況旭，張偉棟，羅旋

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

汽車制動系統(tǒng)是汽車關鍵的安全部件，保障了汽車和人員的安全。目前汽車制動系統(tǒng)仍以液壓式制動系統(tǒng)為主，在液壓制動系統(tǒng)中，制動管路提供了制動液流通通道，有效地將制動主缸形成液壓力快速傳遞至制動輪缸，為制動器提供制動作用力[1]。在制動管路設計開發(fā)過程中，制動管路的整車布置尤其重要，制動管路整車布置既要考慮布置的合理性和安全可靠性，又要兼顧制動效能的優(yōu)越性。

文中簡要介紹了液壓制動管路整車布置總體方案，從整車布置、周邊環(huán)境、固定形式和裝配工藝等方面分析了制動管路(包括制動硬管和軟管)布置設計要求，最后表明了制動管路布置對制動性能的影響。本文作者詳細分析了液壓制動管路整車布置設計，有利于指導制動管路的設計開發(fā)。

1 制動管路整車布置總體方案

目前汽車普遍采用雙回路制動系統(tǒng)，雙回路制動系統(tǒng)就是利用液壓制動管路將全車液壓制動系統(tǒng)分成彼此獨立的兩個管路系統(tǒng)，工作中如果一路制動液壓制動管路發(fā)生泄漏，另一路管路仍然可以實施制動，仍保持一定的制動效能，實現(xiàn)安全冗余性[2]。雙管路制動系統(tǒng)比較常見的布置形式有H形和X形，基于X形回路技術的液壓制動系統(tǒng)管路布置形式簡圖如圖1所示。

圖1 基于X形回路液壓制動系統(tǒng)管路布置簡圖

制動管路在整車布置區(qū)域主要分成前機艙和下車體兩部分。前機艙制動管路主要連接助力裝置主缸、ESP控制器和前輪制動器，由于前機艙區(qū)域布置零件角度，因此制動管路在前機艙布置的特點為空間少、環(huán)境較為復雜；下車體制動管路主要是將制動液的ESP制動硬管傳遞到后制動器，具有管路較長、安裝困難等特點。制動管路整車布置不僅要考慮布置合理性和安全可靠性，又要兼顧制動系統(tǒng)的制動性能。制動管路整車布置采用的基本原則：減少管路的長度和折彎次數(shù)，與周邊件保留合理間隙，配合汽車運動，固定牢靠，裝配方便。

2 制動管路布置設計要求

根據(jù)作用功能不同，液壓制動管路分為制動硬管和制動軟管兩種類型。制動硬管主要固定在汽車車身上，多為鋼質材料，主要與制動主缸蓄能元件和ESP控制元件相連。制動軟管主要布置在車輪輪邊位置，通常為橡膠材料組成，其主要的功能是配合懸架系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)與車身間的相對運動，這就要求制動軟管滿足一定的韌性和撓性。

2.1 制動硬管布置設計要求

2.1.1 整車空間布置

制動管路在空間布置上主要分布在汽車前機艙和下車體。制動硬管在整車空間布局應與周邊零部件不產(chǎn)生干涉并遠離熱源，保證管路順暢，避免過彎管路，降低流通阻力。制動硬管在前機艙區(qū)域主要固定在前圍板和車架上。由于機艙汽車零部件較多，在制動硬管布置設計過程中需要充分考慮與周邊零部件的間隙，避免出現(xiàn)干涉問題；下車體制動硬管的走向主要是沿著車身或者車架的邊、槽、梁等部位，可有效防止制動管路承受其他壓力[3]。為避免汽車行駛中制動管路磕低損壞，下車體制動硬管應高于周邊建議最低點10 mm?？臻g布置上制動硬管與周邊零部件的間隙設計要求可參考表1。

表1 制動管路與周邊零件間隙設計建議要求

2.1.2 環(huán)境要求

制動管路的布置同樣需要考慮環(huán)境因素。首先，前機艙制動管路布置過程中需要考慮環(huán)境溫度影響。由于燃油車前機艙存在動力裝置，在局部容易形成較大熱源，靠近熱源區(qū)域的制動硬管需要進行表面熱害分析。理論上制動管表面的溫度不能超過120 ℃，因為制動管表面溫度達到120 ℃，內(nèi)部制動液溫度將會達到制動液沸點，不利于制動液建壓。制動硬管受熱源影響較為嚴重的兩大區(qū)域主要為前機艙靠近發(fā)動機處和下車體靠近排氣管區(qū)域。如圖2所示，某車型排氣管表面溫度達到550 ℃，制動管路和排氣管的間隙為43 mm，熱管理校核得到制動管路表面溫度遠超過120 ℃。在制動硬管前期布置中就需要考慮增大制動管路與排氣管的間隙，或者在制動硬管表面包覆一層鋁箔，降低制動硬管表面的溫度。

圖2 排氣管附件制動硬管熱管理分析

另一方面，由于下車體制動管路較多直接暴露在空氣中，汽車在運動過程中容易受到路面砂石沖擊，因此在制動硬管需要滿足一定的耐磨性。對于一些耐磨性較差的管材材質如PVF管，需要在制動硬管外表面包覆一層耐磨的熱縮護套。

