式制動器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動與駐車制動功用的制動器，但行車制動是由液壓經制動輪缸產生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應急制動時也不會產生高溫，故其熱衰退問題并不突出。
但由于結構問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導致制動效率下降。因此，在轎車領域上已經逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本低，仍然在一些經濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。
圖2-5 雙向增力式制動器
2.2.2 盤式制動器
盤式制動器按摩擦副中定位元件的結構不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。
1）鉗盤式
鉗盤式制動器按制動鉗的結構形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等,如圖2-6所示.
?定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉。具有以下優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結構及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應多回路制動系的要求。
?浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤得內側具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。
8
（a）浮鉗盤式 （b）定鉗盤式
圖2-6 盤式制動器
2）全盤式
在全盤制動器中，摩擦副的旋轉元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。
論證結果
通過上述的論證分析，GD1091型商用車，由于該商用車的質量為九噸，質量較大，為了能在制動時具有很好的制動效能，前輪采用鼓式制動器，后輪采用鼓式制動器。
參考文獻
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10
機電工程學院
畢業(yè)設計說明書
設計題目: GD1091型商用車制動系設計
學生姓名：
學 號：
專業(yè)班級：
指導教師：
20xx 年 5 月 15 日
目 錄
1 前言 ........................................................2
2 制動系概況及組成 .............................................3
3 制動系的結構類型及選擇 ......................................5
3.1制動器的結構類型............................................5
3.1.1 鼓式制動器結構 ......................................5
3.1.2 盤式制動器結構 ......................................9
3.2 制動器結構的選擇 .........................................9
4 制動系的主要參數及其選擇 ....................................10
4.1 相關給定參數 ............................................10
4.2 制動系主要參數的確定 ....................................10
5 制動系的設計與計算 ..........................................12
5.1 同步附著系數與制動器分配系數 ............................12
5.2 最大制動力矩 ............................................13
5.3 制動器因數計算 ..........................................14
5.4 制動性能計算 ............................................16
6 制動器主要零部件的結構設計 ..................................16
6.1 制動蹄 ..................................................17
6.2 制動底板 ................................................17
6.3 制動蹄的支承 ............................................17
6.4 制動輪缸 ................................................17
6.5 制動器間隙的調整及機構 ..................................18
7 液壓制動驅動機構的計算 ......................................18
7.1 制動輪缸直徑與工作容積 ..................................18
7.2 制動主缸直徑與工作容積 ..................................19
7.3 制動踏板力與踏板行程 ....................................20
設計總結 .......................................................22
參考資料 .......................................................24
致謝 ...........................................................25
1 前言
汽車的制動裝置可以讓車輛放慢速度或靜止、使正在坡上移動的車輛速度保持不變以及使已經靜止的車輛保持靜止狀態(tài)不變。對汽車起到主要阻力作用的外力有空氣阻力，滾動阻力，上坡阻力，但遺憾的是這些外力的大小都是隨著外界的因素的改變而發(fā)生變化的，無法進行人為的控制。所以，我們得給車輛安裝制動系，他可以幫助駕駛員進行人為的控制車輛的制動力。
所有車輛的制動系統(tǒng)都應該由供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器這樣四個基本部分組成。近年來，隨著車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現得越來越明顯。汽車制動系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結構型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動裝置，用工作時產生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能，以達到車輛制動減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現了很多新的結構型式和功能形式。新型動力系統(tǒng)的出現也要求制動系統(tǒng)結構型式和功能形式發(fā)生相應的改變。例如電動汽車沒有內燃機，無法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動真空泵為真空助力器提供真空。
今天，ABS/ASR已經成為歐美和日本等發(fā)達國家汽車的標準設備。??
? 車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術的發(fā)展。一方面是擴大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。??
?? 在第一方面，ABS功能的擴充除ASR外，同時把懸架和轉向控制擴展進來，使ABS不僅僅是防抱死系統(tǒng)，而成為更綜合的車輛控制系統(tǒng)。制動器開發(fā)廠商還提出了未來將ABS/TCS和VDC與智能化運輸系統(tǒng)一體化運用的構想。隨著電子控制傳動、懸架系統(tǒng)及轉向裝置的發(fā)展，將產生電子控制系統(tǒng)之間的聯系網絡，從而產生一些新的功能。??
