汽车制动理论与设计

一、课程介绍

汽车制动理论与设计是面向汽车学院车辆工程专业与工业设计本科生开设的专业教育课程选修课。课程在汽车理论课程制动相关内容的基础上，详细介绍汽车制动系统的发展历程，讲授更深层次的汽车制动理论知识、电子制动系统控制技术及其现代开发方法。包括二轴汽车制动系统匹配理论与方法及其在再生制动中的应用，制动系统元件及整车性能的建模、仿真与计算分析方法，汽车电子控制制动技术、应用及发展趋势，汽车电子制动系统的快速开发方法。通过这一课程学习，使学生掌握更丰富的汽车制动系统相关知识和方法，了解V-Cycle快速开发流程，增强分析和解决制动系统实际问题的能力。

Introduction

Principles and Design of Automotive Brake System is an optional course for undergraduates majoring in Vehicle Engineering and Industrial Design in Auto College. In this course, on the basis of the course Automotive Theory, development of brake system is introduced, detailed principle, technology and modern development method of braking system are discussed. The main contents are: survey of automotive brake system; distribution of brake system for two axles and its application for regenerative brake; modelling, simulation and analysis for brake components and performance; typical electronic brake system and their cutting edge art, application and future; the rapid development method for electronic brake system. The students in this course will master more knowledge and technology of brake systems, understand V-Cycle rapid development process, and achieve stronger ability of analyzing and solving problem about brake systems.

课程基本信息

二、教学大纲

1、教学目标

1.1 教学目标

在汽车理论课程制动相关内容的基础上，详细介绍汽车制动系统的发展历程，讲授更深层次的汽车制动理论知识、电子制动系统控制技术及其现代开发方法。课程内容包括了解汽车制动系统的发展历程，掌握两轴制动过程分析方法；掌握汽车制动系统整车匹配的理论与方法，了解制动力分配相关法规，并以此为基础学习再生制动系统的制动力分配方法；掌握制动系统元件及整车性能计算、建模、仿真与分析方法；了解汽车电控制动系统的控制技术、技术需求及发展趋势；以ABS系统为基础，结合试验教学理解汽车电控系统的快速开发方法。

课程以教师课题讲授为主，并辅助以一次演示实验和一次设计实验，着重培养学生解决车辆工程领域复杂工程问题的能力，同时培养学生的实验设计能力和团队合作能力。

本课程达成如下业务能力培养要求：

1. 具备解决制动系统复杂工程问题，设计满足功能、性能等特定要求的制动系统及总成的能力。了解及掌握二轴汽车制动系统匹配理论与方法及其在再生制动中的应用，制动系统元件及整车性能的建模、仿真与计算分析方法，汽车电子控制制动技术、应用及发展趋势，汽车电子制动系统的快速开发方法。

2. 能够制定单轮ABS的简单逻辑的原型实验方案，并设计实验、分析结果与解释数据，综合得到合理有效结论。

3. 在设计试验准备及试验实施过程中发挥团队合作精神。

1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系

表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系

2、教学要求

要求学生掌握必备的学科和专业先修知识。课堂理论授课重点讲述本课程的基本思想、理论方法与技术手段。学生应根据教学要求学习相关知识，鼓励学生与教师积极进行线下互动。学生应按规定参加课程实验，对于设计性实验应积极、主动进行试验方案设计，按要求准备试验用模型，在教师的指导意见下拟定试验大纲、进行试验操作。

3、预备知识或先修课程要求

无
4、教学方式

表2教学方法（与教学目标对应）

5、实验环境和设备

ABS硬件在环试验台，PC机，dSPACE DS1103

6、课程教学内容及学时分配

 

第一章  绪论（2学时）

第一节  汽车制动系统发展历程

第二节  典型汽车电控制动系统

第三节  汽车制动法规体系

第四节  本文课程的内容

 

本章内容简介：

介绍汽车制动系统发展历程、典型的汽车电控制动系统以及汽车制动法规，并简要介绍本门课程的基本内容与考核要求。

 

Chapter 1  Introduction (2 Class Hours)

1.1 Development of Brake System

1.2 Typical Electronic Brake Systems

1.3 Standard System of Brake Performance

1.4 Purpose and Contents

 

第二章  汽车制动力分配法规及其在再生制动策略中的应用（6学时）

第一节  本章要解决的主要问题与基本思想

知识点1 回忆汽车理论中学习的三种评价制动力分配合理性的方法

知识点2 三种方法各有什么优势，为何要用三种方法，哪种适合用于法规

第二节  利用液压分配线进行制动力分配调整的方法

知识点1 制动过程的简单力学分析模型

知识点2 理想与实际制动力分配线绘制

知识点3 理想与实际液压分配线绘制

知识点4 液压分配线调整方法

知识点5 应用液压分配线调整整车制动力分配

第三节  利用制动法规校验制动力分配合理性

知识点1 GB 12676-2014商用车制动法规要求

知识点2 GB 21670-2008乘用车制动法规要求

知识点3 以z-φ曲线表达的制动法规要求在在制动力分配线图上的体现

知识点4 制动力分配合理性的校验方法

知识点5 制动力分配特性调整方法

第四节  再生制动的制动力分配策略

知识点1 再生制动的概念和意义

知识点2 再生制动策略分类

知识点3 法规限制下的并行再生制动策略

知识点4 法规限制下的最佳能量回收再生制动策略

 

