48223汽车构造3.2-6章

3.2汽车转向系 用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统，系统的功能就是按照驾驶人的意愿控制汽车的行驶方向，汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要。转向系统由转向操纵装置、转向器、转向传动装置等组成。转向系统的基本构成如图3-130所示。由图3-130b可知非独立悬架的转向系统由于转向盘距离转向器较远，二者之间用万向节和图3-130转向系统的基本构成传动轴构成的万向传动装置相连。转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置，许多国家都规定轿车必须安装吸能式转向柱。吸能装置的方式很多，大都通过转向柱的支架变形来达到缓冲吸能的作用。转向轴与转向器之间采用万向联轴节相连(即两个万向节)，之所以用万向联轴节，除了可以改变转向轴的方向，还可以使转向轴作纵向的伸缩运动，以配合其相应的缓冲运动。即：可倾斜式转向机构和可伸缩式转向机构。,3.2.1汽车转向原理及要求 1.汽车转向的几何物理条件 为使汽车实现车轮无侧滑的转向，车轮的偏转必须满足阿克曼特性，即在汽车前轮定位角都等于零、行驶系统为刚性、汽车行驶过程中无侧向力的前提下，整个转向过程中全部车轮必须围绕同一瞬时中心相对于地面作圆周滚动，例如对于如图3-131转向原理示意图中左图所示两轮转向情况，设前内轮偏转角为，前外轮偏转角为，当汽车转向行驶时，为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力，减轻轮胎磨损，要求转向系统能保证所有车轮均作纯滚动，即(稳定转向的必要条件是：；90)所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。两侧转向轮偏转角之间的理想关系应满足阿克曼转向特性公式： cot -cot =B/L(由图中几何关系得出) 式中B两侧转向轮主销轴线与地面相交点之间的距离； L汽车轴距。如果是多轴汽车转向，转向轮转角间的关系与双轴汽车基本相同。,图3-131转向原理示意图,2.转向系统的基本技术参数要素 (1)转向器角传动比转向盘转角增量与相应的转向摇臂转角增量之比i1称为转向器角传动比。 (2)转向传动机构角传动比转向摇臂转角增量与转向盘一侧转向节的相应转角增量之比i2称为转向传动机构角传动比。 (3)转向系统角传动比转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比i为转向系统角传动比。 i=i1i2 (4)转向系统的力传动比两个转向轮受到的转向阻力与驾驶人作用在转向盘上的手力之比ip称为转向系统的力传动比，它与角传动比i成正比。 转向盘的自由行程：转向盘在空转阶段的角行程称为转向盘的自由行程。转向盘的自由行程有利于缓和路面冲击，避免驾驶人过度紧张，但不宜过大，否则将使转向灵敏性下降。 3.对转向器的工作要求 为了保证汽车行驶的稳定性，汽车转向器在工作时应满足如下要求： 1)汽车转弯行驶时，全部车轮应绕顺时针方向旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。 2)汽车转向行驶后，在驾驶人松开转向盘的情况下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。 3)汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生振动，转向盘没有摆动。,4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。 5)保证汽车有较高的机动性，具有快速和小转弯能力。 6)操纵轻便。 7)转向轮碰到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。 8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。 9)在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身的变形而后移时，转向系应有能使驾驶人免遭或减轻伤害的防伤装置(装安全气囊)。 10)保证转向盘与转向轮转动方向一致。 3.2.2转向轮机构的主要构件及定位 汽车的转向桥结构基本相同，主要由前轴、主销、转向节和轮毂等四部分组成，如图3-130所示。通常，轿车中不设独立的主销，而以转向节上、下球头中心的连线为主销的轴线。 1.车轮转向主要构件 (1)前轴前轴是汽车的主要构造之一。 (2)转向节转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，是车轮转向的铰接，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向，转向节是一个叉形结构件，由上、下两叉和支承轮毂的轴组成，其功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。,(3)主销主销主要是用来铰接前轴与转向节，使转向节绕着主销摆动以实现车轮转向。 (4)轮毂轮毂是汽车上重要的安全零件之一，它承载着汽车和载物质量的压力，受到车辆在起动、制动时动态转矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、障碍物冲击等来自不同方向动态产生的不规则交变受力。,2.转向轮的定位 要想保证汽车在行驶中的安全与舒适，汽车的四个车轮并不是垂直于地面的，必须考虑许多因素来确定车轮与地面的角度，即车轮定位。主销多向倾角定位示意图如图3-132所示。 