2.1.3 固定形式

制動硬管主要通過管夾固定在車身上。目前汽車使用的管夾類型較多，按照管夾與車身的安裝形式，較為常用的管夾類型有螺柱式和卡扣式，如圖3所示。螺柱式管夾與車身貼合牢固，較難脫落；而卡扣式管夾工藝較簡易，便于安裝。按照制動硬管管夾的管路數(shù)量，可以分為單管夾，雙管夾、三管夾和四管夾等[4]。在制動硬管布置過程中往往也考慮將制動硬管和其他管路共用管夾，有利于更好布置汽車零件。如圖4所示，制動硬管和燃油管共用四管夾，兩者保持合理的間隙。同時為考慮制動硬管固定牢固，相鄰管夾固定點設計要求制動管的長度建議不應大于300 mm。

圖3 螺柱式管夾和卡扣式管夾

圖4 制動管路和燃油管共用四管夾

2.1.4 裝配工藝

制動管路通過硬管接頭與助力主缸和ESP等零件連接，主要是內(nèi)部擴口、外螺紋、內(nèi)螺紋中間的配合，既能滿足裝配可靠性，又能依靠軸向力起到密封效果。在管路布置設計中需要預留工藝裝配空間，如圖5所示，制動硬管在布置設計過程中避免制動管路與擰緊工具發(fā)生干涉。同時，對于下車體布置的長制動硬管，由于管路布置較長，裝配較為困難，往往會設計制動管連接器，將后制動硬管分為兩段，有利于制動管路安裝。

圖5 制動管路布置設計工藝校核

2.2 制動軟管布置設計要求

由于汽車行駛過程中制動軟管存在局部相對運動，因此制動軟管的布置設計需要考慮動態(tài)校核。當轉向輪處于轉向極限位置或車輪處于上下跳動極限狀態(tài)時，制動軟管不應與周邊件干涉，也不能緊繃。文中從空間布置和與軟管力學特性兩方面討論制動軟管的布置設計。

2.2.1 空間布置

通常情況下，制動軟管主要連接制動硬管和輪邊制動器。前端制動軟管通過支架固定在車身上，后端制動軟管主要通過螺柱與制動器卡鉗連接，與制動器一起隨著車輪運動。對于前驅車，由于前輪存在轉向功能，前制動軟管總成通常設計成自帶中間支架，通過中間支架固定在減震器或者轉向節(jié)上，如圖6所示。

圖6 前制動軟管固定在轉向節(jié)和減震器上

制動軟管空間布置需結合動態(tài)校核進行分析。目前設計中主要通過軟件仿真來模擬實車運動狀態(tài)，主要工況包括懸架系統(tǒng)跳動的上極限、中間狀態(tài)、下極限，轉向系統(tǒng)的左極限、中間狀態(tài)、右極限工況。在各工況下制動軟管布置需要滿足與周邊件不發(fā)生干涉，避免制動軟管因干涉而造成磨損，制動軟管各種工況下與周邊間隙需滿足設計要求(表2)。

表2 制動軟管與周邊零件間隙設計要求

2.2.2 軟管力學特性

制動軟管長度設計主要受運動過程中自身特性影響。制動軟管主要分為運動段和固定段，運動段是指制動軟管兩端存在相對運動，其長度的設計主要取決于軟管裝配應力和最大拉力，如果裝配應力和最大拉力過大，制動軟管運動中拉伸將會導致過大塑性變形，嚴重時造成軟管斷裂；固定段主要是指制動軟管兩端相對靜止，其長度的設計取決于制動軟管運動過程中的最小彎曲半徑，如果最小彎曲半徑過小，制動軟管耐久易出現(xiàn)破損風險。同時，軟管設計同時要考慮相位角參數(shù)，相位角是指制動軟管兩端接頭的相對角度。相位角設計合理，有利于裝配時制動軟管處于自然狀態(tài)，可避免裝配受力造成軟管扭曲。表3為制動軟管運動力學特性。

表3 制動軟管運動力學特性

3 制動管路布置設計對制動系統(tǒng)影響

制動管路布置設計對制動系統(tǒng)功能的影響同樣不可忽略。首先，制動管路的布置應合理選擇制動硬管和軟管的長度，制動硬管應該減少折彎次數(shù)，這樣可減少液體在管路中流動的液體阻力，從而提升制動器的響應速度；而制動軟管長度設計過大，在制動液建壓過程中軟管受力將會膨脹，影響制動性能。此外，制動管路布置設計存在干涉或不牢固，都可能導致制動液發(fā)生泄漏，一定程度上將會影響制動效能。在制動管路整車實際布置中由于管路所處空間和環(huán)境限制，制動管路在管路布置往往需要綜合考慮多方面影響，合理布置制動管路，提升制動系統(tǒng)的制動效能。

4 結束語

制動管路布置設計是制動系統(tǒng)開發(fā)過程中的關鍵布置。文中從空間布置、周邊環(huán)境、固定形式和裝配工藝等多方面進行考慮，詳細介紹了制動硬管和制動軟管整車布置設計。制動管路作為傳遞液壓力的主要通道，其布置對制動系統(tǒng)的響應速度和制動性能均起到關鍵作用。從理論上分析了制動管路布置設計，有利于指導制動管路的設計開發(fā)。