制动系统作业指导书.pdf
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年月日11前前言言为使本中心制动系统设计规范化,参考国内外汽车设计的技术规范,结合公司标准和已开发车型的经验,编制本作业指导书。
意在对本公司设计人员在设计过程中起到指导操作的作用,提高设计的效率和成效。
本作业指导书将在本中心所有车型开发设计中贯彻,并在实践中进一步提高完善。
本标准于2011年XX月XX日起实施。
本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。
本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院负责归口管理。
本标准主要起草人:
张士华22目目录录一.制动系统概述.3一.制动系统概述.31.1制动功能概述.31.2制动系构成.31.3主要零部件介绍.4二制动系的设计流程.20二制动系的设计流程.202.1制动系的设计主要流程图.202.2制动系的设计步骤.222.3制动系统匹配.242.4制动系主要零部件设计要求.24三制动系的设计过程.36三制动系的设计过程.363.1设计输入及标杆对比分析.363.2系统方案制定及匹配计算.383.3系统总成的设计.383.4技术文件的编制.383.5输出内容检查项目.39四试制装车及生产中经常出现的问题.40四试制装车及生产中经常出现的问题.40五参考文献.40五参考文献.4033一、制动系概述1.1制动系功能概述一、制动系概述1.1制动系功能概述汽车制动系主要作用是用以强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及已停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动。
1.1.1制动系统的功能要求1.1.1制动系统的功能要求制动效能要满足法规要求有良好的制动稳定性驾驶感好(包括踏板力,踏板行程)有良好的热衰退性能和水衰退性能行车制动必须保证驾驶员在行车过程中能控制机动车安全、有效地减速和停车。
行车制动必须是可控制的,且必须保证驾驶员在其座位上双手无须离开方向盘(或方向把)就能实现制动;驻车制动应能使机动车即使在没有驾驶员的情况下,也能停在上、下坡道上。
驾驶员必须在座位上就可以实现驻车制动。
1.2制动系构成1.2制动系构成?
行车制动系统:
包括制动器,真空助力器,制动管路,踏板等;?
驻车制动系统:
包括驻车操纵机构总成,制动拉索,驻车制动器等;?
压力调节装置:
包括ABS控制器总成或比例阀,ABS传感器等。
下图以KZ16及CH071车型为例图1KZ16车型制动系统示意图后制动器总成制动管路ABS真空助力器驻车操纵机构制动踏板驻车制动拉索ABS传感器真空罐前制动器总成44图2CH071车型制动系统示意图1.3主要零部件介绍本文中仅针对轿车常用液压动力制动系统进行阐述。
1.3.1制动器1.3主要零部件介绍本文中仅针对轿车常用液压动力制动系统进行阐述。
1.3.1制动器制动器类型有鼓式、盘式和盘加鼓式鼓式制动器盘式制动器盘加鼓式制动器鼓式制动器的工作原理:
通过制动系统的压力推动活塞或是在拉索的拉力下使制动蹄片张开,制动鼓内表面与摩擦片摩擦产生制动力矩.制动鼓的工作面是圆前制动器总成电子真空泵制动管路制动踏板真空助力器驻车操纵机构后制动器总成ABS传感器驻车制动拉索55柱面。
盘式制动器的工作原理:
通过制动系统的压力推动活塞使制动盘端面与摩擦片摩擦产生制动力矩,制动盘的工作面是制动盘盘面。
盘加鼓式制动器的工作原理:
盘式用于行车,原理同盘式制动器,鼓式用于驻车,原理同鼓式制动器。