所谓转向轮定位，就是汽车的每个转向轮、转向节和车桥与车架的安装应保持一定的相对位置。通常车轮定位主要指前轮定位，但现代大多数轿车，由于速度快，对行驶稳定性有更高的要求，除前轮定位外，还需要后轮定位，即四轮定位。,前轮定位参数有四个：主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。,3.四轮定位简介 (1)四轮定位的作用 为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少汽车轮胎和其他机件的磨损，必须考虑许多因素来确定车轮与地面的角度，转向车轮、转向节和前轴三者与车身的安装应保持一定的相对位置，这种具有一定位置的安装称为转向轮定位，四轮定位就是检测汽车车身、悬架构件、车轮三者之间及四个车轮之间在x、y、z轴方向的角度位置关系。,(2)四轮定位参数及调整四轮定位的检测和调整参考技术参数依据见表3-11。 表3-11四轮定位参数,3.2.3转向系统的类型和组成 1.转向系统的类型 汽车转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。在汽车转向行驶时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。驾驶人通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转弯运动状态，或者使上述两种运动状态互相转换。转向系包括：转向操纵机构、转向器、转向传动机构三部分。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶人手力操纵的转向系统称为机械转向系统，借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统，机械和动力两类转向系统示意图如图3-135所示。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统以及气压动力转向(大吨位汽车)系统。所谓动力转向系统实际上是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。 2.转向系统的构成 齿轮齿条转向机构在轿车上的布置如图3-136所示，转向盘转轴通过万向联轴节与转向主动齿轮轴连接构成操作装置，齿轮齿条啮合传动，齿轮正反转驱动齿条横向左右移动构成了转向器，转向器的移动齿条通过装置与横拉杆相连，横拉杆与车轮转向机构相连构成了转向传动装置。齿轮齿条式转向机构的转向传动动力路线：转向盘转向轴转向齿轮转向拉杆。,3.2.3.1机械转向系统 1.转向操纵机构 转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶人转动转向盘的操纵力传给转向器。转向操纵机构组件图如图3-137所示。,2.转向器及转向装置 转向器是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。 (1)齿轮齿条式转向器 1)齿轮齿条式转向器的特点。齿轮齿条式转向器是利用齿轮的旋转带动齿条左右移动。齿轮齿条式转向器主要应用于轿车，原因有两点：齿轮齿条式转向器布置方便，从齿条两端加两个转向拉杆和相应的球头即可控制转向节摆转；需要转向助力时，无论是液压助力还是电动助力，助力系统容易和转向器融合。 2)齿轮齿条式转向机构结构。齿轮齿条式转向器结构图如图3-139所示，齿轮齿条式转向器实物及转向横拉杆外接头结构图如图3-138所示 齿轮齿条式转向器结构特点有三： 在齿条背面有一个压块、压紧弹簧和锁紧螺母，压紧弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。 齿条在转向器壳体内左右移动，在转向器壳体两端多设有齿条的导向滑套。 转向接杆连接齿条和转向节，在交接处装有球头。,(2)循环球式转向器循环球式转向系统及循环球式转向器结构示意图如图3-140所示。 循环球式转向器采用两级传动副传动，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。在螺杆和螺母之间装有可循环滚动的钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，从而提高了传动效率。循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构形式之一。 1)循环球式转向器结构。循环球式转向器的结构和实物模型如图3-141所示，循环球式转向器主要由螺杆、扇形齿轮轴、钢球、转向器壳、钢球螺母、调整螺钉、向心推力轴承等组成。 2)循环球式转向器工作原理。循环球式转向器主传动部分结构简图如图3-142所示，转动转向盘时，与转向轴结合成一体的螺杆便带动方形螺套轴向移动。螺套的一个面切成齿条，故能进而带动与转向摇臂轴制成一体的齿扇转动。为了减小蜗杆与螺套间摩擦和磨损，二者的螺纹均制成半圆形凹槽，并不直接接触，其间装有许多钢球，因为借助钢球的滚动，蜗杆和球螺母之间的摩擦阻力小，从而构成了滚动摩擦传动副。 循环球式转向器转向的动力传动路线：转向盘转向螺杆循环钢球螺母扇齿摇臂。,(3)蜗杆曲柄指销式转向器 1)蜗杆曲柄指销式转向器的基本构成。蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。如图3-143所示。 2)蜗杆曲柄指销式转向器的工作原理。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆，嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上。 