制动系统平台化开发策略研究

马广，吴新宇，刘易寒，张志明（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

制动系统平台化开发策略研究

马广，吴新宇，刘易寒，张志明
（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

摘 要：借助于国外主流汽车企业的平台化、模块化开发模式，文章分析了制动系统设计开发的问题和关键点，阐述了制动系统平台化开发的基本思路。通过对国外某汽车公司车型平台制动系统设计的研究，得出平台化设计原则，同时需要综合考虑制动系统法规要求、制造工艺、轻量化设计等前提下，以最高标准要求和限制条件来开发设计制动系统，使之能够在最大通用化情况下，较少对零部件进行更改。

关键词：制动系统；平台化；开发策略；制动器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.014

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-33-03

引言

汽车平台化、模块化开发已成为全球汽车行业的主流发展趋势。特别是伴随油耗法规的收紧，促使汽车公司将更多的资源向新能源方向倾斜，这就要求其余系统的开发成本要大幅降低，通用性则要大大提高。

目前，国内对汽车平台化的研究才刚刚开始。本文根据公司近年来车型平台开发项目，总结了制动系统平台开发过程中的经验，并结合国外先进的平台开发案例，论述了制动系统平台开发的关键点和设计原则。

1、制动系统平台开发规划

公司借鉴国外公司成熟的整车开发流程，建立了符合自身实际的整车开发流程。该流程规定，在项目初期阶段需要确定基于目标市场、品牌定义、产品配置需求等限制条件的整车架构（包含目标市场法规需求、初始整车技术规范、主要系统概念、方案和技术要求、初始硬点等）。

制动系统平台架构的开发要在整车开发流程内，同时兼顾所有建立在此平台上的车型。制动系统必须同时要满足车型品类的拓展和车型配置要求及性能。在企业内一般在底盘模块下协调同步开发。

2、制动系统平台化开发思路

制动系统平台架构一般分为操作助力端、执行端和控制端三部分。制动系统平台化开发目标是要在满足所有平台内车型的需求基础上，增加共用零部件，降低开发费用，缩短开发周期。

2.1 操作助力端平台化开发

操作助力端主要包括制动踏板、真空助力器（或电动助力器）带制动总泵。是从车辆驾驶员触发动作到制动系统对动作转换的关键部分，其物理边界与车身机舱及前围结构有关，其基础设计参数与人机布置空间、操作舒适性、制动踏板感觉相关。

制动踏板一般与油门踏板、离合踏板(统称为三踏)共同作为操作模块进行布置设计，其设计主要与人机布置，操作舒适性等相关。例如公司某平台车型采用SAE 95%人体坐姿进行布置校核，制动踏板杠杆比初选为3.0，在同时满足不同品类车型的人体坐姿下确定三踏的布置位置（图1）。若考虑轻量化设计，则需要考虑在满足布置空间的要求下，选用空心踏板臂式结构，实现制动踏板的轻量化设计要求。

真空助力器带制动总泵通过螺栓将车身前围与制动踏板连接到一起，布置位置位于前机舱内，布置中要考虑周边件如车身前围、前风窗下横梁、搭载动力总成及相关附件等，同时考虑整车重量等因素下，确定真空助力器膜片的结构形式和规格（图2）。如公司某紧凑级车型平台在考虑整车质量、质心位置的前提下，可选择单膜片11英寸规格或双膜片7+8英寸两种规格[1]，在考虑搭载动力总成和风窗下横梁的结构后，全系列平台选用双膜片7+8英寸规格。若考虑轻量化设计，则应考虑贯穿式助力器结构以及铝制壳体材质，满足其轻量化要求。

制动踏板和真空助力器带制动总泵布置设计完成后，可初步确定其物理边界，为满足不同品类及不同风格车型需求，在制动踏板主体沿用的前提下，可适当调整制动踏板踏面的状态。对于真空助力器带制动总泵，主要与制动踏板感觉关联密切，因此在确保主体通用的前提下，可调整内部参数如助力比、空行程、始动力、跳跃值等参数，匹配不同风格车型对制动踏板感觉的要求。

2.2 执行端平台化开发

执行端主要指车轮制动器（盘式制动和鼓式制动）。是制动系统执行制动动作的部分，因此其受力要求及工作环境也最严格。制动器物理边界与车轮轮辋规格、悬架结构形式及转向机布置位置相关，其基础设计参数与制动力分配系数、制动热容量、制动强度等性能指标相关。