本章内容简介：

以制动过程分析的简单模型为基础，深入理解乘用车与商用车制动法规对制动力分配要求的内涵，并掌握依据法规进行制动力分配合理性计算、校验与调整的方法，了解在满足法规要求的前提下，进行再生制动力分配策略的方法。

 

Chapter 2 Standard for Brake Force Distribution and Its Application for Regenerative Brake Strategy (8 Class Hours)

2.1 Main Purpose of This Chapter

2.2 Regulation Method of Brake Distribution Using Brake Pressure Distribution Maps

2.3 Verification of Brake Force Distribution According to Standard

2.4 Brake Force Distribution Strategy for Regenerative Brake

 

第三章  制动器效能因数计算（4学时）

第一节  制动器效能因数概念

第二节  制动器摩擦表面的压力分布规律

知识点1  盘式制动器的压力分布

知识点2  制动蹄摩擦面的压力分布规律及径向变形规律

第三节  制动器制动效能因数计算

知识点1  盘式制动器效能因数计算方法

知识点2  制动蹄片上的制动力矩计算

知识点3  各种典型鼓式制动器制动效能因数

知识点4  气压驱动制动器的制动效能因数概念

 

本章内容简介：

在学习鼓式和盘式制动器摩擦面压力分布规律的基础上，深入理解和掌握制动器效能因数计算方法。

 

Chapter 3 Calculation of Brake Efficient Factor (4 Class Hours)

3.1 Concept of Brake Efficient Factor

3.2 Pressure Distribution on Friction Surfaces of Brakes

3.3 Calculation of Brake Efficient Factor

 

第四章  汽车制动系统的建模、分析与计算（4学时）

第一节  汽车制动性能的基本校验与计算

知识点1 踏板行程的分析与计算

知识点2 真空助力器的特性计算

知识点3 踏板力—制动减速度分析

第二节  汽车制动系统建模与分析

知识点1 汽车制动系统模型

知识点2 几种汽车制动系统建模工具简介

知识点3 汽车制动系统仿真分析简介

 

本章内容简介：

根据制动系统布置，计算由踏板得到的整车制动减速度输出，掌握包括几种故障模式在内的制动性能计算评价方法；了解汽车制动系统模型及仿真分析方法

 

Chapter 4 Analysis and Calculation of Brake Performance

4.1 Basic Method for Brake Performance Analysis

4.2 Modelling and Analysis of Brake System

 

第五章  制动防抱死系统ABS（4学时）

第一节  汽车制动防抱死系统的工作原理

知识点1 ABS的发展历程

知识点2 ABS的功能与原理

知识点3 ABS的组成与结构

知识点4 基于逻辑门限值的ABS控制方法

知识点5 典型路面上的ABS控制循环

第二节  汽车电控制动系统快速开发方法

知识点1 汽车电控系统快速开发流程

知识点2 V-Cycle的概念与意义

知识点3 基于模型的软件开发概念及工具链

知识点4 快速控制原型的概念

知识点5 硬件在环试验技术

第三节  单轮ABS制动控制仿真

知识点1 单轮车辆模型

知识点2 Matlab/Simulink环境下的建模

知识点3 在单轮车辆模型基础上应用BangBang控制、PID控制和简单门限值控制方法实现防抱死功能

 

本章内容简介：

了解ABS的发展历程，结构和工作原理，学习ABS的制动压力控制方法，理解汽车电控制动系统的快速开发流程，要求课后用Matlab/Simulink建立单轮ABS模型，算法不限，以供试验环节使用。

 

Chapter 5 ABS/ASR/ESP

5.1 Principle of ABS

5.2 Rapid Development Cycle of Electronic Automotive Brake System

5.3 Simulation of Single Wheel ABS

 

第六章  汽车电控制动系统及其未来发展趋势（4学时）

第一节  驱动防滑控制系统的工作原理

知识点1 ASR的基本工作原理

知识点2 驱动防滑控制的方法

知识点3 驱动控制系统的典型结构

第二节  电子稳定性控制系统的工作原理

知识点1 ESP系统的作用

知识点2 ESP系统的工作原理

知识点3 ESP的组成与结构

第三节  智能电动汽车对电控制动系统的需求

第四节  汽车电控制动系统未来发展趋势

知识点1 EHB系统基本原理

知识点2 EMBooster系统基本原理

知识点3 EMB系统基本原理

 

本章内容简介：

了解现有的汽车电控制动系统，理解智能电动汽车对制动系统的需求，探讨电控制动系统未来发展趋势。

 

Chapter 6 ABS/ASR/ESP

6.1 Principle of ARS

6.2 Principle of ESP

6.3 Requirement of Brake System for Intelligent and Electric Vehicle

6.4 Future of Electronic Brake System

 

表3 教学内容与教学目标对应关系

 7、实验项目内容、学时分配、实验小组

表4实验项目一览表

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

8.1考核方法

表5考核方法（与教学目标对应）

8.2考核标准

表6 考核标准

8.3成绩评定

（1）课程作业

采用5分制。每次作业单独给出成绩。

（2）课程实验

打分采用五分制。每次实验单独给出成绩。

 

 

 

表7 实验评分标准

 

（3）成绩评定

本课程考核性质为考查，综合考虑作业、实践实验的表现确定总成绩，成绩分为优秀、良好、中等、合格和不合格五个等级，计算公式如下：

总成绩=课程作业1（25%）+课程作业2（25%）+实践实验1（20%）+实践实验2（30%）。

计算后4舍5入，得到5级分制成绩。

若无实验成绩，总成绩为不及格。