? 在第二個方面，一些智能控制技術如神經網絡控制技術是現在比較新的控制技術，已經有人將其應用在汽車的制動控制系統(tǒng)中。ABS/ASR并不能解決汽車制動中的所有問題。因此由ABS/ASR進一步發(fā)展演變成電子控制制動系統(tǒng)(EBS)，這將是控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要的方向。但是EBS要想在實際中應用開來，并不是一個簡單的問題。除技術外，系統(tǒng)的成本和相關的法規(guī)是其投入應用的關鍵。????
綜上所述，現代汽車制動控制技術正朝著電子制動控制方向發(fā)展。全電制動控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。
2 制動系概況及組成
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。
制動系統(tǒng)作用是：使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使已停駛的汽車在各種道路條件下(包括在坡道上)穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)。
對汽車起制動作用的只能是作用在汽車上且方向與汽車行駛方向相反的外力，而這些外力的大小都是隨機的、不可控制的，因此汽車上必須裝設一系列專門裝置以實現上述功能。
為了保證汽車安全行駛，提高汽車的平均行駛車速，以提高運輸生產率，在各種汽車上都設有專用制動機構。這樣的一系列專門裝置即稱為制動系。
汽車制動系功用:
1）保證汽車行駛中能按駕駛員要求減速停車;
2）保證車輛可靠停放;
3) 保證汽車在下坡時具有一定的速度。
汽車制動系統(tǒng)的類型：
（1）按功用分：行車制動系統(tǒng)，駐車制動系統(tǒng)，第二制動系統(tǒng)，輔助制動系統(tǒng)。
1）行車制動系——是由駕駛員用腳來操縱的，故又稱腳制動系。它的功用是使正在行駛中的汽車減速或在最短的距離內停車。
2）駐車制動系——是由駕駛雖用手來操縱的，故又稱手制動系。它的功用是使已經停在各種路面上的汽車駐留原地不動。
3）第二制動系——在行車制動系失效的情況下，保證汽車仍能實現減速或停車的一套裝置。在許多國家的制動法規(guī)中規(guī)定，第二制動系也是汽車必須具備的。
4）輔助制動系——經常在山區(qū)行駛的汽車以及某些特殊用途的汽車，為了提高行車的安全性和減輕行車制動系性能的衰退及制動器的磨損，用以在下坡時穩(wěn)定車速。
（2）按制動能量傳輸分：機械式，液壓式，氣壓式，電磁式，組合式。
（3）按回路多少分：單回路制動系統(tǒng)，雙回路制動系統(tǒng)。
（4）按能源分：人力制動系統(tǒng)，動力制動系統(tǒng)，伺服制動系統(tǒng)。
1）人力制動系——以駕駛員的肌體作為唯一的制動能源的制動系。
2）動力制動系——完全靠由發(fā)動機的動力轉化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的制動系。
3）伺服制動系——兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系。
任何制動系統(tǒng)都具有以下四個基本組成部分：
（1）供能裝置：包括供給、調節(jié)制動所需能量以及改善傳動介質狀態(tài)各種部件。
（2）控制裝置：產生制動動作和控制制動效果各種部件，如制動踏板。 （3）傳動裝置：包括將制動能量傳輸到制動器的各個部件如制動主缸、輪缸。 （4）制動器：產生阻礙車輛運動或運動趨勢的部件。
為了保證汽車行使安全，發(fā)揮高速行使的能力，制動系必須滿足下列要求。
（1）制動效能好。評價汽車制動效能的指標有：制動距離、制動減速度、制動時間 。
（2）操縱輕便，制動時的方向穩(wěn)定性好。制動時，前后車輪制動力分配合理，左右車輪上的制動力應基本相等，以免汽車制動時發(fā)生跑偏和側滑。
（3）制動平順性好。制動時應柔和、平穩(wěn)；解除時應迅速、徹底。
（4）散熱性好，調整方便。這要求制動蹄摩擦片抗高溫能力強，潮濕后恢復能力快，磨損后間隙能夠調整，并能夠防塵、防油。
（5）帶掛車時，能使掛車先于主車產生制動，后于主車解除制動；掛車自行脫掛時能自行進行制動。
（6）在任何速度下制動時，汽車都不應該喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
(7)防治水河污泥進入制動器表面。
（8)制動時，制動系產生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質，以減少公害。
（9）作用滯后性應盡可能好。作用滯后性是指制動反應時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需的時間來評價。
（10）摩擦襯片應具有足夠的使用壽命。
（11）當制動驅動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應有音響或信號等報警提示。
3 制動器的結構類型及選擇
制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。電磁式制動器雖然有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點，但因成本高，只有一部分總質量較大的商用車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只用作緩速器。目前廣泛使用的為摩擦式制動器。
摩擦式制動器按摩擦副結構形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器；鼓式和盤式制動器的結構形式有多種。