1.3.1.1鼓式制动器1.3.1.1鼓式制动器1、制动蹄带摩擦衬片总成;2、调隙拨板3、自调机构;4、轮缸;5、制动底板;6、驻车拉臂;7、回位弹簧鼓式制动器的分类a)领从蹄式(用凸轮张开)b)领从蹄式(用制动轮缸张开)c)双领蹄式(非双向,平衡式);d)双向双领蹄式;e)单向增力式f)双向增力式因目前鼓式制动应用越来越少,因此本文不再详细介绍。
66目前鼓式制动已在轿车领域仅应用于驻车制动。
例如CHB021,CH041,CH071的后驻车制动器。
1.3.1.2盘式制动器1.3.1.2盘式制动器附图:
盘式制动器总成拆解示意图附图:
制动卡钳拆解示意图1.导向螺栓;2.卡钳支架;3.卡钳本体;4.消音片;5.蹄片报警线;6.摩擦片;7.放气螺钉;8.密封圈;9.活塞;10.密封圈;11.隔热片;12.连接螺栓轮毂轴承制动卡钳制动盘连接支架挡泥板车轮螺母卡钳固定制动主缸摩擦片77附图:
盘式制动器制动主缸工作示意图制动主缸工作原理如上图所示:
当驾驶员踩下制动踏板输出液压至钳体,活塞在液压力F1的作用下,推动摩擦片总成1向右移动,而反作用力F2则推动制动钳与摩擦片总成2向左移动,两摩擦片总成夹紧制动盘此时在制动盘与摩擦片间产生摩擦力而对车轮进行制动。
目前部分后盘式制动器集成了驻车制动功能,如CHB011。
驻车时,由驻车拉线通过机械杠杆传递至推杆推动制动主缸,达到驻车制动目的。
盘式制动器与鼓式制动器相比,有以下优点:
1、一般无摩擦助势作用,因而制动器效能受摩擦因数的影响较小,及效能稳定。
2、浸水后效能降低较少,而且只需要一两次制动即可恢复正常。
3、在输出制动力矩相同的情况下,尺寸及质量一般较小。
4、制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小,不会像制动鼓那样使制动器间隙明显增摩擦片2摩擦片188加而导致制动踏板行程过大。
5、较容易实现间隙自动调整,其他保养修理作业也比较简便。
盘式制动器的不足之处是1、效能较低,故用于液压制动系统时所需的制动管路压力较高,一般要用伺服装置。
2、兼用于驻车制动时需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器复杂,因而在后轮上的应用受到限制。
目前,盘式制动器已广泛应用于轿车。
一般有全盘式,前盘后鼓式、前盘后盘加鼓三种形式。
1.3.1.3制动盘1.3.1.3制动盘制动盘有通风式和实心盘两种,制动盘工作面均加工有沟痕,以提高制动摩擦力。
制动盘材料普遍采用灰铸铁材料(HT250)。
保时捷公司首次将陶瓷材料的制动盘应用到了其产品996Turbo上,由于陶瓷材料的耐高温性使得这种制动盘甚至可以允许温度升高到1700。
F1赛车中首先将碳纤维材料引入制动盘的制造,这种材料可以说是目前最理想的制动盘材料;但其昂贵的制造成本目前还无法在普通车中体现。
通风式制动盘实心制动盘四轮制动均采用盘式的轿车,采用通风盘式制动是为了更好的散热,而后轮采用的非通风盘式则是成本因素。
制动盘轴向跳动(LRO)是引起制动时振动、噪音、方向盘抖动的重要原因,因此制动盘装配后跳动量要求较高,跳动越小,制动盘及摩擦片的磨损越小,不易产生制动噪声。
例如:
KZ16车型制动盘材料为HT250,跳动量要求为不大于0.06mm。
991.3.1.4摩擦片1.3.1.4摩擦片摩擦片摩擦系数的选择不应高于0.4,如果摩擦系数过高会导致热衰退性能不良,硬度高,噪音大,在满足制动工况的前提下,摩擦片的硬度以低为好,对降低对偶摩损,改善制动平稳和舒适性有益。
硬度过高,制动打滑,有噪音;硬度过低,强度差,摩擦时掉块会加速摩损,同时伴有强噪音。
任何一种摩擦材料,它的摩擦性能都会随使用循环周期增长而出现不同程度的减退,原因主要是摩擦面表层及内在经历了高温烧蚀,产生了物理与化学变化。