蜗杆曲柄指销式转向器的动力传动路线：转向盘转向蜗杆轴曲柄指销。,3.2.3.2动力转向系统 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶人操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的，机械转向系统常用的有齿轮齿条式和循环球式两种，目前大部分普通轿车采用的是齿轮齿条式机械转向系统。 1.传统转向系统的不足 1)汽车的转向特性受驾驶人驾驶技术的影响严重。 2)转向传动比固定,提供不了合适的转向力。 3)液压动力转向系统经济性差，一般轿车每行驶100km要多消耗0.30.4L的燃料。 另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。 2.动力转向系统的特点 动力转向系统是指在驾驶人的控制下，借助于汽车发动机通过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。动力转向是一种以驾驶人操纵转向盘(转矩和转角)为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。 3.对动力转向系统的要求 对转向系统的要求，主要概括为转向的灵敏度和操纵的轻便性。高的转向灵敏度，要求转向器具有小的传动比，以小的转向盘转角迅速转向；好的操纵轻便性，则要求转向器具有大的传动比，这样才能以较小的转向盘操纵力获得大的转向力矩。,4.动力转向系统的分类 动力转向系统归纳起来有液压式动力转向系统、电子控制式液压动力转向系统和电动动力转向系统三类。 5.动力转向系统实例 (1)机械液压动力转向系统 1)机械液压动力转向系统的构成。机械液压动力转向由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛使用。其基本构成如图3-144所示。机械液压动力系统的主要组成有液压泵、油管、压力流体控制阀、V带、储油罐等。 2)机械液压动力转向系统的类型及特点。根据系统内液流方式的不同可以分为常压式液压动力和常流式液压动力，如图3-145所示。,（2）电液反力控制式动力转向系统 1)电液反力控制式动力转向系统组成。电液反力控制式动力转向系统的组成如图3-146所示。 系统中重要的功能元件的作用如下： 电磁阀：根据需要开启适当的开度，使油压反力室一侧的油液流回储油箱。 动力转向ECU：ECU根据车速传感器传来的信号，判断汽车是处于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况，再根据判别出的汽车状态，对电磁线圈的电流进行线性控制，使电磁阀有适当的开度，以控制转向动力的大小。 固定小孔：把供给转向控制阀的一部分液压油分配到油压反力室一侧。 分流阀：根据有关传感器的信号作出最佳助力转向力判断，并将来自转向泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，按照车速和转向要求，改变控制阀一侧和电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。,扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地连接在一起，下端与控制阀阀体用销子相连，小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连，转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。 转向泵：由发动机驱动，用于提供助力转向所需的液压油。 2)反力控制式动力转向系统的工作过程。 （3）电动动力转向系统 1)电动动力转向系统的特点。电控电动式转向器的构成如图3-147所示。 2)电动动力转向系统的构成。电动动力转向系统的构成如图3-148所示，系统中重要功能元件的作用如下： 转矩传感器。转矩传感器用于检测作用于转向盘上转矩信号的大小。转向力矩传感器如图3-149所示 车速传感器。车速传感器安装在自动变速器的输出轴上，用于检测自动变速器输出轴的转速，根据输出轴转速计算得到汽车的行驶速度。车速传感器及电信号输出变化如图3-150所示 EPS(电动动力转向)的动力源是电动机。其功能是根据ECU的指令产生相应的输出转矩，是电动机影响EPS性能的主要因素之一。通常采用无刷永磁式直流电动机。要求低速转矩大、波动小、惯量小、尺寸小、质量小、可靠性高、控制性能好。,离合器。采用干式电磁离合器，保证EPS在预先设定的车速范围内闭合，当车速超过设定车速范围时，离合器断开，电动机不再提供助力，转入手动转向状态，另外当电动机发生故障时，离合器将自动断开。车速超过30km/h时，EPS不工作。 ECU。ECU（电子控制单元)根据车速、转向力及转向角等参数，计算得到最佳的转向动力转矩，并向转向电动机输出电流控制信号，使转向机构得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。从而实现最佳的转向动力控制。控制系统如图3-152所示。 3)电动动力转向的精确转向实现过程。ECU控制系统如图3-152所示 4)电动动力转向系统的控制流程。电动动力转向系统的工作过程控制流程如图3-153所示。 5)电控直接电动动力转向系统的类型。电动动力转向系统利用电动机作为动力源，根据车速和转向参图3-154电控直接电动动力转向系统的类型数等由电子控制单元完成助力控制。根据电动机布置位置不同，可分为转向柱助力式、齿轮助力式和齿条助力式三种类型。电控直接电动动力转向系统的类型如图3-154所示。,转向柱助力式EPS的电动机固定在转向柱的一侧，通过减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。 