武汉理工大学毕业论文（设计）
sm??0.8?1.2?dm (6-1)
制动管路液压在制动时一般不超过10?12MPa，对盘式制动器可更高。压力越高，则轮缸直径越小，但对管路特别是制动软管及管接头则提出了更高的要求，对软管的耐压性、强度以及接头的密封性的要求就更加严格。轮缸直径dw应在标准规定的尺寸系列中选取，详见GB7524—87附录B表B2。油压选取：10MPa 所以dw=30mm
6.3.2 制动主缸直径与工作容积
制动主缸直径应在标准规定的尺寸系列中选取，详见GB7524—87附录，选取制动主缸直径为30mm，主缸活塞直径dm为30mm。
制动主缸工作容积
4 一般 , sm??0.8?1.2?dm
Vm??2dmsm (6-2)
取 sm?dm 则 Vm??42dmsm??4?302?30?10?3cm3?21.2cm3
6.3.3制动踏板力与踏板行程
制动踏板力FP可用下式验算：
FP??42dmp111 (6-3) kip?
式中：dm?制动主缸活塞直径, dm?30mm；
p?制动管路的液压, p?10MPa；
ip?制动踏板机构传动比,ip?4~7，取ip＝5；
k?真空助力器的增力倍数, k?4?6 取k?5;
??制动踏板机构及制动主缸的机械效率，可取??0.85?0.95,取??0.9 ?2111?111?66p??302?10?10?10????314N则 FP?dm 4kip?4550.9踏板力一般不超过500N?700N，可见符合要求，而且操作轻便。
通常，汽车液压驱动机构制动轮缸缸径与制动主缸缸径之比dw/dm?0.9?1.2，当dm较小时，其活塞行程sm及相应的踏板行程xp便要加大。
制动踏板工作行程xp为
xp?ip?sm??m1??m2? (6-4)
式中： Sm?30mm
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ip? 制动踏板机构传动比,ip?4~7，取ip＝5；
?? m1主缸中推杆与活塞间的间隙，一般取1.8mm;
?m2?主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的极限位置到使其皮碗完全封堵主
缸上的旁通孔所经过的行程, 取2mm。
则 xp?ip?sm??m1??m2??5?30?1.8?2??169mm 法规要求不大于150~200mm，故符合法规。
7 盘式制动器的优化设计
7.1 优化设计概述
优化设计是最优化数学方法与现代计算机技术结合的产物，它能够使某项设计在规定的各种限制条件下优化设计参数，从而使其设计指标获得最优值。
对任何一个工程设计师来说，总是希望作出一个最优化的设计方案，使得设计的工程设施或产品，具有最好的使用性能和最低的材料消耗与制造成本，以获得最佳的经济效益。在传统的设计过程中，通常是设计人员凭借自身或他人积累起来的经验和专业知识，在初始设计方案的基础上，通过反复地试验、比较和改进，最终得到一个较为满意的设计方案。当时一般不能够找到最优的设计方案。而优化设计方法则提供了一条可能高效率地求得最优的设计方案的途径。实践证明，优化设计方法是一种保证产品具有优良的性能、降低成本、减小质量和体积的有效的设计方法，同时也可以大大地缩短设计周期、提高设计效率，因此已经得到了越来越广泛的应用。
7.2 解决优化设计问题的一般步骤及几何解释
7.2.1 一般步骤
①建立优化设计的数学模型。
②选择适用的最优化方法及相应的计算程序。 ③确定初始数据和初始设计点。 ④编写相关的主程序及函数子程序。 ⑤计算机求解并输出结果。 ⑥结果分析、比较。
7.2.2 几何解释
求解优化问题的几何解释，可认为是在约束限定的范围内，找出目标函数的最小值。
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7.3 常用优化方法
一般优化方法分为两类，一类是无约束的优化问题的求解，另一类是有约束的优化问题的求解。
7.3.1 无约束优化方法
在这类方法中，有坐标轮换法、鲍威尔法、共轭梯度法、DFP 变尺度法、BFGS 变尺度法等。
坐标轮换法的基本思路是每次搜索只允许沿一个变量变化，其余变量保持不变，它把多变量优化问题轮流地转化成单变量的优化问题，当n个变量依次进行过一维搜索后，即完成一轮计算，若未收敛，则以上一轮最后一点开始继续下一轮计算。其特点是只需计算函数值，无需求函数的导数，所以程序编制简单，存储量少，当计算效率低，可靠性差。
鲍威尔法是一种共轭方向法，它直接用函数值来构造共轭方向，是一种直接方法。它具有二次收敛性，收敛速度较快，可靠性较好，存贮量少，当编制程序较复杂，适用于维数较高的目标函数。