因盘式制动器散热性好、重量轻及维修方便等优点，目前在乘用车车型中广泛采用，因此公司某平台车型全部采用盘式制动器，前制动器为浮动钳、通风盘式结构，后制动器为浮动钳、实心盘式结构。前制动钳布置于前轮心前部，后制动钳布置于后轮心后部，对其进行与后周边件间隙分析，要求满足零部件间隙要求。考虑后制动钳为集成式电子驻车结构，运用后悬架运动模型在悬架全行程范围内进行制动钳与周边件的运动校核分析验证（图3）。

相同的制动器匹配不同车型，要综合考虑车型尺寸、整车重量、质心位置等因素，并要求对制动盘热容量进行仿真分析，满足其基本制动热容量需求。以某车型后制动盘热容量为例，以ANSYS中workbench进行模拟仿真分析[3]。

为实现执行端跨平台共用，综合考虑平台内轿车、SUV、MPV的整车参数后，选用同一状态制动钳，确保制动钳体、制动摩擦衬片、内部液压活塞及接口尺寸相同，制动盘及制动钳安装支架因不同品类车型制动力分配系数不同而尺寸规格有所调整。

2.3 控制端平台化开发

制动系统控制端主要指防抱死控制系统、车身稳定控制系统及传感器部件，

其对整车安全性能起到极其重要的作用。基于此，公司某平台全系车型采用博世公司研发的ESP9.0车身稳定控制系统。对于控制单元部分，为实现平台共用，统一使用加强版控制单元模块，其电机、控制器外壳体、线束接插端、油路接口技术状态一致，全系车型布置位置也相同，统一布置于机舱左侧，变速器上方、真空助力器前端，实现区域平台化布置设计。

软件控制策略部分因不同车型品类整车参数、搭载不同动力总成、轮胎规格及不同车型操纵稳定性评价标准不同等因素制约，目前尚无法实现平台化设计。

3、国外制动系统平台化案例分析

研究国外某汽车公司的车型平台发现，该平台制动系统执行端虽然不能完全通用，但其制动钳部分可实现共用，在匹配不同品类车型如轿车相对SUV车型上，通过对制动盘盘径做适当调整，满足其制动系统设计要求。该平台前制动钳缸径均为Φ54，在配置尺寸、质量较小的车型时，制动盘规格为Φ288×28mm，在配置质量较大车型时，制动盘规格为Φ315×28mm规格。根据制动盘直径的调整，变更前制动器有效制动半径，满足不同质量参数车型的制动系统匹配需求。

该平台后制动器也采用了同样的设计思路。相同轮缸直径后制动钳根据匹配车型质量参数的不同对后制动盘直径进行调整。此设计不仅能保证车辆性能，实现了最大化的零部件共用，同时也减轻了整车重量，实现了最优化设计。

4、结论

制动系统平台化开发需要在全面掌握制动系统设计要点基础上，将平台化的特殊要点汇入设计思路中。制动系统平台化总的设计原则是，综合考量整车制动系统法规要求、性能目标、制造工艺、维修便利性等前提下，以最高标准要求和限制条件来开发制动系统，则在整车不同配置需求下可以适当的对零部件进行灵活更改。

参考文献

[1] 方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京:国防工业出版社,2005.

[2] 刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3] 张剑,夏长高.盘式制动器瞬态温度场与摩擦因数分析[J].机械设计与制造,2014,(2):119-121.

[4] 蔡洪明,李跃武,乐志国等.汽车平台及通用化研发模式探索[J].汽车工程师,2011,(11):15-18.

[5] 张纯洪,吴迪.模块化生产对汽车产业的影响及其后发优势分析[J].科学学研究,2008,4:754-758.

Study of Braking System Platform Develop Strategy

Ma Guang, Wu Xinyu, Liu Yihan, Zhang Zhiming
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of Hebei, Hebei Baoding 071000）

Abstract:By the aid of platform strategy and modularization of mainstream foreign motor company, key points and issue of the design and develop strategy of braking system and guidelines of braking system has been introduced. With the study of braking system of a foreign company’s platform, the platform guidelines can be obtained. The braking system should be designed based on the braking system rules, manufacturing process and light weighting, with the highest standards and limits to make the components less changing by maximum general utilization.

Keywords:braking system; Platform; Design Development; brake

作者简介：马广，助理工程师，就职于长城汽车股份有限公司，从事底盘布置设计开发工作。

中图分类号：U463.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-33-03