摘 要：根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)巴哈大賽規(guī)則要求，制動(dòng)系統(tǒng)必須能夠在靜態(tài)條件下、路面以及未鋪設(shè)路面行駛速度情況下抱死并鎖定所有四個(gè)車(chē)輪，但現(xiàn)在巴哈賽車(chē)普遍存在高速行駛下，急剎車(chē)時(shí)制動(dòng)力分配不合理的情況。本文通過(guò)在制動(dòng)系統(tǒng)里設(shè)計(jì)了制動(dòng)平衡裝置，優(yōu)化制動(dòng)力分配設(shè)計(jì)方案，用螺栓加雙主缸結(jié)構(gòu)，根據(jù)車(chē)重、卡鉗力、工況來(lái)調(diào)整螺栓達(dá)到制動(dòng)力合理分配，賽車(chē)具有更好的穩(wěn)定性安全性。

關(guān)鍵詞：巴哈賽車(chē) 制動(dòng)系統(tǒng) 制動(dòng)力分配 制動(dòng)平衡

Research on the Optimal Scheme of Braking Force Distribution Based on the Braking System of Baja Racing

Liang Yecan

Abstract：According to the requirements of the Baja competition rules of the Chinese Society of Automotive Engineers， the braking system must be able to lock all four wheels under static conditions， roads and unpaved road speeds， but now Baja racing cars generally run at high speeds. The situation where the braking force distribution is unreasonable during sudden braking. This paper designs a brake balance device in the brake system， optimizes the design scheme of braking force distribution， uses bolts to add a double master cylinder structure， and adjusts the bolts to achieve a reasonable distribution of braking force according to vehicle weight， caliper force， and working conditions so that the racing car has good stability and security.

Key words：Baja racing car， braking system， braking force distribution， braking balance

1 引言

巴哈賽車(chē)是一種微型越野車(chē)賽車(chē)，巴哈賽車(chē)的設(shè)計(jì)、研究與制作在汽車(chē)技術(shù)革新和汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造人才培養(yǎng)等方面有著非常重要的作用。制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力分配方案設(shè)計(jì)，是當(dāng)前巴哈賽車(chē)設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中的核心問(wèn)題之一。制動(dòng)力分配方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，直接影響賽車(chē)在高速、急剎車(chē)、越障和過(guò)急彎等工況下能否實(shí)現(xiàn)最佳制動(dòng)效能，是否會(huì)出現(xiàn)車(chē)輛會(huì)失控，出現(xiàn)側(cè)滑、翻滾、甩尾等危險(xiǎn)情況，是賽車(chē)設(shè)計(jì)研發(fā)的核心。本文通過(guò)在制動(dòng)系統(tǒng)里設(shè)計(jì)了制動(dòng)平衡裝置，用螺栓加雙主缸結(jié)構(gòu)，根據(jù)車(chē)重、卡鉗力、工況來(lái)調(diào)整螺栓達(dá)到制動(dòng)力合理分配，賽車(chē)具有更好的穩(wěn)定性安全性。

2 巴哈大賽對(duì)巴哈賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的要求

根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)巴哈大賽規(guī)則要求：賽車(chē)必須配備作用在所有車(chē)輪上的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，并通過(guò)一個(gè)單獨(dú)腳踏板賽車(chē)必須配備作用在所有車(chē)輪上的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，并通過(guò)一個(gè)單獨(dú)腳踏板操作。該踏板必須是剛性連接，不允許用拉線(xiàn)，直接推動(dòng)制動(dòng)主缸。制動(dòng)系統(tǒng)必須能夠在靜態(tài)條件下、路面以及未鋪設(shè)路面行駛速度情況下抱死并鎖定所有四個(gè)車(chē)輪。制動(dòng)踏板應(yīng)由鋼或鋁制造或加工，其設(shè)計(jì)應(yīng)能承受最大制動(dòng)踏板力450 lbf（2000N）。

在巴哈大賽的賽場(chǎng)上，賽車(chē)需要通過(guò)瀝青路面、干燥的泥路、V字水溝、亂石堆以及滾木等不同工況的，過(guò)程中急減速、急彎等情況，賽車(chē)就必須具有良好的制動(dòng)性，是保障賽車(chē)不發(fā)生側(cè)滑、翻滾、甩尾的重要因素。要保證制動(dòng)性，其中之一就是要保證制動(dòng)方向的穩(wěn)定性，這就需要制動(dòng)力能夠按需分配，因此制動(dòng)力的分配就顯得格外重要。

