re=370mm=0.37m
m——汽车总重 m=2000kg
2代入数据得j=(785+1600)/0.37×2000=6.16m/s
2轿车制动减速度应在5.8~7m/s,所以符合要求。 5.4.制动距离S
在匀减速度制动时，制动距离S为 S=1/3.6（t1+ t2/2）V+ V2/254?
式中，t1——消除制动盘与衬块间隙时间，取0.1s t2——制动力增长过程所需时间,取0.2s V=30km/h
故S=1/3.6（0.1+ 0.2/2）30+ 30/254×0.7=7.2m 轿车的最大制动距离为：ST=0.1V+V/150 ST=0.1?30+30/150=9m S 所以符合要求。 5.5.摩擦衬片的磨损特性计算 摩擦衬片的磨损与摩擦副的材质，表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。 汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦衬片（衬块）的磨损亦愈严重。 1）比能量耗散率 双轴汽车的单个前轮制动器的比能量耗散率为： 2)1?ma(v12?v2e1??22tA1 222式中：?：汽车回转质量换算系数，紧急制动时v2?0，??1； 19 ma：汽车总质量； v1，v2：汽车制动初速度与终速度，m/s；计算时轿车v1取27.8m/s； t：制动时间，s；按下式计算 t?v1?v227.8??4.6s j62 j：制动减速度，m/s， j?0.6?g?0.6?10?6m/s2； A1：前轮制动器衬片的摩擦面积； 2 A1=7600mm ?：制动力分配系数。 1mav121550?27.82???0.67=5.7w/mm2 则 e1??22tA12?2?4.6?7600轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于6.0w/mm，故符合要求。 2）比滑磨功 Lf2 磨损和热的性能指标可用衬片在制动过程中由最高制动初速度至停车所完成的单位衬片面积的滑磨功（设车辆的动能都消耗在制动器的滑磨功上），即比滑磨功 2mavamaxLf??[Lf] 2A?Lf来衡量： 式中： ma：汽车总质量； A?：车轮制动器各制动衬片的总摩擦面积， A??2A1?2A2cm2=2?300?76?2=752cm2； vamax?160km/h?44m/s； [Lf]：许用比滑磨功，轿车取1000J/cm2～1500J/cm2， 1550?442 Lf =1497J/cm2≤1000J/cm2～1500J/cm2 2?752故符合要求。 20 6.盘式制动器结构优化设计 为了提高盘式制动器的制动性能和制动效率，下面在分析盘式制动器设计过程中所必须满足的性能指标和约束条件的基础上，建立了以制动温升最低和制动力矩最大为目标函数的多目标优化数学模型，然后采用MATLAB优化工具箱中的复合形算法进行优化求解，得到了较理想的优化结果。 6.1.优化模型的建立 6.1.1.相关计算 钳盘式制动器制动力矩计算简图如图6-1所示 图6-1扇形摩擦衬片转动力矩计算简图 Fig.6-1 fan-shaped lining torque calculation diagram 若摩擦衬片压力与制动盘面接触良好，且各处单位压力分布均匀，则在钳盘式制动器扇形摩擦衬面上任取一微小面积:dA = RdRdθ, 在这微小面积上产生的微摩擦力矩为:dM=qRμdA=μqR2dRdθ,式中q为摩擦片与制动盘之间的单位面积上的压力，μ为摩擦片的摩擦系数，则单侧摩擦片作用于制动盘上的制动 R2?/2R2133 力矩为可由下式积分求得:M'=?μpR2dRdθ=θμpR2dR=μp(R2-R1)（N.m） ????/2?R1R132则盘式制动器的总制动力矩为：M=μq?(R23-R13) 3 21 依据制动盘与轮缸液压传递关系可得： ?d2q= 4122(R2?R1)2式中：d：轮缸直径(mm)； 1?d2p?p 222(R2?R1)?P：轮缸中的压强(MPa)； R1：摩擦片内半径(mm)； R2：摩擦片外半径(mm)； ?：摩擦片圆心角(rad)。 1??d2(R2?R1)故制动器力矩表达式可表示为：M=p 3(R22?R12)6.1.2.性能约束 33(1)制动力矩约束：汽车制动器制动力矩应该小于地面的摩擦力矩，否则会发生车轮抱死 1现象而产生侧滑，从而失去稳定性 ，即：M?G??re 2式中：?：路面附着系数； G：整车重量(N)； ?：制动力分配系数； re：车轮有效半径。 (2)摩擦片压力约束：摩擦片应达到要求的耐磨性或使用寿命，对于摩擦片最大许用单位压力[P]，一般按经验取值，因此，摩擦片单位面积压力不得超过许用单位压力[P]，即： ?d2221?d4p?p<[P] 12(R?R)?(R?R)?22222121(3)比能量耗散率约束：如果比能量耗散率过高，不仅会加快制动摩擦片的磨损，而且可能引起制动盘的龟裂，因此所施加的约束为： mav11mav12e1??????[e]（W/mm） 2222tA12t(R2?R1)?2式中：m：整车质量(kg)； [e]：盘式制动器时，取6．0W/mm； 22 T：为制动时间。 (4)制动盘一次制动的温升： △T=GV2?/254C1M1?[△t] 式中M1：制动盘的质量(Kg)M1= ?D2h4?,其中?为制动盘的密度7900㎏/m3 C1：制动盘的热容量J/(Kg·K)对钢和铸铁取C=523J/(Kg.K); V：制动初速度(Km/h)取30Km/h [△t]一次制动最大允许温升，一般不大于15℃即288.15K (5)摩擦衬块面积：由于摩擦衬块单位面积占有的车辆质量在1.6kg/cm～-3.5kg/cm范围内选取。汽车空载质量为1550kg，前轮空载时地载荷为852.5kg，所以 22852.5/(3.5*4)cm 22222260.89cm 22(6)结构约束 1) D?0.77Dh 2) R2+△l?D/2 3) Dg/2+△2?R1 4) 1.27?R2/Rl?1.63 其中：Dh：轮辋直径(mm)； Dg：轮毂直径(mm)； △1、△2：分别为结构设计空间裕量(mm)。 6.1.3.优化模型的建立 设计变量 X=[D，h，R1，R2，?]=[x1，x2，x3，x4，x5], 其中：D：制动盘直径； h：制动盘厚度； R1：摩擦片内半径； R2：摩擦片外半径； ?：摩擦片圆心角。 目标函数 (1)制动力矩最大： 23