范柳斌 鐘濠名 梁智凱

摘要：巴哈賽車是一款馳騁于越野賽場的賽車，而賽車的操縱性與輕量化決定著賽車的性能。因此，設(shè)計(jì)一款既能滿足操縱性與通過性，又能夠滿足賽車的輕量化設(shè)計(jì)的賽車，在比賽中就起到了重要的作用。由制動系統(tǒng)液壓回路的設(shè)計(jì)可知，前輪所需要的制動力比后輪所需要的更多，除了通過調(diào)整平衡桿優(yōu)化制動力的分配，還可適當(dāng)減少整車重量，進(jìn)而對賽車制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與賽車的輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得輕量化設(shè)計(jì)的制動系統(tǒng)，在保證賽車操縱性與穩(wěn)定性的同時，完善賽車的輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)程。

Abstract： The Baja racing car is a racing car that gallops in the cross-country arena， and the maneuverability and light weight of the car determine the performance of the car. Therefore， designing a car that can not only meet the maneuverability and passability， but also meet the lightweight design of the car， plays an important role in the competition. From the design of the hydraulic circuit of the brake system， it can be seen that the front wheels require more braking force than the rear wheels. In addition to optimizing the distribution of braking force by adjusting the balance bar， the weight of the vehicle can also be appropriately reduced to brake the car. The design of the system is optimized with the lightweight design of the car， and finally a lightweight design braking system is obtained. While ensuring the maneuverability and stability of the car， it improves the lightweight design process of the car.

關(guān)鍵詞：巴哈;輕量化;中央盤式制動;設(shè)計(jì)

Key words： Baja;lightweight;central disc brake;design

中圖分類號：U469.79? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0020-03

0? 引言

根據(jù)中國汽車工程學(xué)會巴哈大賽的要求，需設(shè)計(jì)一款能滿足比賽需求的越野賽車來進(jìn)行競賽，因此對于賽車輕量化設(shè)計(jì)的優(yōu)化以及操縱性能的提高，就需要有更嚴(yán)格的思考與修正。因此，對于賽車的制動系統(tǒng)提出優(yōu)化方案，改善賽車的操縱性。

1? 明確制動系統(tǒng)的參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，明確賽車的主要參數(shù)，以表1為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2? 中央盤式制動論證與分析

2.1 制動力的計(jì)算

根據(jù)比賽場地條件，可將同步附著系數(shù)近似??？漬0=0.7。因此，可以根據(jù)整車參數(shù)得到制動力分配系數(shù)β，進(jìn)而確定制動器的分配力與分配后獲得的制動力矩。

由公式

可知，制動力分配系數(shù)β=0.64。在賽車制動時，在理想條件下前后輪同時抱死，此時結(jié)合輪胎半徑re可得前軸制動力矩：

再由式子

可知后輪制動力矩：

由此獲得前后軸摩擦力矩的大小。

取制動主缸缸徑為0.625英寸，設(shè)此時平衡桿處于平衡狀態(tài)，后軸液壓回路壓強(qiáng)為6MPa。

設(shè)輪邊盤式制動器的制動力矩，其中f摩擦因數(shù);F0為單側(cè)摩擦片對制動盤的壓緊力，R為摩擦片作用半徑。

中央盤式制動器的制動力矩;

而。

因此可以根據(jù)F01與F02得出需要采取的制動輪缸缸徑。經(jīng)計(jì)算可得d1=18.61m，d2=21.31mm。取后輪輪邊盤式制動卡鉗缸徑d1=32mm，中央盤式制動卡鉗缸徑d2=30mm。

接著對中央盤式制動方案可行性進(jìn)行分析可知，在輪邊盤式制動能夠提供足夠制動力矩的情況下，采用中央盤式制動時，假設(shè)制動主缸缸徑無變化且踩踏踏板的力也無變化，將制動器進(jìn)行選擇與替換，采用單邊的盤式制動，則制動油管中的油壓也不發(fā)生變化。

設(shè)采用輪邊制動方式時，一個后輪卡鉗與制動盤之間的總摩擦力為F1，有效摩擦半徑為R1，卡鉗缸徑為d1。

采用中央盤式制動方式時，四缸卡鉗與制動盤之間的總摩擦力為F2，有效摩擦半徑為R2，卡鉗缸徑為d2。

求兩種方式卡鉗與制動盤摩擦提供的總摩擦力矩之比λ：

假設(shè)更換制動方式引起的總車質(zhì)量無變化，且前輪卡鉗與制動盤提供的摩擦力矩不發(fā)生變化，則后輪中央盤式制動卡鉗與制動盤作用提供的總摩擦力矩大于輪邊制動兩個卡鉗與制動盤作用提供的總力矩之和，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

再分析λ與1的大小關(guān)系：中央盤式制動制動盤直徑較輪邊制動制動盤直徑大，根據(jù)選擇或設(shè)計(jì)的制動盤尺寸可知，有效半徑R1大約為73.33mm，有效半徑R2大約為102.5mm，輪邊盤式制動卡鉗輪缸缸徑d1=32mm，中央盤式制動卡鉗缸徑d2=30mm，計(jì)算得λ≈0.814。即中央盤式制動力矩更大，更有利于賽車制動。