3.1制動器的結構類型
3.1.1 鼓式制動器結構
鼓式制動器具有各種不同的結構形式，不同形式鼓式制動器的主要區(qū)別有：（1）蹄片固定支點的數量和位置不同。（2）張開裝置的形式與數量不同。（3）制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。鼓式制動器又分為內張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結構型式。內張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉的摩擦元件作為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪轂上。制動時，利用制動鼓的圓柱內表面與制動蹄摩擦蹄片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩擦片的內圓弧作為一對摩擦表面，產生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內張型鼓式結構，鼓式制動器按蹄的類型分為:
1) 領從蹄式制動器
如圖3-1所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉方向（制動鼓正向旋轉），則蹄1為領蹄，蹄2為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉方向變?yōu)榉聪蛐D，則相應得使領蹄與從蹄也就相互對調了。這種當制動鼓正、反反向旋轉時總具有一個領蹄和一個從蹄的內張型鼓式制動器稱為領從蹄使制動器。領蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有減勢作用，故又稱為減勢蹄。增勢作用使領蹄所受的法向反力增大，而減勢作用使從蹄所受的法向反力減小。
領從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結構簡單，造價較低，也便于服裝駐車制動機構，故這種結構仍廣泛用于中,特別是乘用車和總質量較小的商用車的后輪制動器用得較多。
1-領蹄 2-從蹄 3,4-支點 5-制動鼓 6-制動輪缸
圖3-1 領從蹄式制動器
2) 雙領蹄式制動器
若在汽車前進時兩制動蹄均為領蹄的制動器，則稱為雙領蹄使制動器（如圖3-2所示）。顯然，當汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領蹄式制動器。如圖所示，兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄、制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動器。
雙領蹄式制動器有高的正向制動效能，因而得到比較廣泛的應用。如用于后輪，則還需要另設中央駐車制動器。
1-制動輪缸 2-領蹄 3-支撐銷 4-制動鼓
圖3-2 雙領從蹄式制動器
3) 雙向雙領蹄式制動器
當制動鼓正向和反向旋轉時，兩制動助均為領蹄的制動器則稱為雙向雙領蹄式制動器（如圖3-3所示）。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛應用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動器時，則需另設中央制動用于駐車制動。
圖3-3 雙向雙領蹄式制動器
4) 單向增力式制動器
單向增力式制動器如圖3-4所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動地板上的支承銷上，由于制動時兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式的制動器。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它用于少數輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。
1-第一制動蹄 2-支撐銷 3-制動鼓 4第二制動蹄 5-頂桿 6-制動輪缸
圖3-4 單向增力式制動器
5）雙向增力式制動器
將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動器(如圖3-5所示)。對雙向增力式制動器來說不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。
雙向增力式制動器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動與駐車制動功用的制動器，但行車制動是由液壓經制動輪缸產生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應急制動時也不會產生高溫，故其熱衰退問題并不突出。
但由于結構問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導致制動效率下降。因此，在轎車領域上已經逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本低，仍然在一些經濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。
1-后制動蹄 2-頂桿 3-前制動蹄 4-制動輪缸 5-支撐銷
圖3-5 雙向增力式制動器
3.1.2 盤式制動器結構
盤式制動器按摩擦副中定位元件的結構不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。
1）鉗盤式
鉗盤式制動器按制動鉗的結構形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等.