齿轮助力式EPS的电动机和减速机构及小齿轮相连，直接驱动转向齿轮，实现助力转向。 齿条助力式EPS的电动机和减速机构直接驱动齿条提供助力。 6）电控电动动力转向系统组成元件。电控电动动力转向系统的组成元件如图3-155所示。,3.2.3.3四轮转向系统 1.四轮转向(4WS)的特性与类型 汽车采用四轮转向(4WS)系统的目的是：在汽车低速行驶时，依靠逆向转向(前、后车轮的转角方向相反)获得较小的转向半径，增强轿车在高速行驶或者在侧向风力作用下的操纵稳定性，改善低速时的操纵轻便性；在轿车高速行驶时依靠同向转向(前、后车轮的转角方向相同)便于由一个车道向另一个车道的移动调整，减小汽车的横摆运动，使汽车可以高速变换行进路线，若需掉头时可减小调头时的转弯半径，提高转向时的操纵稳定性。4WS系统的一般布置及2WS车与4WS车中、高速时转向操纵性比较如图3-157所示。在同等条件下2WS车与4WS车在中、高速转向时2WS车的摆动幅度比4WS车大很多，这表明4WS车比2WS车的转向稳定性要好，如图3-157b和图3-157c所示。 四轮转向车在低速转向时如图3-158a和图3-158b所示，很明显，在同等条件下4WS车的转向内轮差比2WS车的转向内轮差要小，这表明在低速转向时4WS车的转弯半径比2WS车的转弯半径要小，转弯稳定性要好。4WS前轮转向角为f；后轮转向角为r；后、前轮转向比率k=r/f。,四轮转向轿车的前后轮转向装置之间的联系形式有液压机械式、电控液压式(4WS液压机械式和电控液压式四轮转向系统如图3-159所示)和电子式。目前四轮转向装置已将机械、液压、电子、传感器及微处理机控制技术紧密结合在一起，在很大程度上改善了轿车的转向特性，提高了操纵稳定性。,2.电控四轮转向(4WS)系统 (1)转向角比例控制式4WS系统所谓转向角比例控制是指使后轮的偏转方向在低速区与前轮的偏转方向相反，在高速区与前轮的偏转方向相同，并同时根据转向盘转向角度和车速情况控制后轮与前轮偏转角度比例。转向角比例控制式四轮转向系统的构成如图3-160所示。,1)系统组成部件：转向枢轴。与前转向机构联动的后转向重要装置转向枢轴的构成如图3-161所示。 偏置轴与转向枢轴的工作原理如图3-162所示。,图3-162偏置轴与转向枢轴的工作原理示意图,2)4WS转换器。4WS转换器的作用是驱动从动杆转动，实现2WS向4WS方式的转换和后轮转向方向与转向角比例控制。4WS转换器与后轮转向传感器的工作原理及电压特性如图3-163所示。,3)转向角比例控制系统。转向角比例控制系统主要由转向ECU、车速传感器、4WS转换开关、转向角比例传感器和4WS转换器等组成，转向ECU是控制中心。其系统构成及工作原理如图3-164所示。,(2)系统的主要控制功能 1)转向控制方式的选择。转向角比例控制式四轮转向系统的构成如图3-164所示 2)转向角比例控制。 3)安全保障功能。,当4WS转换器主电动机发生故障时，ECU驱动辅助电动机工作，使后轮以NORM模式与前轮作同向转向运动，并根据车速进行转向角比例控制。 当车速传感器发生故障时，ECU取SP1和SP2两个车速传感器中输出车速信号高的为依据，控制4WS转换器主电动机仅进行同向转向的转向角比例控制。 当转向角比例传感器发生故障时，ECU驱动4WS转换器辅助电动机使后轮处于与前轮同向转向最大值，并终止转向角比例控制。如果辅助电动机发生故障，则通过驱动主电动机完成这一控制。 当ECU出现异常时，4WS辅助电动机驱动后轮至与前轮同向转向最大值位置，以避免后轮处于反向运动状态，并终止转向角比例控制。当后轮处于与前轮同向转向状态时，后轮的最大转向角很小，且有利于确保高速转向时的方向稳定性。 3.横摆角速度比例控制式4WS系统 横摆角速度比例控制是一种能根据检测出的车身横摆角速度来控制后轮转向量的控制方法。它与转向角比例控制相比，具有两方面优点：一是它可以使汽车的车身方向从转向初期开始就与其行进方向保持高度一致；二是它可以通过检测车身横摆角速度感知车身的自转运动。因此，即使有外力(如横向风等)引起车身自转，也能马上感知到，并可迅速通过对后轮的转向控制来抑制自转运动。 系统组成横摆角速度比例控制式4WS系统的组成如图3-165所示。 1)前轮转向机构。4WS前轮转向机构示意图如图3-166所示。 2)后轮转向机构。后轮转向机构的基本组成如图3-167所示。 3)后轮转角控制。 大转角控制(机械式转向)如图3-168所示。 4WS小角度转向控制原理示意图如图3-169所示。,4.电控电动4WS介绍 (1)系统组成汽车上采用的电动式电控四轮转向系统如图3-170所示。,(2)后轮转向执行器后轮转向执行器的构成如图3-171所示。,(3)重要传感器后轮转角传感器、前轮转角传感器和车速传感器等如图3-172所示。,5.系统的失效保护功能 如果4WS ECU检测到系统出现故障，将使系统转换到失效保护状态。在这种状态下，ECU存入故障码，并接通四轮转向指示灯发出警告。同时，控制ECU切断后轮转向执行器电源，使后轮保持在直行位置，系统回归为2WS特性。为防止后轮转向执行器断电时回正过快而造成方向不稳，ECU在使系统进入保护状态的同时，会施加阻尼力矩，使回正弹簧缓慢地将后转向横拉杆推回到中央位置。,3.3汽车制动系 汽车在保证行驶安全的前提下，应尽可能地提高行驶速度，以提高汽车运行的效率，同时还应视需要能在最短的时间和距离内减速和停车。因此，汽车上必须设有用来强制汽车减速和停车及能在坡道上可靠停放的汽车主动安全装置汽车制动系统。 3.3.1汽车制动系的要求及类型 1.制动系的要求 汽车制动系应具有良好的制动性能，操作轻便，制动稳定性好，制动平顺性好，散热性好。 2.类型 按制动系统的作用分： 1）行车制动系统：用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统。 