3 巴哈賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組成

賽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)是賽車(chē)的安全性和穩(wěn)定性重要保障。為了滿(mǎn)足大賽要求，根據(jù)之前參賽的制動(dòng)系統(tǒng)的方案經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到賽車(chē)的輕量化，后輪首次采用中央制動(dòng)系統(tǒng)，降低成本，方便維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)減輕整車(chē)重量并有效的減輕簧下質(zhì)量。

巴哈賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)基本組成是制動(dòng)踏板、制動(dòng)主缸、制動(dòng)器（卡鉗）、制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)平衡裝置、制動(dòng)軟管、三通、制動(dòng)液儲(chǔ)液罐等組成。

各個(gè)主要零部件的選擇如下：

（1）制動(dòng)踏板：利用6061鋁制作制動(dòng)杠桿，制動(dòng)主缸安裝在車(chē)頭下方，使用高強(qiáng)度方管焊接在車(chē)架上進(jìn)行完全固定，保證變形量最小。使用雙扭回位彈簧進(jìn)行回位，回位彈力大，響應(yīng)快，占用空間小，方便安裝與維護(hù)。（2）制動(dòng)主缸：選用三輪車(chē)廣泛應(yīng)用的長(zhǎng)行程制動(dòng)主缸，材料鋁制，活塞行程80MM。質(zhì)量輕，足夠長(zhǎng)的活塞行程能及時(shí)補(bǔ)償制動(dòng)卡鉗的活塞移動(dòng)量。（3）卡鉗：前制動(dòng)卡鉗選用愛(ài)得利ADL-17四活塞定鉗，配用170mm制動(dòng)盤(pán);后制動(dòng)卡鉗選用愛(ài)得利ADL-6六活塞定鉗，配用220mm大直徑制動(dòng)盤(pán)。穩(wěn)定性高，制動(dòng)響效快，密封性好，產(chǎn)生制動(dòng)壓力高，制動(dòng)襯片摩擦系數(shù)高，為賽車(chē)制動(dòng)提供強(qiáng)大而高效的制動(dòng)力。（4）制動(dòng)液：型號(hào)：DOT4，平衡回流沸點(diǎn)超過(guò)260℃，濕沸點(diǎn)最低為170℃。穩(wěn)定性高，抗泡性好，使用壽命長(zhǎng)，保證制動(dòng)系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間提供強(qiáng)有力的制動(dòng)性能。（5）制動(dòng)平衡裝置：通過(guò)調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)螺栓與主缸推桿之間的間隙，進(jìn)行調(diào)整前后制動(dòng)力制動(dòng)先后的時(shí)刻和制動(dòng)力的大小，得到不同的制動(dòng)力分配。

4 巴哈賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配優(yōu)化方案

4.1 巴哈賽車(chē)制動(dòng)力分配重要性

巴哈賽車(chē)在制動(dòng)時(shí)會(huì)由于車(chē)輛重心前移，后輪的地面附著力減小，制動(dòng)力自然也減小，從而導(dǎo)致賽車(chē)的剎車(chē)距離較長(zhǎng)，嚴(yán)重的則同樣會(huì)造成賽車(chē)擺尾等現(xiàn)象。如果此時(shí)能增大后輪的制動(dòng)力不僅可縮短制動(dòng)距離，而且可保證賽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。此外在制動(dòng)時(shí)如果四個(gè)車(chē)輪地面附著情況不一樣，或者在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)，內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的附著力也會(huì)不一致。如前左和后右附著在泥濘中而前右和后左附著在干燥道路上，這種情況將會(huì)導(dǎo)致四個(gè)車(chē)輪與地面的附著力不一樣，亦容易造成車(chē)輛制動(dòng)傾斜、打滑、甚至側(cè)翻。如果此時(shí)能根據(jù)各個(gè)車(chē)輪的實(shí)際地面附著情況，分別施加不同的制動(dòng)力，顯然可提高車(chē)輛的制動(dòng)性能和穩(wěn)定性。

4.2 巴哈賽車(chē)制動(dòng)力分配結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

4.2.1 第一種結(jié)構(gòu)是：制動(dòng)平衡裝置

（1）結(jié)構(gòu)組成：制動(dòng)踏板、制動(dòng)主缸、推桿、調(diào)整螺栓。（2）原理。制動(dòng)主缸的左缸控制前輪，右缸控制后輪。通過(guò)調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)螺栓與主缸推桿之間的間隙（圖3紅色部分），從而改變左右主缸的壓力，調(diào)整了前后制動(dòng)力制動(dòng)先后的時(shí)刻和制動(dòng)力的大小，得到不同的制動(dòng)力分配。

