摩托车液压盘式制动系统结构参数分析及设计

摘要：本文从摩托车制动性能评价指标和人机工程学原理出发，导出了液压盘式制动器的设计计算方法和步骤。并对制动系统的参数进行了分析计算，对各个部件的控制要素进行了评价。

关键词：摩托车 液压盘式制动器 摩擦片

The hydraulic braking system parameter analysis and design of motorcycle

Wu Ya-ping, Shen Hao-min

(Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang Henan 471023, China)

Abstract: This paper according to the braking capability evaluating target of the motorcycle and the theory of man-machine engineering, gaining the method and process of the designing of the hydraulic braking. The analysis and calculation of the parameter of the barking system are also fulfilled. The evaluation is carried out of each component.

Key words: motorcycle; the hydraulic braking system; friction piece

摩托车制动器是保证摩托车安全行驶的重要部件。它的作用是控制行驶中的摩托车的车速，保证摩托车以适当的减速度降低车速，并在紧急情况下，使摩托车在最短的制动时间（或距离）内稳定可靠地停止行驶。摩托车制动器一般为常开操纵机械摩擦式，可分为两大类：鼓式制动器和液压盘式制动器。

目前，鼓式制动器和液压盘式制动器在摩托车上都有应用。一般前轮有鼓制动和液压制动两种，后轮大部分为鼓式制动，只有大排量摩托车后轮才使用液压制动。盘式制动器存在操纵轻便、制动力大，制动安全性好，因此摩托车采用液压盘式制动器是将来的必然趋垫。

1液压盘式制动系统的结构

液压盘式制动系统的结构如图1所示[1]。它运用杠杆原理和帕斯卡定律，通过制动液将手柄制动力放大并传递到制动钳活塞上，活塞推动摩擦衬片与随车轮一起旋转的制动盘相互摩擦而产生阻碍制动盘运动的力，即为制动力。该制动力通过制动盘传递到车轮，从而达到进行制动的目的动力。

2 设计计算

为保证制动器可靠工作，要通过计算制动减速度和地面制动力来计算制动器的管路压力、制动力距、制动液排量和工作行程。

2.1制动减速度和制动效率

按摩托车制动性能试验方法的要求，受试摩托车在试验区间至规定的初速度时进行紧急制动，直至停车，制动距离应满足制动性能要求。为了计算方便通常设计摩托车施压制动后为匀减速行驶。初速度为v0（km/h），制动距离为s0，则满足制动距离要求的最小减速度a0和制动效率e0分别为：

a0≥(1)

e0=(2)

考虑到从发现障碍物到实施制动，其间经历了反应时间，系统协调时间等因素，所以为了保证制动距离不超过规定性能要求，设计时按规定施加的制动力产生的制动减速度应比（1）式计算值大即

a=k1a0= (3)

式中为k1安全系数，通常k1=1.2～1.5。

2.2 地面制动力

为了满足制动减速度的要求，摩托车必需获得足够的地面制动力。地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制。各种路面上的平均附着因数如表1所示。

设摩托车空载质量为m0(kg) ，满载质量为m1(kg)。摩托车按减速度a匀减速制动时，地面需提供的总制动FB为

FB=m1.a≤m1.g. μ (4)

2.3 制动力分配因数β

通常用前轮制动力F前与总制动FB之比值β来表示前、后轮制动力的分配比例，β称为制动器制动力分配因数。

β选取主要与路面的附着因数有关，日本本田公司通迁道路试验得出了在几种典型路面上前后化理想的制动力分配比率：干燥路面8：3（β=0.73）,潮湿路面为5：3（β=0.63），冰雪路面为4：6（β=0.4）。同于大多数摩托车的前后轮制动器是相互独立的系统，通常按β为恒定值来设计制动系统，为保证前轮有足够的制动力，通常取β=0.73来设计摩托车制动系。

2.4 管路压力[2]

M前=F前.R其是R车轮的有效半径。

磨擦片施加制动盘的制动力矩为

M制=2.P.s1.μ.r

P：管路压强，

s1：制动钳活塞总面积

μ：磨擦片与制动盘之间的磨擦系数，常选择0.35~0.4之间。

R：制动盘有效制半径

M前= M制

P=

2.5 手柄作用力

为了产生管路压力P，所需施加的手柄作用力F为：

F=

式中s2：主油缸活塞面积

i： 手柄杠杆比

k2：考虑克服铰支磨擦力和回位弹簧压力的安全因数，通常取k2 =1.2~1.3

一般来说，当紧急制动时，满足制动性能要求所计算出的手柄力F在80~120N范围内正常。设计时，当制动器结构尺寸确定后，应校手柄作用力是否在正常范围内。所需的F太大，人力无法保证可靠的制动；反之若需施加的F过小，则制动过于灵敏，紧急制动时前轮容易抱死，导致方向失去控制而发生危险。

2.6 制动液排量、工作行程

制动液排量影响手柄的行程大小。制动钳的工作排量为

式中di：制动钳活塞直径

n：活塞的数目

s： 制动钳活钳活塞完全制动时的行程，设计时可取s=0.4~0.6mm

考虑到软管的容积变形则制动泵的活塞排量应为

V=Vi+V1

Vi ：制动钳工作排量

V1 ：制动软管活塞变形

V1=a.L

a ： 软管变形系数

L：软管长度

总泵活塞行程

s0=

3 液压盘式制动器性能的评价指标

液压盘式制动器的基本要求是应保证制动器的所用零部件应装配正确，确保制动器在工作过程中紧固件不松动。在正确润滑和调整情况下，制动器应操纵灵活、工作可靠。此外制动片磨损到需要更换之前，制动器应能调节补偿其中产生的间隙。盘式制动器由于其液压系统的专门设计，间隙在衬片磨损后可进行自动调节补偿而鼓式制动器则不具备自动调节补偿能力[3]。一般加装调整螺钉进行手动调节。

4结语

液压盘式制动器具有操纵轻便、制动力大，制动安全性好等优点。在摩托车上采用液压盘式制动器将成为未来的发展趋垫。设计液压盘式制动器时，要充分虑整车的大小及最高车速，设计合理的管路压车和手柄作用力，不能使制动减速度过大和过小，也要使手柄作用力在人体较为服适的范围。同时也要控制盘式制动器各零部件的质量，才能达到制动器上述的性能评价指标。

参考文献：

[1] 庄志,艾兆虎等.摩托车理论与结构设计[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1991.

[2] 冀宏.液压气压传动与控制[M].武汉:华中科技大学出版社,2009.

[3] 中国汽车工程学会制动专业委员会,全国汽车标准化技术委员会制动器分委会.最新国际汽车制动法规汇编.2007.

作者简介：武亚平（1976— ），女，河南偃师人，洛阳理工学院机械工程系教师。

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