2）驻车制动系统：用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统。 3）应急安全制动系统：在行车制动系统失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统。 4）辅助制动系统：在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统(排气制动)。,最常见的汽车制动系是两套各自独立的系统，一套是行车制动装置，主要用于汽车行驶中的减速和停车；另一套是驻车制动装置，主要用于停车防止滑移。有的汽车还装有紧急制动装置和安全制动或辅助制动装置，高级汽车还装有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等。 3.3.2制动系统工作原理与构成 1.制动系统工作原理 以鼓式制动器为例，如图3-173所示 2.汽车制动系的构成 制动系主要由供能装置、控制装置、传动装置、制动力调节装置、制动器几大部分组成。汽车常规制动系统的构成如图3-174所示。,3.3.3车轮制动器 制动器的作用：利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。并将运动着的汽车的动能转化为摩擦副的热能耗散到大气中。 1.驻车制动 汽车驻车制动器有两种：鼓式制动器和盘式制动器。 (1)驻车鼓式制动器 1)驻车鼓式制动器的构造。驻车鼓式制动器的系统构成及组成零件结构如图3-175和图3-176所示。 2)驻车鼓式制动器的工作过程。 3)轿车机械式驻车制动装置。轿车用机械拉索(钢缆绳)式驻车制动器结构和工作方式如图3-177所示。,(2)驻车钳盘式制动器驻车钳盘式制动器的构造和工作原理如图3-178所示。 1)钳盘式驻车制动器构造。 2)工作过程。,2.电子驻车制动系统 目前在许多中高档车上加装了电子驻车制动系统，操纵很简单，只需按键即可。电控驻车制动系统又称线控系统(DriveByWire)，电子驻车与机械手动驻车操控的比较如图3-179所示。,电子驻车制动按其结构的差异有索牵引式和整合卡钳式两种。 (1)电子驻车钢索牵引式装置 钢索牵引式电子驻车制动的制动执行机构与传统驻车制动无异，同为制动蹄式，只是把手动的拉索改为电动形式。其工作的重要装置如图3-180所示。 (2)拉索式电子驻车系统布置安装 如图3-181所示为拉索式电子驻车制动系统车底布置安装实物图。,(3)拉索式电子驻车制动执行控制模块的内部结构图3-182所示是拉索式电子驻车制动执行控制机构模块内部结构图。 (4)拉索式电子驻车的工作逻辑 当车速小于3.5km/h的工作逻辑：驾驶人通过按压电子驻车制动开关发出实施驻车制动命令，驻车制动控制模块的电动机开始转动拉紧后轮制动蹄拉索，后轮被制动了。车辆在驻车时，驾驶人可以通过踩加速踏板让车辆自动释放驻车制动。,车速大于3.5km/h的工作逻辑：驾驶人按下并按住电子驻车制动开关会启动紧急制动功能。当行车制动器工作正常时，会通过ESP系统(电控车辆稳定行驶系统)控制行车制动器对四个车轮进行制动。当行车制动器出现故障时，电子驻车制动控制单元评估来自4个车轮的轮速传感器信号，对后轮进行制动并防止后轮抱死；此时，点亮制动灯的请求由电子驻车制动控制单元发出。 3.行车制动 常见的行车制动器有两种：鼓式(蹄鼓式)制动器和盘式制动器。行车制动传动装置构成示意图如图3-183所示。,(1)鼓式制动器鼓式制动器的旋转元件是制动鼓，固定元件是制动蹄，制动时制动蹄在促动装置作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对制动鼓产生制动摩擦力矩。 凡对制动蹄端加力使制动蹄转动的装置统称为制动蹄促动装置，制动蹄促动装置有轮缸、凸轮和楔。 以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动器；以凸轮作为促动装置的制动器称为凸轮式制动器；用楔作为促动装置的制动器称为楔式制动器。 1）领从蹄式制动器。如图3-184所示。 2)双领蹄和双向双领蹄式制动器。如图3-187所示。 3)双从蹄式制动器。如图3-189所示。,4)单向和双向自增力式制动器。 单向自增力式制动器。其特点是两个制动蹄只有一个单活塞的制动轮缸，第二制动蹄的促动力来自第一制动蹄对顶杆的推力，两个制动蹄在汽车前进时均为领蹄，但倒车时能产生的制动力很小。单向自增力式制动器总成结构如图3-190所示。 双向自增力式制动器。其特点是两个制动蹄的上方有一个双活塞制动轮缸，轮缸的上方还有一个制动蹄支承销，两制动蹄的下方用顶杆相连。无论汽车前进还是倒车，都与自增力式制动器相当，故称双向自增力式制动器。双向自增力式制动器总成及工作原理简图如图3-191所示。,5)凸轮式制动器凸轮式制动器是用凸轮取代制动轮缸对两制动蹄起促动作用，其构成如图3-192所示，通常利用制动气室使凸轮转动。 为了防止蜗杆轴自行转动改变制动器间隙，凸轮式制动器的制动调整臂的总成结构图如图3-193中a所示采用的是类似变速器锁定机构的锁止球锁定，b所示采用的是锁止套锁定。 凸轮蹄鼓式制动器的组成零件如图3-194所示。,(2)制动器间隙的调整制动器间隙是指在不制动时，制动鼓和制动蹄摩擦片之间的间隙。 1)手动调整装置。 转动调整凸轮和带偏心轴颈的支承销。 转动调整螺母。 调整可调顶杆长度。 2)自动调整装置。 摩擦限位式间隙自调装置。 楔块式间隙自调装置。 （3）盘式制动器盘式制动器广泛地应用于轿车，盘式制动器最大的优点是制动盘与制动块之间的间隙是自动调节的，制动盘与制动块之间保持很小的间隙，所以采用盘式制动器的汽车制动时踏板的自由行程很小，给人一种一踩就有的感觉。 1)盘式制动器的结构。 盘式制动器由制动盘、制动块、制动块卡子、制动轮缸及轮缸导向装置等组成。