作者：王漠 齐林芳 缪秉宏
来源：《时代汽车》2017年第14期
摘要：大学生方程式汽车大赛是一项激烈的赛车运动，对赛车的制动性提出了较高的要求，对此设计了一款不同于乘用车的踏板总成，利用可电动调节的丝杠滑轨进行踏板总成位置的前后调节，采用matlab软件对不同赛车——路面情况下的前后制动力分配进行计算，得到适合从湿滑到干燥范围的地面情况下的对应最佳制动力分配比，在前置主缸和平衡杆的配合下实现制动力可在较大范围内进行调节，提高了赛车适应路面的能力。 关键词：大学生方程式汽车大赛；踏板总成；电动丝杠滑轨；制动力
1引言
中国大学生方程式汽车大赛是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛，是大学生中的“FI”。在这项激烈的赛车运动中，作为汽车的重要
过滤网篮组成部分，制动和加速踏板是车手的主要操纵部件。制动踏板主要用于减速，是使用频率极高、用以保证汽车行驶安全性的操纵件；加速踏板通过油门拉线和节气门相连，通过踩下加速踏板使节气门有不同的开度，从而控制发动机的动力输出。
比赛过程中制动距离太长、紧急制动发生侧滑等情况的发生是由于前后的制动力分配比不恰当所导致的，而制动力分配比是由附着系数直接计算得出。传统的车队往往采用Excel表格的方式进行计算，虽然较为方便，但在比赛时由于天气状况、路面状况以及轮胎磨损情况难以确定，使得设计时所用的附着系数与真实的附着系数之间存在偏差，以至于所得到的制动力分配比范围并不能良好地应对各种赛车——路面状况。所以导致许多车队在赛前测试时难以抱死。
由于车手的体型和驾驶习惯不同，通常需要对踏板总成位置进行前后调节，但在传统的踏板总成设计中，通过机械方式实现前后可调的装置不仅档位有限，而且调节起来复杂费时。
2制动力匹配计算
2.1受力分析
对赛车制动工况进行如下规定与简化：假设赛车同轴上轮边受到的载荷相同，且忽略汽车的滚动阻力，忽略轮边、飞轮的惯性力矩，忽略空气阻力对制动性能的影响。对车轮进行制动工况的受力分析。如图1，分别对前、后车轮接地处取力矩为
3制动时最佳制动力的分配计算机器人拉车
对于两轴汽车，常用前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比来表示分配的比例，称为制动器制动力分配系数，以符号B表示，即有：
4目标函数及约束条件的确定
当附着系数φ=0.2～0.8时，当赛车不在同步附着系数的路面上制动时，达到前轮或者后轮抱死前的制动强度必然低于路面附着系数，而赛车的制动强度越接近路面附着系数，地面的附着条件发挥的就会越充分，汽车制动力分配的合理程度越高。在进行乘用车，尤其是商用车的前后制动力分配比优化时，需进行空载和满载2种工况的校核。可是对于大学生方程式赛车来说，其载荷变化并不大。故只考虑承载车手时的赛车制动工况。根据前、后轴的利用附着系数，利用实际曲线与理想曲线间差值平方和为最小，建立下列目标函数
赛车在任何载荷情况下都要满足联合国欧洲经济委员会汽车法规要求，而赛车作为单人驾驶的车辆，属于M1类。ECE制动法规和GB12676-1999.x～M1类车辆的制动器制动力分配系数有如下要求：
（1）当制动强度为0.1-0.61时，前轴两轮的利用附着系数曲线，在后轴两轮的利用附着系数曲线之上，而且前后轴的利用附着系数都应小于（2+0.07）/0.85。
（2）当制动强度为0.3-0.45时，前轴两轮的利用附着系数曲线，在后轴两轮的利用附着系数曲线之上；如果后轴利用附着系数曲线不超过直线φ=z+0.05，则允许后轴利用附着系数曲线在前轴利用附着系数曲线之上。但赛车的车速较高，因此在设计中不允许后轮先于前轮抱死。故数学约束条件为（7）和（11），编写目标函数。
得到B=0.6452
5踏板总成设计
5.1平衡杆机构设计方案的分析与选择
三方通话
当车手给予的踏板力为F时，制动主缸和108 AUTOTIME制动踏板之间的平衡杆两端所受到的力F1和F2为
所以，当路面附着条件发生变化，从而要改变赛车的制动器制动力分配系数时，可以将平衡杆与制动踏板相连接的支点左右调节，通过改变L1、L2的比例，由式（1）、（2）改变F1、F2的大小，即改变了赛车的制动器制动力分配系数。
5.2电动丝杠滑轨的设计
液化气燃烧器 当今，FSC参赛的车队使用最多的调节踏板总成的方式是手动调节，其中分为吊耳式、棘轮式、滑轨式。吊耳式调节时往往需要拆除车头、掀起制动总成的底板，且只能進行2-3个档位的调节，不能很好地满足不同体型的车手的需求。棘轮式以及滑轨式调节法的主要缺点是调节后需要卡紧机构固定踏板总成，整个操作过程耗时过长。在时间紧迫的赛场上无法贴合车手以及赛事的需求。
如图1所示，包含踏板总成底板3、两条平行的滑轨2和丝杆6，所述两条滑轨2以及丝杆6处于踏板总成底板3的一侧并相互平行。所述两条滑轨2上各设有两个滑块1，在平衡踏
板受力的同时利于调节踏板位置。所述两条滑轨2与两根车架钢管4相连接。所述的两个滑座5通过螺栓孔与踏板总成底板连接。所述电机7与丝杆6末端相连接，用以驱动丝杆转动进行踏板位置调节。所述丝杆6前端与上方车架钢管4相连接。
在实际操作过程中，仅需转动仪表板上的旋钮即可调节踏板位置，通过丝杆滑轨与电机的连接即可实现踏板总成的电动可调。丝杆的螺纹与滑座的螺孔形成滑动副，通过电机控制实现踏板总成位置的无级调节。采用丝杆滑动副，实现了踏板总成位置的无级可调，在提高驾驶舒适度的同时缩短了调节踏板的时间，免除了以往拆卸车身，装拆螺母的步骤，仅需转动仪表板上的旋钮即可调节踏板位置。
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