卡钳与制动盘配合的圆弧的圆心要与车轮中心重合,减少干涉的可能性卡钳与制动盘配合时摩擦片要全部与制动盘接触1.3.2真空助力器带制动主缸总成1.3.2.1真空助力器1.3.2真空助力器带制动主缸总成1.3.2.1真空助力器真空助力器带制动主缸总成是汽车制动系统的重要的传动部件.其作用是利用发动机上的真空源,使驾驶员用很小的踏板力,就能产生很大的制动力;真空助力器从膜片数量上分单膜片和双膜片两种,可以根据布置的需要来选择相应规格的助力器,单膜片在径向上空间较大,轴向上相对较短;双膜片在径向上相对较小,在轴向上占用的空间较长。
单膜片双膜片1010双膜片真空助力器单膜片选用尺寸:
直径9、10、11英寸双模片选用尺寸:
直径8+8、8+9、9+9、9+10、10+10英寸单膜片式真空助力器1111此外还有一种贯通式真空助力器,重量较轻,后壳体不易变形,且踩踏过程中无噪音,寿命长,成本较高,目前应用较少,大众帕萨特新领驭、宝马等。
1.3.2.2制动主缸1.3.2.2制动主缸制动主缸一般有补偿孔式、中心阀式、中心阀加补偿孔式。
1.3.2.2.1补偿孔串联式双腔制动主缸原理图1.3.2.2.1补偿孔串联式双腔制动主缸原理图补偿孔式制动主缸特点:
1)结构简单;2)工作时主皮碗每次必须经过补偿孔,会减少主缸皮碗的使用寿命。
12121.3.2.2.2中心阀串联式双腔制动主缸原理图1.3.2.2.2中心阀串联式双腔制动主缸原理图中心阀式制动主缸特点:
由于ABS系统中液压泵的作用,使制动系统的制动液压发生波动,正是这种作用使制动主缸内的液压产生波动,且活塞同时发生相对移动,其液压的变化频率可达每秒15次左右,液压可达20Mpa高压,对于补偿孔式主缸,当活塞相对缸体移动时,由于高压的作用,在补偿孔和回油孔处就会发生密封皮碗的过度摩损或切削现象,这样就会造成制动主缸失效,从而造成制动失效,所以,在ABS系统中应采用中心阀式制动主缸,克服了以上不足,从而提高制动系统的安全可靠性,所以在ABS及ESP系统中必须采用中心阀式制动主缸。
制动主缸直径选取规格:
20.6、22.2、23.8、25.4单位mm1.3.3储液罐1.3.3储液罐储液罐功能:
储存制动液,向制动主缸及制动系统供油;手动档配备液压操纵装置时向离合器主缸及传动系统供油(说明:
离合器主缸也可以单独开发一个小储液罐);过滤制动液,保证制动液的清洁度。
储液罐接口需与加注设备匹配。
13131.3.4制动踏板1.3.4制动踏板制动踏板是在满足制动性能的前提下,根据人机工程学原理,按相应的的连接结构进行设计和开发的。
采用柱销形式与真空助力泵相连。
目前随着碰撞法规的要求提高,碰撞后制动踏板对人体腿部的倾入伤害也提出要求。
因此制动踏板还需考虑防倾入设计。
如下图所示为CRV防侵入式制动踏板:
CHB021防侵入支架碰撞时由于防倾入支架的作用,制动踏板臂绕此限位轴向前旋转,避免对小腿的伤害踏板旋转方向CHB01114141.3.5真空管1.3.5真空管连接于发动机进气歧管和真空助力器之间,在发动机工作时,使真空助力器前腔有一定的真空度。
真空制动软管总成根据材料通常分两种。
一种由成型橡胶管组成,胶管是由内胶层、外胶层及编织层组成。
另一种是尼龙胶管。
但有些时候根据布置或成本以及压力需要也可以由胶管部分、钢管组成。
1.3.6制动软管1.3.6制动软管液压制动软管总成由制动软管和制动软管接头组成,制动软管与软管接头之间是永久性联接,该连接是靠接头部分相对于软管压皱或冷挤变形来实现的。
1.3.7制动硬管1.3.7制动硬管制动硬管多为双层卷焊钢管制成,这种钢管由两面镀铜的冷轧钢带横向卷轧两圈成管形后,通过钎焊炉在还原体中沿管壁结合面进行钎焊,使结合面结合为CuFe合金。
主要优点是耐振动和疲劳,具有很高的防渗漏和爆破性能,尺寸精确,内表面清洁、光滑,易于成形加工等。