其中轮缸又由轮缸体、活塞及密封胶圈、放气螺塞等组成。 2)盘式制动器的工作原理。盘式制动器的轮缸安装在支架上，当来自主缸的制动液进入轮缸后，推动轮缸活塞外移，活塞推动制动块与制动盘接触摩擦，同时在反作用下，轮缸体右移，带动另一个制动块移动，两个制动块共同将制动盘钳紧，实施制动。盘式制动器总成结构及工作原理图如图3-200所示。,3)盘式制动器的结构。盘式制动器的结构和工作原理如图3-200所示。,用于汽车后轮、带驻车制动传动装置的DBA盘式制动器的浮式制动钳如图3-202所示。,4)兼用于驻车制动时的综合式钳盘制动器。需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器复杂。 5)全盘式制动器。全盘式制动器摩擦副的固定元件和旋转元件都是圆盘形的，分别称为固定盘和旋转盘，其工作原理与摩擦离合器相似。全盘式制动器总成结构图如图3-203所示。,6)盘式制动器的优缺点分析。盘式制动器与鼓式制动器相比具有以下优点： 盘式制动器无摩擦助势作用，制动力矩受摩擦系数的影响较小，即热稳定性好。 盘式制动器浸水后效能降低较少，而且只需经一两次制动即可恢复正常，即基本不存在水衰退问题。 在输出相同制动力矩的情况下，盘式制动器尺寸和质量一般较小。 制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大。 较容易实现间隙自动调整，其他维修作业也较简便。 盘式制动器的缺点： 效能较低，所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。 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。,3.3.4液压制动系操作装置(伺服系统) 1.增压式(真空助力)液压伺服制动系统 其特点是制动踏板机构控制制动主缸，主缸输出的液压传递到辅助缸，并对伺服系统进行控制，伺服系统的输出力与主缸液压共同作用于辅助缸，辅助缸输出到轮缸的液压远高于主缸液压。真空增压伺服制动系统的组成如图3-204所示。 通常辅助缸、真空伺服气室和控制阀组合装配成一个部件，称为真空增压器。真空增压器是真空增压伺服制动系统的核心部件，真空增压器总成结构图如图3-207所示。,2.制动器的制动轮缸 制动器的双活塞制动轮缸的总成结构如图3-205所示。 功用：将液压力转变为使制动蹄张开的动力。 常见形式：双活塞式、单活塞、阶梯式等。 制动时，液压油进入两活塞间油腔，进而推动制动蹄张开，轮缸缸体上有放气螺塞。,3.单腔制动主缸 单腔制动主缸组成及工作原理简图如图3-206所示 4.真空增压器和双腔式制动主缸 真空增压器利用真空能对制动主缸输出的油液进行增压。其控制装置是用制动踏板机构通过主缸输出的液压操纵的。其结构和工作原理如图3-207和图3-208所示。,真空增压器的工作原理可以通过以下工作示意图加以理解。 图3-208真空增压器总成结构及工作原理示意图双腔式制动主缸的结构及安装图如图3-209所示。 制动时，第一活塞左移，油压升高，克服弹力将制动液送入制动回路，同时又推动第二活塞，使第二腔液压升高，进而两轮制动。,3.3.5气压制动系 气压制动系统适用于中型以上特别是重型的货车和客车。 气压制动系统各元件之间的连接管路有3种：供能管路，是供能装置各组成件(如空气压缩机、储气筒)之间和供能装置与控制装置(如制动阀)之间的连接管路；促动管路，是控制装置与制动器促动装置(如制动气室)之间的连接管路；操纵管路，是一个控制装置与另一个控制装置之间的连接管路。双管路气压式伺服制动系统如图3-210所示。,3.3.6气顶液制动系统与全液压动力制动系统 1.气顶液制动系统 气顶液制动系统的供能装置和控制装置都是气压式，传动装置是气压液压组合式。气压能通过串联的动力气室和液压主缸转换为液压能，液压能传到各个轮缸，产生制动作用。气顶液伺服制动系统如图3-211所示。 气顶液制动系统的优点是：气压系统布置紧凑，缩短了管路长度和滞后时间；用液压轮缸作为制动器促动装置减少了非簧载质量；用使用气顶液制动系统的汽车牵引挂车时，挂车可用气压制动，也可用液压制动；各个车桥的制动器可以分别采用液压促动和气压促动。,2.全液压动力制动系统 全液压动力制动系统是以储能器储存的液压能或限制液流循环而产生液压作用的动力制动装置。其伺服装置在系统中的配置如图3-212所示。,3.3.7制动系统中的管路布置形式 液压和气压制动传动装置的管路连接布置形式有单管路制动系统和双管路制动系统。单管路制动系统结构简单，成本不高，但安全性不够，除农用车外，现在基本不再采用。双管路制动系统安全性优于单管路制动系统，目前在汽车上已大量采用。 单管路是利用一个制动主缸，通过一套相互连通的管路，控制全车制动器，单管路制动系统如图3-213所示。若传动装置中一处漏油，会使整个制动系统失效。,为了提高汽车行驶的安全性，现代汽车的行车制动系统都采用了双回路制动系统。(H形)双管路制动系统如图3-214所示。 目前采用双回路液压制动系的几乎都是伺服制动系或动力制动系。但是，在某些微型或轻型汽车上，为使结构简单，仍采用双回路人力液压制动系。 交叉形(X形)双管路制动系统如图3-215所示，前后轴对角线方向上的两个车轮共用图3-215交叉形(X形)双管路制动系统一套管路，在任一管路失效时，剩余总制动力都能保持在正常值的50%，且前后轴制动力分配比值保持不变，有利于提高制动稳定性。这种布置形式多用于发动机前置前轮驱动的轿车上。 对应于双回路制动系，制动主缸常用串列双腔式(图3-209)。目前国内轿车及大多数国外轿车都采用等径制动主缸，即制动主缸前后两腔的缸径相同，而某些国外轿车上装用了异径制动主缸，即制动主缸前后两腔的缸径不相等。