基于巴哈赛车制动系统的制动力分配优化方案的研究

摘 要：根据中国汽车工程学会巴哈大赛规则要求，制动系统必须能够在静态条件下、路面以及未铺设路面行驶速度情况下抱死并锁定所有四个车轮，但现在巴哈赛车普遍存在高速行驶下，急刹车时制动力分配不合理的情况。本文通过在制动系统里设计了制动平衡装置，优化制动力分配设计方案，用螺栓加双主缸结构，根据车重、卡钳力、工况来调整螺栓达到制动力合理分配，赛车具有更好的稳定性安全性。

关键词：巴哈赛车 制动系统 制动力分配 制动平衡

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

巴哈赛车是一种微型越野车赛车，巴哈赛车的设计、研究与制作在汽车技术革新和汽车设计、制造人才培养等方面有着非常重要的作用。制动系统的制动力分配方案设计，是当前巴哈赛车设计研发过程中的核心问题之一。制动力分配方案的优化设计，直接影响赛车在高速、急刹车、越障和过急弯等工况下能否实现最佳制动效能，是否会出现车辆会失控，出现侧滑、翻滚、甩尾等危险情况，是赛车设计研发的核心。本文通过在制动系统里设计了制动平衡装置，用螺栓加双主缸结构，根据车重、卡钳力、工况来调整螺栓达到制动力合理分配，赛车具有更好的稳定性安全性。

2 巴哈大赛对巴哈赛车制动系统的要求

根据中国汽车工程学会巴哈大赛规则要求：赛车必须配备作用在所有车轮上的液压制动系统，并通过一个单独脚踏板赛车必须配备作用在所有车轮上的液压制动系统，并通过一个单独脚踏板操作。该踏板必须是刚性连接，不允许用拉线，直接推动制动主缸。制动系统必须能够在静态条件下、路面以及未铺设路面行驶速度情况下抱死并锁定所有四个车轮。制动踏板应由钢或铝制造或加工，其设计应能承受最大制动踏板力450 lbf（2000N）。

在巴哈大赛的赛场上，赛车需要通过沥青路面、干燥的泥路、V字水沟、乱石堆以及滚木等不同工况的，过程中急减速、急弯等情况，赛车就必须具有良好的制动性，是保障赛车不发生侧滑、翻滚、甩尾的重要因素。要保证制动性，其中之一就是要保证制动方向的稳定性，這就需要制动力能够按需分配，因此制动力的分配就显得格外重要。

3 巴哈赛车制动系统的设计和组成

赛车的制动系统是赛车的安全性和稳定性重要保障。为了满足大赛要求，根据之前参赛的制动系统的方案经验，同时考虑到赛车的轻量化，后轮首次采用中央制动系统，降低成本，方便维护保养，同时减轻整车重量并有效的减轻簧下质量。

巴哈赛车制动系统基本组成是制动踏板、制动主缸、制动器（卡钳）、制动盘、制动平衡装置、制动软管、三通、制动液储液罐等组成。

各个主要零部件的选择如下：

（1）制动踏板：利用6061铝制作制动杠杆，制动主缸安装在车头下方，使用高强度方管焊接在车架上进行完全固定，保证变形量最小。使用双扭回位弹簧进行回位，回位弹力大，响应快，占用空间小，方便安装与维护。（2）制动主缸：选用三轮车广泛应用的长行程制动主缸，材料铝制，活塞行程80MM。质量轻，足够长的活塞行程能及时补偿制动卡钳的活塞移动量。（3）卡钳：前制动卡钳选用爱得利ADL-17四活塞定钳，配用170mm制动盘;后制动卡钳选用爱得利ADL-6六活塞定钳，配用220mm大直径制动盘。稳定性高，制动响效快，密封性好，产生制动压力高，制动衬片摩擦系数高，为赛车制动提供强大而高效的制动力。（4）制动液：型号：DOT4，平衡回流沸点超过260℃，湿沸点最低为170℃。稳定性高，抗泡性好，使用寿命长，保证制动系统能长时间提供强有力的制动性能。（5）制动平衡装置：通过调整螺栓调节螺栓与主缸推杆之间的间隙，进行调整前后制动力制动先后的时刻和制动力的大小，得到不同的制动力分配。

4 巴哈赛车制动系统制动力分配优化方案

4.1 巴哈赛车制动力分配重要性

巴哈赛车在制动时会由于车辆重心前移，后轮的地面附着力减小，制动力自然也减小，从而导致赛车的刹车距离较长，严重的则同样会造成赛车摆尾等现象。如果此时能增大后轮的制动力不仅可缩短制动距离，而且可保证赛车制动时的稳定性。此外在制动时如果四个车轮地面附着情况不一样，或者在车辆转弯时制动，内外侧车轮的附着力也会不一致。如前左和后右附着在泥泞中而前右和后左附着在干燥道路上，这种情况将会导致四个车轮与地面的附着力不一样，亦容易造成车辆制动倾斜、打滑、甚至侧翻。如果此时能根据各个车轮的实际地面附着情况，分别施加不同的制动力，显然可提高车辆的制动性能和稳定性。