由于制动管大部分位于底盘下方,使用环境恶劣,对其表面防腐和保护要非常严格。
目前普遍采用镀锌25um、铬酸盐钝化、涂覆聚氟乙烯(PVF)15um的表面防腐层,同时在关键部位套装双层热收缩管,以防石击或摩擦损坏。
接制动器端接硬管外径17,内径9,壁厚41515汽车液压制动系金属管规格(QC/T764-2006)外径D1(mm)(未经表面处理)壁厚S管外径D1(mm)(最大)(经表面处理)爆破压力(Mpa)(最小)质量(kg/m)基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差4.750.070.70.074.871100.076.006.12850.098.008.1267.50.1210.0010.12550.161.3.8驻车制动操纵机构1.3.8驻车制动操纵机构驻车制动操纵现主要安装在中央通道上,主体被副仪表台覆盖,驻车手柄从副仪表台穿出。
驻车制动操纵机构的主要组成部分有齿板、操纵手柄、护板、驻车制动开关总成、手柄护套、棘爪、压簧等。
自动挡车型因不需要离合踏板,有部分车型在原离合踏板区域增加脚驻车踏板,例如丰田凯美瑞。
采用脚驻车可节省中控台空间便于布置其他设备,同时腿部力量较强,一般不会出现驻车力过大不易操作问题。
黑色为热收缩管16161.3.9驻车制动拉索1.3.9驻车制动拉索由拉索轴芯、护套、支架构成,拉索轴芯与护套中间涂有润滑油,减少摩擦力。
拉索前端布置有平衡架,以消除左右两轮制动力不一致而带来的行程影响,部分高级车采用直接式电子驻车驱动后驻车制动,不使用制动拉索,部分间接式电子驻车仍保留制动拉索。
1.3.10ABS:
ANTILOCK-BRAKE-SYSTEM防抱死制动系统1.3.10ABS:
ANTILOCK-BRAKE-SYSTEM防抱死制动系统ABS防抱死系统随时监测所有车轮的转速信号,一旦发现某一个或几个车轮有制动抱死的趋势,液压调节模块能够及时地做出反应,终止轮缸压力的进一步增加或开始降低制动压力。
在这种压力调节的作用下,车轮始终保持着稳定状态,从而确保车辆的操纵稳定性和最短的制动距离。
ABS控制器总成由两部分组成:
ECU电子控制单元、HECU液压控制单元。
ABS控制器总成在制动时通过ECU控制HECU液压单元调整分配到各车轮的制动油压压力,防止车轮抱死.ABS分为2通道、3通道、和4通道三种形式,目前轿车主要使用的是4通道型。
4通道ABS控制器总成有2个油口与真空助力器主缸连接,另有4个油口分别与车轮制动油缸连接。
ABS控制器总成一般安装在汽车前仓,通过支架和减振垫与车身连接。
平衡架17171.3.11ESP:
车辆稳定控制系统1.3.11ESP:
车辆稳定控制系统ESP系统是基于ABS系统之上的高级控制系统,具有ABS的功能,同时优化了转向时制动控制,外观尺寸与ABS控制器总成略有差别,主要是体积与油口内径有变化,比ABS稍大。
ESP系统构成:
带有ECU和压力传感器的液压控制单元、轮速传感器、转向角传感器、横摆角速度和侧向加速度传感器。
ESP工作原理a)侦测驾驶意图(方向盘角度、车轮速度、油门位置、制动压力),b)识别车辆的状态(横摆角速度、侧向力)c)在转向时ECU计算保持稳定所需的控制量,液压模块根据需要快速的分别对单个车轮进行制动。
1.3.12ABS传感器(轮速传感器)1.3.12ABS传感器(轮速传感器)通过制动弯道内侧后轮稳定车辆通过制动弯道外侧前轮稳定车辆1818轮速传感器通常分主动式和被动式两种。
被动式轮速传感器被动式轮速传感器的结构为极轴与永磁体相连,且安装于传感器转子的上方,因此磁体的磁通延伸到传感器转子,并与它构成磁路。
当传感器转子转动时,齿顶与齿隙轮流交替地对向极轴,此时磁通迅速变化,磁力线切割传感线圈,于是在线圈中产生感应电压,该感应电压呈交流正弦波变化,其变化频率与传感器转子地齿数和车轮地转速成正比。