,双套独立管路制动系统如图3-216所示，双回路液压制动系统中任一套制动管路失效时，主缸仍能工作，只是所需踏板行程加大，汽车的制动距离增长，制动效能降低。,3.3.8防抱死制动系统 汽车的制动性能是汽车重要的技术性能之一。重大交通事故往往与制动距离过长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，所以汽车的制动性能是汽车安全行驶的重要保障。在车辆制动时如果车轮抱死滑移，则车轮与路面间的侧向附着能力将完全丧失。防抱死制动系统(Anti-1ock Braking System，简称ABS)的设计目的，就是在汽车制动过程中，不论道路情况如何，始终将车轮滑移率控制在20左右，从而保证车辆能获得最佳的制动性能和转向操纵性能。ABS组成示意图如图3-217所示。ABS能使汽车在尽可能短的距离内进行制动并在制动时具有控制转向的能力，因此，在制动过程中有可能绕过障碍物，避免可能发生的事故。 1.防抱死制动系统的功能和分类 (1)汽车制动时的车轮运动分析汽车在制动过程中，当制动器制动力大于轮胎与道路附着力时，车轮就会抱死滑移。只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供较大的附着力时，汽车才能获得良好的制动效果。轮胎滑移的程度用滑移率S来表示。车轮滑移率是指实际车速v与车轮速度vw之差同实际车速v的比值，其表达式为 S=v-vwv100%=1-vwv100%=1-rv100% 式中S车轮滑移率； v车速(车轮中心纵向速度，m/s)； vw车轮速度(车轮瞬时圆周速度，vw=r，m/s)； 。,r车轮半径(m)； 车轮转动角速度(rad/s)。 当v=vw时，滑移率S=0，车轮自由滚动； 当vw=0时，滑移率S=100%，车轮完全抱死滑移； 当vvw时，滑移率0S100%，车轮既滚动又滑移。 滑移率越大，车轮滑移程度越大。滑移率对附着系数的影响如图3-218所示,总之横向附着系数是决定汽车行驶稳定性的重要指标之一。 综上所述，为了获得最佳制动效能和制动时的方向稳定性，应将车轮滑移率控制在最佳滑移率范围(20%左右)内。因此，通过采用ABS，使汽车在制动过程中自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，从而缩短制动距离，提高方向稳定性，增强转向控制能力，减少交通事故的发生。ABS的工作简况如图3-220所示。,（2）防抱死制动系统的作用防抱死制动系统能防止汽车在常规制动过程中由于车轮完全抱死而出现的后轴侧滑、前轮丧失转向能力等现象，从而充分发挥轮胎与路面间的潜在附着力，最大限度地改善汽车的制动性能，以提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，从而满足行车安全的需要。行车时ABS的作用如图3-221所示。,（3）ABS的控制方式分类 1)四通道控制方式。 2)三通道控制方式。 3)双通道控制方式 4)单通道控制方式 2.防抱死制动系统的组成 汽车ABS的构成和布置形式如图3-226所示，制动防抱死系统主要由车轮转速传感器、电控单元、液压调节器、继电器、制动主缸和制动轮缸等组成。,（1）车轮转速传感器 1)电磁式车轮转速传感器。目前大多数车轮转速传感器都采用电磁式转速传感器。车轮转速传感器由电磁感应传感头和信号转子两部分组成。电磁式车轮转速传感器实物如图3-227所示。 2)霍尔式车轮转速传感器。霍尔式车轮转速传感器根据霍尔效应原理产生与车轮转速相对应的电压脉冲信号。霍尔车轮转速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永久磁体、霍尔元件和电子电路等组成，霍尔式车轮转速传感器如图3-231所示。,（2）制动压力调节器制动压力调节器又称为ABS压力控制器，是ABS的执行机构，其功用是接受ECU的指令，通过电磁阀的动作控制车轮制动轮缸的制动压力，通常主要由电动液压泵、液压控制单元(包括储能器和电磁阀)等构成，ABS制动压力调节器如图3-233所示。 1)电动液压泵。在ABS运行时，电动液压泵根据ECU的信号确定是否工作，从而起到循环控制制动液油压或迅速建立制动液油压的作用。 2)电磁阀。ABS系统中通常有48个电磁阀，分别对应控制前后轮的制动。常用的电磁阀有三位三通电磁阀和二位二通电磁阀等多种形式。三位三通电磁阀的动作如图3-235所示。,3)储能器。储能器的结构形式多种多样。活塞弹簧式储能器一般位于电磁阀与回油泵之间，由轮缸来的液压油进入储能器，进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大，以暂时储存制动液。 4)压力开关。压力开关主要由弹性管、微动开关、杠杆等部件组成。如图3-236b所示。,（3)ABS的ECU(电控单元)根据来自轮速传感器的信号，ABS的ECU测量车轮转速和车速，发出相应的控制指令。ABS的ECU和制动压力调节器如图3-237所示。,电子控制模块(ECU)是制动防抱死装置的控制中心，实际上是一个微型计算机，功用是接收车轮转速传感器的信号，并对信号进行分析、放大和识别处理，计算出转速、车速及滑移率，分析车轮制动情况，以此向液压调节器发出指令，电控单元还能监视整个制动防抱死装置的工作情况。若有故障，电控单元中止工作，关闭ABS，同时让普通制动系统进入工作，并亮起指示灯发出警告，它还能把故障存储，为故障诊断、排除提供故障码。,3.3.9驱动防滑系统(ASR) ASR，其全称是Acceleration Slip Regulation，即驱动防滑系统(也可称牵引力控制系统Traction Control System，简称TCS或TRC)，其目的就是要防止车辆尤其是大功率车辆在起步、再加速时驱动轮打滑现象，特别是在结冰、积雪等滑溜路面上行驶时往往会发生驱动轮打滑现象。