綜上，中央盤式制動方案可行，且摩擦力矩過剩，在減輕質(zhì)量的同時，有助于制動穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)。故可以采用中央盤式制動。

2.2 輕量化設(shè)計(jì)的辨識

根據(jù)采購與設(shè)計(jì)的制動盤，如表2所示，對其進(jìn)行對照。

由表知，除去中央盤式制動盤鉚釘?shù)馁|(zhì)量，中央盤式制動更輕一些。對于整車而言，每個微小的改動都會對整車的性能產(chǎn)生極大的影響，因此，制動系統(tǒng)質(zhì)量的減輕，優(yōu)化了賽車輕量化設(shè)計(jì)的進(jìn)程，提高了賽車的操縱性。

同時，根據(jù)整車布置來看，中央盤式制動也比輪邊盤式制動的制動液壓回路短一些，一定程度上也能減少整車質(zhì)量，少許提高了賽車的操縱性與制動靈敏度。而少去的緊固件以及優(yōu)化之后的制動器，對比原方案則會更有優(yōu)勢。

3? 中央制動的思路與設(shè)計(jì)方案

由上述的論證方案可知，中央盤式制動在制動力的利用率方面，以及質(zhì)量的減少方面都占有優(yōu)勢，因此，中央盤式制動的設(shè)計(jì)思路可取。進(jìn)而需要對于賽車制動系統(tǒng)的布置進(jìn)行思考與研究。

在傳統(tǒng)的巴哈賽車液壓制動系統(tǒng)的布置形式上，采用Ⅱ型油路制動，每個制動主缸各控制一根軸上的制動卡鉗，制動力分配由平衡桿對其進(jìn)項(xiàng)制動力的調(diào)整與分配。中央盤式制動的液壓油路布置亦采用Ⅱ型，如圖1。由于整車電氣需要對信息進(jìn)行采集，因此前軸使用三通，后軸可使用二通，通過液壓開關(guān)來進(jìn)行電信號的傳遞。

對于后軸制動器的布置，則根據(jù)重心位置的左右偏移來最終確定制動器的作用對象。

根據(jù)整車安全思考，中央盤式制動不應(yīng)作用在半軸上，因此，作用位置取內(nèi)球籠;由于傳動系統(tǒng)主減速器的作用，限制一根半軸的旋轉(zhuǎn)則會影響另一根半軸的旋轉(zhuǎn)，則可知，只是作用于一根半軸也可實(shí)現(xiàn)后軸的制動。

因此可以取在減速器殼體上安裝轉(zhuǎn)接碼，為四缸卡鉗提供附著位點(diǎn);在內(nèi)球籠上設(shè)計(jì)法蘭盤，根據(jù)質(zhì)心的偏移選擇左右內(nèi)球籠，為制動盤提供附著位點(diǎn)。由二者相互作用產(chǎn)生的制動力矩來實(shí)現(xiàn)后軸的制動。

由此完成對中央系統(tǒng)的布置，獲得初始的中央盤式制動系統(tǒng)。

4? 分析過程

首先進(jìn)行制動器的選擇，確定采用的制動盤。由上述部分中可知，采用規(guī)格為30mm四活塞卡鉗，根據(jù)整車位置的布置，確定制動盤的有效作用半徑，并根據(jù)空間位置布置，得出制動盤的有效半徑為102.5mm左右，最終以此為依據(jù)確定制動盤的型號，并對制動盤進(jìn)行熱力耦合分析。

根據(jù)制動盤的型號以及材料，獲得制動盤本身的參數(shù)，如表3。

得到如圖2-圖3的制動盤溫度場云圖與安全系數(shù)圖。

持續(xù)減速時長為

0.55s，溫度變化由室溫22℃最高變化至680.12℃，

受到的扭矩由計(jì)算知，為153.55N·m，制動壓力為1978.4N，由此可知，散熱良好，制動效能恒定性較好。

再分析連接減速器殼體與制動卡鉗得轉(zhuǎn)接碼，如圖4、圖5，固定B、C點(diǎn)于減速器殼體上，設(shè)A處兩點(diǎn)連接卡鉗，對A處兩點(diǎn)附近施加1486.3N的力，其安全系數(shù)最小處為2.42，品質(zhì)合格。

5? 結(jié)論

中央盤式制動優(yōu)化了賽車的輪邊布置，優(yōu)化了賽車布置空間，減少了賽車的質(zhì)量，提高了賽車的操縱性，使賽車更有利于競賽。

參考文獻(xiàn)：

[1]金兆輝，倪勝琦，李翔宇，王含陽，于文博，王達(dá). 具備獨(dú)立后輪制動的巴哈賽車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A]. 中國汽車工程學(xué)會（China Society of Automotive Engineers）.2020中國汽車工程學(xué)會年會論文集（8）[C].中國汽車工程學(xué)會（China Society of Automotive Engineers）：中國汽車工程學(xué)會，2020：5.

[2]張榮蕓，宋仁才，洪壯壯，王焰飛，盛文強(qiáng).巴哈賽車制動連接件及制動器有限元分析[J].巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，20（06）：75-83.

[3]唐倫.巴哈賽車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（10）：21-22，25.

[4]王中長，王玉斌.基于有限元的商用車盤式制動器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].濱州學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，36（02）：79-84.