前輪制動(dòng)，后輪不制動(dòng)。調(diào)整左側(cè)調(diào)整螺栓，直至間隙沒(méi)有，右側(cè)調(diào)整螺栓不調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)前輪得到100%的制動(dòng)力，后輪沒(méi)有得到制動(dòng)力。

前輪不制動(dòng)，后輪制動(dòng)。調(diào)整右側(cè)調(diào)整螺栓，直至間隙沒(méi)有，左側(cè)調(diào)整螺栓不調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)前輪沒(méi)有得到制動(dòng)力，后輪得到100%的制動(dòng)力。

前后輪平均分配制動(dòng)。同時(shí)調(diào)整左側(cè)調(diào)整螺栓，右側(cè)調(diào)整螺栓，可以實(shí)現(xiàn)前后輪平均分配制動(dòng)力，前輪得到50%制動(dòng)力，后輪得到50%的制動(dòng)力。

可變制動(dòng)。根據(jù)賽車(chē)的重量、卡鉗的壓力、以及配合實(shí)際工況情況來(lái)進(jìn)行左右調(diào)整螺栓，從而匹配賽道需要的制動(dòng)力分配。由于賽車(chē)前段安裝零部件較少比較輕，后輪安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等零件較重，所以后輪需要更多的制動(dòng)力，于是需要把左側(cè)調(diào)整螺栓比右側(cè)要擰進(jìn)更多。經(jīng)多次試驗(yàn)，當(dāng)前輪43%，后輪57%制動(dòng)力分配時(shí)，是賽車(chē)最佳的制動(dòng)效果。

4.2.2 第二種結(jié)構(gòu)是：平衡桿機(jī)構(gòu)

結(jié)構(gòu)組成：制動(dòng)踏板、制動(dòng)主缸、調(diào)整螺栓、軸承。

采用平衡桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)賽車(chē)行駛過(guò)程中載荷或者路面附著系數(shù)發(fā)生變化時(shí)，平衡桿通過(guò)通過(guò)改變自身的杠桿比來(lái)改變前后制動(dòng)力的分配比以確保最佳的情況，讓前后輪能夠同時(shí)抱死。

對(duì)比分析：

（1）成本：第一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。第二種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。（2）安裝：第一種零部件少，便于安裝。第二種軸承在軸套里，比較難裝。（3）調(diào)整：第一種直接調(diào)整左右螺栓即可，比較方便，而且調(diào)整的制動(dòng)力比范圍大0-100%。（4）影響：第一種兩邊調(diào)整相互不影響，獨(dú)立裝置;第二種左右兩邊調(diào)整是相互影響的。（5）制動(dòng)力效果：第一種需要人工調(diào)整，不斷試驗(yàn)，才能達(dá)到效果;第二種需要人工調(diào)整，但過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)小范圍的自動(dòng)調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）為了保障賽車(chē)在比賽中安全，就必須具有良好的制動(dòng)性，才能保障賽車(chē)不發(fā)生側(cè)滑、翻滾、甩尾的情況。要保證制動(dòng)性，其中之一就是要保證制動(dòng)方向的穩(wěn)定性，這就需要制動(dòng)力能夠按需分配。（2）經(jīng)過(guò)對(duì)比兩種不同結(jié)構(gòu)的制動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)，制動(dòng)平衡裝置擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，便于安裝，調(diào)整也方便，調(diào)整范圍大的優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)賽車(chē)均使用此結(jié)構(gòu)。（3）使用制動(dòng)平衡裝置，左側(cè)調(diào)整螺栓比右側(cè)要彌補(bǔ)間隙更多，當(dāng)賽車(chē)的重量為179kg、卡鉗的壓力為4.8Pa的前提下，前輪制動(dòng)力分配為43%，后輪制動(dòng)力分配為57%時(shí)，是賽車(chē)最佳的制動(dòng)效果。

課題來(lái)源：2018年度廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)、哲學(xué)和人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目。課題名稱(chēng)：汽車(chē)底盤(pán)制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架研制與推廣應(yīng)用。課題編號(hào)：JZY2018KAZ02。

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作者簡(jiǎn)介

梁業(yè)燦：（1990—），男，廣西玉林人，漢族，本科，助教。研究方向：汽車(chē)服務(wù)和汽車(chē)維修。