为控制车轮不出现滑转现象,确保车轮与地面之间最大附着力和牵引力，使车轮滑移率达到最佳范围(15%20%)，有些高档轿车上装用了牵引力控制装置。牵引力控制装置能适当控制驱动力，从而提高汽车的起步能力，确保汽车在滑溜路面上行驶的安全性和维持车辆行驶方向的稳定性。 3.3.9.1驱动防滑系统的功用 ASR可以通过减小节气门开度来降低发动机功率或者由制动器控制车轮打滑来实现对汽车牵引力的控制。 ASR与ABS的区别在于ABS是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑，而ASR则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑，ASR是在ABS的基础上的扩充，两者相辅相成。一般在车速很低(小于8kmh)时ABS不起作用，而ASR一般在车速很高(大于80kmh)时不起作用。 现在ASR还只安装在一些高档车上面，但是因为ASR与ABS包含着性能及技术上的贯通，所以ASR很快就会变得与ABS一样普及。,3.3.9.2驱动防滑系统的组成 驱动防滑系统主要由传感器、电控单元、执行机构三大部分组成。驱动防滑系统(ASR或TRC)的构成如图3-239所示。,3.4汽车行驶系统 3.4.1汽车行驶系统(悬架系统)的功用 汽车行驶系的功用是：接受发动机经传动系传来的转矩，并通过驱动轮与路面间附着作用，产生路面对汽车的牵引力，以保证整车正常行驶；此外，它应尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证汽车行驶平顺性，并且能与汽车转向系很好地配合工作，实现汽车行驶方向的正确控制，以保证汽车操纵稳定性。 对汽车行驶系的要求：产生路面对驱动轮的牵引力；传递并承受路面反力及其力矩；缓和冲击，衰减振动，保证汽车行驶平顺性；与转向系统协调配合，保证汽车操纵稳定性。 汽车行驶系统主要由车架、车桥、车轮和悬架减振装置等构成。车轮接受转矩，产生对汽车的牵引力；车架和车桥传递并承受各向反力及其力矩；行驶系的悬架缓和不平路面对车身的冲击与振动。所谓“悬架”实际就是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支承力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷，衰减由此引起的振动，保证乘员的舒适性，减小货物和车辆本身的动载荷。 行驶系统的结构形式有：轮式、半履带式、全履带式、车轮履带式等。,3.4.2悬架的类型及构成 1.悬架的基本特性 舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架作为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间进行连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架也是衡量轿车质量的指标之一。 2.悬架的总体分类 悬架按结构特点可分为独立悬架和非独立悬架两大类。悬架系统的分类结构示意图如图3-240所示。,独立悬架的左右车轮不是由一个整体车轴连在一起的，它两边的车轮运动相互没有联系，如图3-240b所示。这类悬架形式有如下优点： 1）汽车悬架弹簧下的重量减轻了，乘用车的舒适性得到了改善。 2）可以装用很软的弹簧，从而能提高乘车的舒适性。 3）能预防前轮摆振的发生。 4）对于FR型汽车的后轮，它可将差速器固定在车身的侧面，从而使车身底板和后座椅的离地高度降低、汽车的重心也能降低。 与以上优点相对的是这种悬架形式存在如下的缺点： 1）独立悬架的结构复杂，制造成本高。 2）汽车保养、修理困难。 3）汽车行驶时前轮定位和轮距常发生变化，因此有时轮胎磨损较大。 按汽车控制形式来分有被动悬架和主动悬架两种。 被动悬架：目前多数汽车上采用被动式悬架。被动式悬架的定义是汽车姿态(状态)只能被动取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置以及减振器这些机械零件。 主动悬架：从20世纪80年代开始，主动悬架在部分汽车上应用，目前使用主动悬架的高级汽车越来越多。主动悬架可以根据路面和行驶工况自动调整悬架的刚度和阻尼，从而使车辆能主动地控制垂直振动及其车身或车架的姿态。该系统通常由传感器、控制阀、执行机构和悬架系统组成。,3.悬架的基本构成 (1)悬架的基本结构典型的汽车悬架结构由弹性元件、减振器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲、减振和力的传递作用,此外还包括一些特殊功能的部件，如稳定杆、缓冲块和控制系统等。汽车独立悬架系统的基本构成如图3-241所示，汽车悬架系统中的重要元件减振器和弹性元件的结构如图3-242所示。,(2)悬架的振动频率据力学分析可知，如将汽车看成一个在弹性悬架上作单自由度振频的质量，则其自振频率： n=12CM=12gfC=Mg/f 式中f悬架垂直变形挠度； M悬架簧载质量； g重力加速度。 悬架的性能指标体现在自振频率(n)上。而自振频率取决于簧载质量和悬架刚度。要求在设计悬架时，其自振频率应与人体步行时身体上、下运动的频率相接近，在11.6Hz的理想范围内。,(3)悬架的功能元件在悬架的减振机构中，除了减振器还会配个弹簧。有了减振器为什么还要弹簧呢？其实需要它们的合作，才能完成减振的任务。 1)弹性元件：弹性元件用来承受并传递垂直载荷、缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起的冲击或车身位置的变化。 2)减振器：减振器主要用来抑制弹簧吸振后反弹时的振荡及来自路面的冲击。 对减振器的使用要求： 悬架压缩行程内，阻尼力较小，以充分发挥弹性元件的作用(弹簧起主要作用)。 悬架伸张