共轭梯度法也是一种共轭方向法，它是利用函数梯度值来构造共轭方向，然后选取共轭方向作为每一次的搜索方向。它的特点是只需计算函数的一阶偏导数，程序编制容易、存储量少，收敛速度快，适用于维数较高的优化问题。
7.3.2 约束优化方法
工程上出现的问题一般都是有约束的优化问题，其常用的方法是随机方向法、复合形法和惩罚函数法。
随机方向法是在可行域D内利用随机产生的可行下降方向进行搜索的一种直接解法。其特点是对目标函数无特殊要求，编制程序简单，计算量小，存储量少，收敛速度较快。
复合形法的基本思想是通过预定顶点数的多边形。各顶点的函数值相互比较，反复朝着函数值减小的方向进行点的映射与复合形的收缩，使之逐步逼近约束最优值。复合形法不需要计算目标函数的导数，也不进行一维寻优，对目标函数和约束条件都没有特殊的要求，适用范围广，编制程序简单。
内点惩罚函数法要求整个寻优过程在可行域内进行，迭代点均要为可行解，故初始点必须是一个内点。外点惩罚函数法，初始点可以随便选择，而且其在迭代过程中生成的迭代点也可能在可行域外。
混合惩罚函数法它将两者的惩罚函数形式结合在一起，用于求解既有不等式约束又有等式约束条件的最优化问题。它结合了内点法和外点法的优点，克服了缺点。初始点可任选，可适用于具有等式和不等式约束的优化问题，可处理多个变量及多个函数。
7.4 制动系参数的优化
制动系主要参数，特别是制动力分配系数β和同步附着系数?0的选择，由于需考虑的
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因素多，计算公式较复杂，传统的方法是采用试凑法，按一定步骤计算，得出结果，如果不合适，重新计算直到满意为止。这样的设计方法慢，而且很难得到最优解。采用优化设计方法，可以将以前作为简化的参数都考虑进去，通过编程、上机求解得到最优解。
制动力分配系数β和同步附着系数?0的选择是在制动系基本参数的确定下，使同步附着系数的取值能使其它参数满足绝大多数的经验值要求，以达到获得最佳值的效果。由于空、满载两种状态下，制动力分配系数β和同步附着系数?0的优化在原理上是相同的，所以以下仅优化满载状态下的β、?0值。
确定约束条件：
①由于制动力分配系数β和同步附着系数?0存在以下关系：
??L2??0hgL, 故0 <β<1，?0>0。
②根据国外文献推荐，满载时轿车同步附着系数?0≥0.6。
③由于制动力分配系数β值恒定，为使其在常遇附着系数范围内，附着系数利用率ε不致过低，其值总是选得小于可能遇到的最大附着系数。假定可能遇到的最大附着系数?=0.8，故?0<0.8。
④为保证汽车有良好的制动性能和稳定性，前、后轮同时抱死时的制动力之比
Ff1Ff2?L2??0hgL1??0hg,该比值应在1.3～1.6之间。
⑤在满足上述四个约束条件下的?0值，还必须使不同的路面（?值不同）上，制动强度满足0.15 ≤ q ≤ 0.8条件，但对于不同的?值，制动强度q的计算方法是不同的。
当?
L2???0???hgL1?。
L1???0???hg当? >?0时, q?按照上述约束条件，作了一个优化表，见附录。
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8 结论
本设计主要思考了关于制动器结构形式选择、主要参数选择、相关参数计算，其中以参数设计计算过程和零件设计为重点。
在设计前期,我就合理安排自己的时间,搜集大量与制动器设计相关的资料,了解了制动器的发展状况,不断与同学,老师沟通交流遇到的种种问题。 以下是设计过程中所获得的结论和感悟： （1）对于盘式制动器设计而言，制动力分配系数和同步附着系数是最重要的参数之一，牵扯到许多其他参数，因此，为了更好的确定这两个参数，我作了个优化表，对它们进行优化设计。
（2）4个月的设计使我的学习能力，搜索能力，绘图能力得到很好的锻炼，从零碎的知识结构走向系统化，三维绘图的要求，让我加深了对catia的学习和掌握。
（3）因为能力有限，在设计过程当中，我也发现了自己存在的不足。比如：对I曲线和β曲线掌握不够透彻，在三维绘图过程中，由于对catia不熟悉，遇到许多问题。以后我会花更多时间去学习这些知识，去掌握catia的运用。
制动器是伴随着汽车的产生所必不可少的一个系统，而且制动器经过从鼓式到盘式，随着电动汽车的产生又衍生出更多的制动形式，而且新兴的湿式全盘制动器也开始出现在我们的生活中，但是因为产品还处在研发阶段。总之，一系列的科技进步推动了社会的发展。希望通过我的不断学习，能为中国汽车事业增添微薄之力。
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