?定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉。具有以下優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結構及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應多回路制動系的要求。
?浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤得內側具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。
2）全盤式
在全盤制動器中，摩擦副的旋轉元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。
3.2 制動器結構的選擇
通過以上描述，我們可以發(fā)現盤式制動器有以下缺點：
1）不能嚴密的銹蝕和防止塵污(密封的多片全盤制動裝置)。
2) 兼做停車制動裝置，所需的附加的動手驅接構很復雜。
3）在制動驅動機構中必須裝用助力器。
4) 因為襯塊的工作表面太小，盤式制動裝置在車輛前輪上得到廣泛的時用。鼓磨損太快，行使壽命低，需要用高材質的襯塊。
根據本次畢業(yè)設計的設計任務，考慮到實際情況及個人的設計能力，本次設計采用:后輪為領從蹄式制動器，前輪為雙領蹄式制動器；驅動機構為液壓驅動且雙回路；駐車制動采用車輪制動器與后輪共用一個制動器—后輪鼓式制動器。
4 制動系的主要參數及其選擇
4.1 相關給定參數
質心高度: hg=853mm;
質心與前軸距離：a=2300mm;
質心與后軸距離：b=2100mm
軸距：L=4400mm;
車輪滾動半徑：R r =505mm
最大質量 M=9130Kg
整備質量 M=4000Kg
最高車速 V=90Km/h
車輪型號為9.00R20，輪輞名義直徑為20英寸
4.2制動系主要參數的確定
(1) 制動鼓內徑D
圖4.1 鼓式制動器的主要幾何參數
如圖4.1各參數：
輸入力Po一定時，制動鼓內徑越大，制動力矩越大，且散熱能力也越強。但增大D要受到輪輞內徑的限制。制動鼓與輪輞之間要保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于20～30mm,否則不僅制動器的散熱條件條件差，而且輪輞受熱后可能沾住內胎或烤壞氣門嘴。制動鼓應該有足夠的壁厚，用來保證有足夠的剛度和熱容量，以減小制動時的溫升。制動鼓的直徑小，剛度就大，并有利保證制動鼓的加工精度。
制動鼓直徑與輪輞直徑之比D/Dr的范圍如下：
商用車： D/Dr=0.70～0.83
取 D/Dr=0.75
輪輞直徑 Dr=508mm
制動鼓最大內徑 D =400mm
取制動鼓內徑D=400mm 即R=200mm
（2）摩擦襯片寬度b和包角β
摩擦襯片寬度尺寸b的選取對摩擦襯片的使用壽命有很大影響。襯片的寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；襯片寬度取寬些，則質量大，不易加工，且加工成本增加。
實驗表明，摩擦襯片包角β=90o～100o時，磨損最小，制動鼓溫度最低，且制動效能最高。β角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。實際上包角兩端處單位壓力最小，因此過分延伸襯片兩端以增加包角，對減小單位壓力的作用不大，而且將使制動不平順，容易使制動器發(fā)生自鎖，因此這里取包角β=100o。
襯片的磨損面積為Ap=Rβb。制動器各蹄襯片總的摩擦面積越大，制動時所受單位面積的正壓力和能量負荷越小，從而磨損特性越好。對于（7.0～12.0）t的轎車，單個制動器總的摩擦面積Ap為（550～1000）cm2,這里取Ap=800cm2。可求得b=120mm。
（3）摩擦襯片起始角β0
一般將襯片布置在制動蹄的中央，令β0=90o－β/2。有時為了適應單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點對稱布置，以改善磨損均勻性和制動效能。由以上可知β0=90o－100o/2=40o。
（4）制動器中心到張開力Po作用線的距離a
在保證輪缸或制動凸輪能夠布置于制動鼓內的條件下，應使距離a盡可能大，以提高制動效能，設計時定a=0.8R左右，根據圖樣取得a=160mm。
（5）制動蹄支撐點位置坐標c和k