若传感器转子地齿数为一固定值,则交流正弦波的变化频率只与车轮的转速成正比。
因此可以通过交流正弦波的变化频率来确定车轮的转速,并由线圈末端通过电缆传输送至电子控制单元ECU。
并且高速时传感器产生的信号脉冲频率高;低速时信号的脉冲频率低。
主动式轮速传感器主动式轮速传感器又称为霍尔传感器,当传感器转子转动时,齿顶与齿隙轮流交替地对向传感器,此时磁通迅速变化,整个电路失去平衡,将有脉冲电压输出,其变化频率与传感器转子的齿数和车轮的转速成正比,若传感器转子的齿数为一固定值,则脉冲电压变化频率只与车轮的转速成正比。
因此可以通过交流正弦波的变化频率来确定车轮的转速,并由线圈末端通过电缆传输送至电子控制单元ECU。
并且高速时传感器产生的信号脉冲频率高;低速时信号的脉冲频率低。
1.3.13制动液1.3.13制动液制动液也是液压制动系统的重要组成部分,其质量好坏对制动系统的工作可靠性有很大影响。
制动液的要求如下:
1、高温下不易汽化,否则将在管路中产生气阻现象,使制动系统失效。
被动式传感器被动式传感器简易(线圈,磁铁,轴)的结构在高速时可靠性能测式良好输出与轮速成线性关系需要控制单元的信号条件作用抗电磁干扰性比较弱由于传感器的振动,传感器可能产生错误的信号主动式传感器主动式传感器控制单元简化接口零速度时也能工作高水平的抗电磁干扰信号最小限度气隙引起的输出变化装配尺寸小振动不会产生错误信号轮速独立输出19192、低温下有良好的流动性3、不会使与之经常接触的金属(铸铁、钢、铝或铜)件腐蚀,不会使橡胶件发生膨胀、变硬和损坏。
4、能对液压系统的运动件起到良好的润滑作用。
5、吸水性差而溶水性良好,即能使渗入其中的水汽形成微粒而与之均匀混合,否则将在制动液中形成气泡而大大降低汽化温度。
GB12981-2003机动车辆制动液对制动液进行分类,并对各型号制动液性能及质量有明确要求。
不同质量等级的制动液不宜混用,按级别主要分为DOT3、DOT4、DOT5。
1.3.14电子真空泵与真空罐1.3.14电子真空泵与真空罐目前因部分车型搭载动力总成为柴油机或涡轮增压机型,发动机真空度较小,不能满足制动真空泵要求,需增加真空罐或电子真空泵。
设计时真空罐可根据真空源及真空助力器容积选用现有平台真空罐罐体,依布置需要重新设计安装支架。
如KZ16车型采用真空罐。
电子真空泵应用范围:
电动车、混合动力车、柴油机或真空度不足的汽油机及高海拔地区。
在布置时因其工作时有噪声,需避免固定到车身纵梁及前围板附近,防止声音传入驾驶室。
如JZ16、KZ20等车型真空泵安装在发动机前部,变速器壳体上。
2020二、制动系的设计流程2.1制动系的设计主要流程及输出内容2.1.1项目启动二、制动系的设计流程2.1制动系的设计主要流程及输出内容2.1.1项目启动根据双方签订合同,启动项目2.1.2概念设计2.1.2概念设计根据设计任务书,分析具体设计任务,分析市场成熟类似车型制动系统参数,实验获得标杆车制动系统相关参数,分析可借用件、改制件、重新设计件,最后拆车、测量、扫描点云。
2.1.3工程设计2.1.3工程设计包括计算报告匹配、性能描述书的编制,方案报告编制,数模设计,硬点确定,明细表编制,二次开发件供应商交流,方案确定,工艺数模的确定,NC数模的确定,试制问题整改,道路试验及生产问题整改。
标杆车对比分析标杆车制动系统相关参数试验拆车、扫描点云零部件试验系统逆向建模主要零部件参数获得项目启动编制逆向明细表标杆车制动系统计算2121设计车制动系统目标设定图纸制作试制及试验问题整改NC数模PTSOP零部件性能描述书根据设计车目标确定制动系统结构形式和参数(厂家推荐)主要零部件安装硬点确定工艺数模与厂家沟通确认设计车制动计算报告(初稿)ETABS标定骡车验证根据ABS骡车验证结果进行调整设计车整车质量参数初步设定制动系统零部件开发方式确定22222.2制动系设计步骤2.2.1设计的前提条件2.2制动系设计步骤2.2.1设计的前提条件1)汽车的参数汽车的满载质量、空载质量以及满载和空载时的前、后轴负荷及重心高度,及轴距和轮胎尺寸。