4.2 巴哈赛车制动力分配结构优化方案

4.2.1 第一种结构是：制动平衡装置

（1）结构组成：制动踏板、制动主缸、推杆、调整螺栓。（2）原理。制动主缸的左缸控制前轮，右缸控制后轮。通过调整螺栓调节螺栓与主缸推杆之间的间隙（图3红色部分），从而改变左右主缸的压力，调整了前后制动力制动先后的时刻和制动力的大小，得到不同的制动力分配。

前轮制动，后轮不制动。调整左侧调整螺栓，直至间隙没有，右侧调整螺栓不调整，就可以实现前轮得到100%的制动力，后轮没有得到制动力。

前轮不制动，后轮制动。调整右侧调整螺栓，直至间隙没有，左侧调整螺栓不调整，就可以实现前轮没有得到制动力，后轮得到100%的制动力。

前后轮平均分配制动。同时调整左侧调整螺栓，右侧调整螺栓，可以实现前后轮平均分配制动力，前轮得到50%制动力，后轮得到50%的制动力。

可变制动。根据赛车的重量、卡钳的压力、以及配合实际工况情况来进行左右调整螺栓，从而匹配赛道需要的制动力分配。由于赛车前段安装零部件较少比较轻，后轮安装有发动机、变速器等零件较重，所以后轮需要更多的制动力，于是需要把左侧调整螺栓比右侧要拧进更多。经多次试验，当前轮43%，后轮57%制动力分配时，是赛车最佳的制动效果。

4.2.2 第二种结构是：平衡杆机构

结构组成：制动踏板、制动主缸、调整螺栓、轴承。

采用平衡杆机构。当赛车行驶过程中载荷或者路面附着系数发生变化时，平衡杆通过通过改变自身的杠杆比来改变前后制动力的分配比以确保最佳的情况，让前后轮能够同时抱死。

对比分析：

（1）成本：第一种结构简单，成本较低。第二种结构较复杂，成本高。（2）安装：第一种零部件少，便于安装。第二种轴承在轴套里，比较难装。（3）调整：第一种直接调整左右螺栓即可，比较方便，而且调整的制动力比范围大0-100%。（4）影响：第一种两边调整相互不影响，独立装置;第二种左右两边调整是相互影响的。（5）制动力效果：第一种需要人工调整，不断试验，才能达到效果;第二种需要人工调整，但过程中可以实现小范围的自动调整。

5 结语

（1）为了保障赛车在比赛中安全，就必须具有良好的制动性，才能保障赛车不发生侧滑、翻滚、甩尾的情况。要保证制动性，其中之一就是要保证制动方向的稳定性，这就需要制动力能够按需分配。（2）经过对比两种不同结构的制动力分配机构，制动平衡装置拥有结构简单，成本低，便于安装，调整也方便，调整范围大的优点，大多数赛车均使用此结构。（3）使用制动平衡装置，左侧调整螺栓比右侧要弥补间隙更多，当赛车的重量为179kg、卡钳的压力为4.8Pa的前提下，前轮制动力分配为43%，后轮制动力分配为57%時，是赛车最佳的制动效果。

课题来源：2018年度广西交通职业技术学院自然科学、哲学和人文社会科学研究项目。课题名称：汽车底盘制动系统实训台架研制与推广应用。课题编号：JZY2018KAZ02。

参考文献：

[1]中国汽车工程学会.中国汽车工程学会巴哈大赛规则[Z].2020.

[2]唐伦.巴哈赛车制动系统设计[J].现代制造技术与装备，2018（10）：21-25.

[3]金兆辉，倪胜琦等.具备独立后后轮制动的巴哈赛车制动系统设计[J].2020中国汽车工程学会年会论文集，2020：3079-3083.

[4]余志生.汽车理论 [M].5版.北京：机械工业出版社，2009：108.

[5]许磊.汽车制动系统的检测与维修技术[J].居舍，2017，（21）19.

[6]邵长青，单胤伟.汽车制动力分配系统（EBD）的探讨[J].汽车维护与修理，2004，6：46-48.

[7]池泽浩，彭才望，陈伟军，魏源，陈亚飞.FSAE制动力分配系数优化研究[J].公路与汽运.2020，（06）：11-14.

作者简介

梁业灿：（1990—），男，广西玉林人，汉族，本科，助教。研究方向：汽车服务和汽车维修。