應在保持兩蹄支撐端毛面不致互相干涉的情況下，使c盡可能大而k盡可能小，這里定c=0.8R左右，實際取值為c=160mm,k=40mm。
（6）摩擦片摩擦系數
摩擦片摩擦系數對制動力矩的影響很大，主要考慮其熱穩(wěn)定性當前國產的制動摩擦片材料在溫度低于250℃時，保持摩擦系數f=0.35～0.40已無大問題。因此，取可使計算結果接近實際,選取。
5 制動系的設計與計算
5.1同步附著系數與制動器分配系數
(1)當＜時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉向能力；
(2)當＞時：制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
(3)當＝時：制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉向能力。
分析表明，汽車在同步附著系數為的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時，其制動減速度為，即，為制動強度。而在其他附著系數的路面上制動時，達到前輪或后輪即將抱死的制動強度＜這表明只有在＝的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。
參考類似車型此次設計車型同步附著系數
，帶入數據得：
5.2 最大制動力矩
制動器動力之比為：
最大制動力矩
設該貨車常在附著系數為的路面上行駛，且轎車的同步附著系數為。
則制動強度
代入數據，得：
則單個車輪應有的最大制動力矩為：
其中:G--汽車所受重力；
L--汽車軸距；
a--汽車質心離前軸距離；
b--汽車質心離后軸距離；
--汽車質心高度；
--汽車滾動半徑；
--地面附著系數；
β--制動力分配系數；
--制動力距；
5.3 制動器因數計算
制動因數是表示制動器的效能，也就是制動器在單位輸入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩。
其中：--制動器促動力。
后輪制動器因數（支承銷式—領從蹄式）：
其中有關計算參數如圖5-1所示：
其中數據數值:
==1.74；
===0.768；
==2.512；
==3.279；
=200mm；
B=0.8R=160;
C=R-20=180;
=
=1.6=320mm；
圖5-1支撐銷式制動蹄有關計算結構尺寸參數
==190mm；
=0.3；
那么單個領蹄的制動因數：
公式:
代入數據得 ；
公式:
代入數據得；
所以整個后輪制動器因數為:
張開力的計算
由液壓驅動制動器所需張開力
(5-1)
代入數據，解得：P1 = 17200.885N； P2 = 12741.317 N；
5.4 制動性能計算
(1)制動減速度
式中：為該車所遇最大附著系數，0.8；
則
(2)制動距離
理論制動距離： （5-2）
式中： j—制動減速度；
V—制動初速度，65km/h；
代入數據，解得：
S=20.791m
6 制動器主要零部件的結構設計
本設計采用由鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合式制動鼓；其質量小，工作面耐磨，并有較高的摩擦因數。沿鼓口的外緣鑄有整圈的加強肋條和若干軸向肋條以提高其剛度和散熱性能。
制動鼓相對于輪轂的對中如圖5-1所示，是以直徑為的圓柱表面的配合來定位，制動鼓工作表面的圓度和同軸度公差≤0.03，徑向跳動量≤0.05，靜不平衡度≤1.5。
6.1制動蹄
制動蹄采用T形型鋼輾壓制成，制動蹄的斷面形狀如圖6-1a，并在制動蹄腹板上開有徑向槽，使制動蹄摩擦襯片與鼓之間的接觸壓力均勻，并減少制動時的尖叫聲。制動蹄腹板和翼緣的厚度分別為6mm和6mm。摩擦襯片的厚度選為6。襯片鉚接在制動蹄上，噪聲較小。
圖6-1汽車制動蹄的斷面形狀
6.2制動底板
制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應保證各安裝零件相互間的正確位置。制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩，應有足夠的剛度，因為剛度不足會導致制動力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不均勻。本設計制動底板采用鋼板沖壓而成，沖出翻邊和凸臺，底板具有凹凸起伏的形狀。
