賽車制動系統設計這麼簡單?

2019-12-09     電驅時代


一、寫在前言



曾經,作為工科男的我們,雖少有機會駕駛真正的賽車在賽道上馳騁,但基本都對各種賽車、賽事著迷,那會兒,FSAE 尚未進入中國,基本無緣賽車運動。現在的大學生條件就好了很多,起碼有了一條現成的道路---FSAE。


言歸正傳,今天我們聊聊賽車的制動系統,如果我們觀察那些賽車,無論是程式賽車,還是拉力賽賽車。首先看到的便是藏在輪輞內那些或紅、或黃…系出名門的制動鉗,而且無一例外都是固定鉗(關於固定鉗的優勢在IND4汽車人APP《制動系列課件》中有詳細闡述)。


細數這些卡鉗基本都有一個共同特點----貴。基本上一個卡鉗都是大幾千的樣子,尤其像耳熟能詳的Brembo\\AP racing…...這些改裝行業里頂級的制動解決方案供應商,簡直牛的不成樣子,東西不愁賣。但其實很多都是中國浙江的小廠在代工。


除此之外,也有極少部分是自製,比如Benz 旗下的AMG;BMW 旗下的M-performance以及Audi 旗下的RS ,都以改裝性能車為存在目的,他們也都有自己的制動鉗生產。

二、賽車制動方案解析



如果只是感嘆於這些亮閃閃的產品,而不去鑽研他的細節、實質內容,不太符合我們『攻城獅』的性格,哈哈。如果你去觀察一下那些方程式的座艙,十有八九你所看到制動踏板結構是這個樣子。


沒錯,與乘用車對比,方程式賽車的制動系統有幾個特點:1)沒有助力器;2)沒有ABS系統…... 啥?這麼簡陋? 對,就是這麼簡單。


這是因為:1)方程式賽車足夠的輕,而且發動機的進氣效率很高,基本也沒有真空度可用,所以助力器的存在價值消失,對於賽車能少一克重量都是目標。你看那些賽車手,身材基本都不是高大威猛。體重更是嚴格控制。


2)沒有ABS系統?那更好解釋了,賽車尤其方程式賽車基本都是在一種路況上面行駛。根本不存在什麼高附到低附、低附到高附的來回變換,對於制動系統,只要針對這一種附著狀況去匹配即可,只關注一種路況,這就方便多了。另外賽車制動更多還是入彎前的減速,鮮少有緊急制動的情況,更何況對於賽車手來說,踩到最大制動力而不抱死車輪是很容易的事情。


說了這麼多,那還有一個問題擺在我們面前,就是如何平衡前後軸的制動力。乘用車的制動系統,大多是X型布置,兩個迴路壓力始終相等。如果沒有任何的制動力調節裝置,前後軸的制動力只取決於前後制動器的能力,基本沒有實時調節的可能。


而對於方程式賽車,這個問題就簡單多了,H型布置。這樣對於前後軸的制動力,通過壓力來調節更方便。



方程式賽車的前後軸壓力調節,通常會有兩種方式,第一種方式為並聯主缸的方式,如下圖所示,制動踏板一肩挑兩個主缸,一個前軸,一個後軸。


這種踏板機構如下圖所示(中間為包含離合踏板)。

這種並聯主缸,是如何調整前後軸壓力的呢?我們來看細節圖。踏板通過一個關鍵部件---平衡杆推動兩個制動主缸,而平衡杆當中有一個部件,這裡它有一個非常生動的名字「魚眼軸承」或者叫關節軸承。

平衡杆


關節軸承



平衡杆穿過關節軸承內孔,而關節軸承在踏板的內孔中可以軸向的移動,這一下就簡單明了。來自踏板的力通過關節軸承,分配給了兩個主缸,關節軸承在踏板孔內的位置決定了分配給前後主缸的推力…..


那為什麼要用個關節球軸承呢?那是因為前後制動鉗制動時所需的液量不同,比如前軸需液量大,而後軸需液量小,而反應到同樣尺寸的主缸之上,最終的行程肯定是不同的。


用一個魚眼球軸承來解決行程不同來帶的平衡問題,而關節軸承的位置是可以實時調節的,所以即使遇到不同的情況,比如比賽雨天比賽還是晴天比賽。只要在試車階段做幾次測試來回調節幾次便可找到適合當前路況的位置。


第二種調節方案,是我們比較熟悉的方式,就是串聯主缸+比例閥的形式,如下圖所示。

串聯式制動主缸



手動調節的比例閥,這種方式其實調節起來更方便,甚至可以將手動調節比例閥就設置在賽車手的旁邊,都不需要專門的調節人員。賽車手自己駕駛調節幾次即可完成匹配。

手動調節的比例閥



三、結論



通過上面的分析,是不是疑惑,賽車制動系統設計這麼簡單?沒錯,比乘用車的設計簡單多了。不單制動系統,其實就賽車無論懸架、轉向都比乘用車的設計要簡單很多,因為考慮的維度要少的多... ...

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