项目代号单位数值空载质量+110Kgm1kg满载质量m2kg轴距(空载/满载)Lmm空载质心高Hg1mm满载质心高Hg2mm空载前轴轴荷kg空载后轴轴荷kg满载前轴轴荷kg满载后轴轴荷kg空载前轴到质心水平距离af1mm空载后轴到质心水平距离br1mm满载前轴到质心水平距离af2mm满载后轴到质心水平距离br2mm车轮滚动半径Rmm2)法规适合性决定制动系统、构造和参数的最低要求是符合指定的法规。
2323GB21670-2008乘用车制动系统技术要求及试验方法GB7258-2004机动车运行安全技术条件GB/T12676-1999制动系统结构、性能和试验方法欧盟销售车辆需符合欧洲法规ECER13-09,ECER13H-00法规。
表2.1制动法规基本要求序号项目要求法规序号项目要求法规1试验路面应具有附着系数约为0.8的高附着系数路面和附着系数小于等于0.3的低附着系数路面GB7258-2004GB21670-20082载重空载/满载3行车制动V=100Km/hS0.1v+0.0060V2=70mdm6.43m/S2F=65500N双手不离开方向盘踏板行程应不大于踏板全行程的五分之四4应急制动部分管路失效V=100Km/hS0.1v+0.0158V2=168md2.44m/S2F=65500N双手不离开方向盘GB21670-2008助力器失效5驻车制动操纵手柄力400N停驻角度20(12)V=30Km/h时dm1.5m/s2)6附着利用系数曲线
(1)在车辆所有载荷状态下,当制动强度z处于0.150.8之间时,后轴附着利用系数曲线不应位于前轴上方
(2)当附着系数在0.20.8之间时,制动强度z0.1+0.7(-0.2),即在0.20.8之间时,前轴后轴利用附着系数曲线应在=(z+0.04)/0.7曲线之下(3)作为生产一致性检查的替代要求,当制动强度在0.150.8之间时,后轴曲线应位于曲线z=0.9以下,即位于=z/0.9曲线以下详见制动系统计算报告2424根据上述两项最基本的前提条件,再加上市场的确定、使用条件、竞争性及主机厂生产实际情况来确定设计方向。
2.3制动系统匹配过程2.3制动系统匹配过程制动操纵方式和制动系统的确定1)确定制动控制采用气压方式还是液压(真空助力、真空增压或油气混合)方式。
2)确定制动系统的构成3)制动系统计算,确定汽车所需制动力及其前后分配4)确定制动器、摩擦片寿命及构造、参数5)制动器零件设计6)制动操纵系统设计7)管路设计2.4制动系主要零部件设计要求2.4制动系主要零部件设计要求因目前制动系统中大部分零件属于二次开发件,其是在确认产品主要性能参数后,主要由供应商进行内部结构设计制作。
因此对于产品内部构造不再详述。
2.4.1主要零部件间隙要求2.4.1主要零部件间隙要求名称内容要求(mm)备注制动踏板与周围固定零部件的最小间隙10制动总泵与周围固定零部件的最小间隙5制动管路与周围固定零部件的最小间隙5制动管路与制动管路相互间隙5与排气管的最小间隙70制动液罐与前通风盖板安装板的最小间隙1025252.4.2前后转向节及轮毂制动器装配总成2.4.2前后转向节及轮毂制动器装配总成1、前后转向节及轮毂制动器装配总成直接影响了四轮定位参数及悬架的跳动曲线,其安装硬点应提前确定。
2、制动器的参数应根据整车参数进行调节,达到ECE法规要求。
3、因轴荷,轮距、轮辋偏距变化或选型平台其他产品时,应重点对转向节及轮毂单元进行受力
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