6.3制動蹄的支承
前后輪制動器制動蹄采用偏心支承銷式，支承銷由45號鋼制造并高頻淬火。其支座為可煅鑄鐵（KTH370-12）或球墨鑄鐵（QT400-18）件。青銅偏心輪可保持制動蹄腹板上的支撐孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。
6.4制動輪缸
制動輪缸為液壓制動系采用的活塞式制動張開機構，其結構簡單，在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔，需鏜磨。活塞由鋁合金制造?；钊舛藟河袆傊频拈_槽頂塊，以支撐插入槽中的制動蹄腹板部件。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內端面處的橡膠皮碗密封。多數制動輪缸有兩個等直徑的活塞；少數有四個等直徑的活塞；雙領蹄式制動器的兩蹄則各用一個單活塞制動輪缸。
6.5制動器間隙的調整及機構
本車制動間隙采用手動調整。在制動底板開有一觀察孔，以便用塞尺檢查摩擦片與制動鼓之間的間隙。若發(fā)現制動器間隙以增大到使制動器效能明顯降低時，對前輪制動器，可轉動調整凸輪進行局部調整。當制動鼓磨損重新修整其內圓面后裝配制動器時，為保證蹄鼓的正確接觸狀態(tài)和間隙值，應轉動偏心銷和調整凸輪進行全面調整；對后輪制動器，則要調整制動輪缸兩端的調整螺母，帶動螺桿的可調支座作軸向移動，則可調整制動器間隙，調整好后，用鎖片插入調整螺母的齒槽中，以固定調整螺母位置。
7 液壓制動驅動機構的計算
7.1制動輪缸直徑與工作容積
制動輪缸對制動蹄施加的張開力與輪缸直徑和制動管路壓力的關系為：
(7-1)
制動油路壓力一般不超過10-12MPa。
第個輪缸的工作容積為
(7-2)
式中，—第個輪缸活塞的直徑；
—輪缸中活塞的數目；
—第個輪缸活塞在完全制動時的行程，初步設計時可取
2.0～2.5。
所有輪缸的總工作容積為：
(7-3)
式中：為輪缸數目。
取，已知
P1 = 17200.885N； P2 = 12741.317 N；
則帶入數據，得：
=46.81mm，
參GB7524—87標準規(guī)定尺寸系列中選取，輪缸直徑的尺寸序列為：14.5，16，17.5，19，20.5，22，（22.22），（23.81），24，(25.40)，26，28，（28.58），30，32，35，28，42，46，50，56mm。故選：
50mm,
取，由式（6-2）（6-3）計算得
==3925ml；
；
=2769.48；
7.2制動主缸直徑與工作容積
制動主缸直徑應符合GB7524-87的系列尺寸，主缸直徑系列尺寸為：
14.5，16，17.5，19，20.5，22，（22.22），（23.81），24，（25.40），26，28，（28.58），30，32，35，38，42，46mm。
初步設計時，制動主缸的工作容積可取為：
Vm = 1.3V = V + Vˊ （7-4）
式中： 為所有輪缸的總工作容積。
Vm =1.3（+）
=17405.648ml；
主缸活塞行程可用下式確定
一般 ； 取
代入數據，解得：dm =28.09mm；依國標，取30mm；
Sm =30 mm；
7.3 制動踏板力與踏板行程
液壓制動驅動機構的制動踏板力如圖7-1所示，
制動踏板力用下式計算：
圖7-1 液壓制動驅動機構的計算用簡圖
(7-5)
式中，
—踏板機構傳動比
，、 見圖7-1。
—踏板機構及液壓主缸 的機械效率，可取=0.82～0.86。
踏板力一般不應超過700N。踏板全行程對轎車不應超過100mm~150mm；對貨車不應超過170mm~180mm。此外，作用在制動手柄上的力對轎車不應超過400N；對貨車不應超過600N。制動手柄行程對轎車不應超過160mm；對貨車不應超過220mm。
由式（7-5）取=0.85，ip = 4；
代入數據，解得：Fp = 2077.94 N >700N ，不符合標準。
所以需要加裝真空助力器。
(7-6)
式中： ：真空助力比，取4。
制動踏板工作行程用下式表示：
(7-7)
式中，—主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取=1.5～2.0；
—主缸活塞空行程，即主缸活塞從不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經過的行程。
代入數據，解得：<150mm ；
符合設計要求。
設計總結
回想過去的三個月，剛拿到畢業(yè)設計題目時的茫然和不知所措，再看看現在即將完成的畢業(yè)設計，自己感覺從中學到了很多。
我的設計題目是GD1091型商用車設計-制動系設計，畢業(yè)設計的第一步是外文翻譯，找一篇外文期刊文章并不難，但要把它翻譯好，卻是相當的困難，拿著英文文章，感覺是無從下手，單詞大多都認識，但放在專業(yè)文章中，總是感覺不合適，不合語言習慣。為此也查了大量詞典，掂量每個詞的語義。在此過程中，學習到了很多汽車方面專業(yè)詞匯。
第二步是方案論證，這一步關系汽車制動系的整體性能，及各個部分的選擇，也是此次設計中最重要的一部分，汽車采用什么形式的制動機構，不僅和使用環(huán)境有關，也和經濟性緊密相連。鼓式制動器，盤式制動器各有優(yōu)缺點，制動性能也大不相同?？刂葡到y(tǒng)的選擇，機械制動系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)，氣壓控制系統(tǒng)，等制動系控制系統(tǒng)的選擇，也也各有優(yōu)劣。此次設計思路的確定，充分利用網絡，搜索了大量相同類型的輕型貨車，最后參考了解放CA1091型貨車的一款才最終得以確定。
第三步是設計與計算，此部分計算量比較大，所用的公式也比較多，也是最繁瑣的一部分，設計計算的過程中需要參考大量的設計資料，所學的教材《汽車設計》根本無法滿足設計需要。零件的設計所需要的很多數據也無法查到。國內汽車行業(yè)的很多標準也沒有完善。通過設計、查詢資料，從中也學到了很多零件的設計步驟，和其中關鍵尺寸的確定。
第四步是畫圖，相對來說這部分應該是比較輕松的，但由于初次設計，且零件的各個尺寸也無法知道，大到拉桿長度，小到一個圓角的大小，這些都要參考相似零件設計，所以畫起圖來也想當麻煩，比例注意不到就會看起來很不協(xié)調。但是通過此次設計，使得自己的CAD畫圖能力得到很大的提高，一些快捷鍵命令在制圖的過程中的練習，大大提高了制圖速度。
在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。
此次畢業(yè)設計的題目為中型貨車制動系設計。聯系實際市場，運用大學四年所學知識綜合的、獨立的、創(chuàng)新的完成本次畢業(yè)設計。
總的來說，此次設計過程中雖然遇到了很多困難，但從中學到了很多，不光是純粹的知識。首先，畢業(yè)設計讓我對汽車制動系有了更深層次的了解，從原理到實際的應用。其次，提高了對一些辦公軟件的運用水平，例如Word和AutoCAD。最后，也是最重要的一點，讓我意識到了團隊的力量。畢業(yè)設計是一項復雜龐大的工作，一個人可能不也沒有精力去完成。我們小組的成員，每個人都完成一小部分。但每一小部分都是相互聯系的，遇到問題就要相互討論，共同去解決。
三個多月，轉眼就結束了，在設計之中，自己受益匪淺，從知識的學習到工作的態(tài)度，都有了一個全新的改觀，時刻提醒自己，無論什么時候，做事要嚴謹，要有耐心，這對自己以后的工作有一個好的鋪墊，為自己以后的工作開了一個好的領航。
參 考 資 料
[1] 王望予 汽車設計 第四版 北京：機械工業(yè)出版社，2013.05
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[20] [美]L.魯道夫，陳名智 汽車制動系的分析計算 北京：機械工業(yè)出版社，1985
致謝
畢業(yè)設計已經接近尾聲了，大學四年的生活也就要結束了，回想過去的四年，有歡喜也有憂傷，在這四年里認識了許多一起學習，一起生活，互幫互助，相親相愛的同學和在學習上對我們無私幫助，孜孜不倦，辛勤培養(yǎng)我們，可敬的老師。
GD1091型商用車制動系的設計，很有挑戰(zhàn)性。制動系是汽車幾大系統(tǒng)中不可缺少的一部分，也關系到汽車的整體性能。在此次設計中特別要感謝導師馬冬梅老師，從設計的選題，文獻的采集，框架的設計，結構的布局，到最終的定稿，從內容到格式，從標題到標點，她都費盡心血。沒有她的辛勤栽培孜孜教誨，我的設計也不可能順利完成，在這里容許我說一聲，老師您辛苦了，謝謝您！
畢業(yè)設計就要結束了，這將意味著大學生活就要結束，最后向評閱的老師們表示誠摯的感謝，并請各位老師對此設計批評指正，提出寶貴意見。
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