制动系统毕业设计说明书.doc

摘要随着社会的发展，物流作为“第三利润源泉”越来越受到人们的重视，而与物流的自动化、低成本相应的硬件技术AGV的出现，加速了物流的自动化进程。本设计在此背景下，研究了一辆电动高速高载重量的自动引导车（视觉引导AGV）的智能化制动系统，即实现了在紧急情况下及时、安全的停车,保证物流24小时全天工作和全方位运转等特殊要求，又兼顾了环保性能好的特点。本文首先简要对智能车的总体结构进行了分析，然后主要设计了智能车的后轮制动器和制动部分的电控系统。关键词：智能车制动系统 后轮制动器 电路控制系统AbstractWith the development of the society, the material flow, viewed as the third source of profit, gains more and more attention. While the appearance of hardware technology concerned with automation and low cost of the material flow accelerates automatic process of the material flow. Under this background, this paper studies an intelligent system of an automatic leading vehicle (visual leading AGV) which has high speed and high loading capacity. This system makes the vehicle park safely and in time under the urgent condition, and guarantees that the material flow works during 24 hours in a day and operates at all directions. In addition, it doesnt pollute the environment. This paper mainly designed brake system and of the intelligent vehicle.Keywords：brake system of the intelligent vehicle，detent of railing wheel，elect-control system目录第1章 绪论11.1引言11.2智能车辆概述11.3 电动车的概述11.4吉林大学JLUIV系列智能车2第2章 智能车制动系统综述32.1智能车总体结构32.2制动系的功用和组成42.3制动系类型52.4制动装置的基本机构和工作原理52.5 设计制动系的基本要求7第3章 制动器的设计93.1制动器的结构方案分析93.1.1领从蹄式非平衡制动器（后轮）93.1.2双领蹄式平衡制动器（前轮）123.1.3轮缸式制动器间隙的调整143.2鼓式制动器主要参数的确定143.2.1制动鼓内径D143.2.2摩擦衬片宽度b和包角153.2.3摩擦衬片起始角O163.2.4制动器中心到张开力FO作用线的距离e163.2.5制动蹄支承点位置坐标a和c163.3制动轮缸的结构分析163.3.1后轮双活塞式制动轮缸163.3.2前轮单活塞式制动轮缸17第4章 制动系统设计184.1制动驱动机构的形式184.2制动主缸的结构分析184.3行车制动装置的构造204.4驻车制动装置的构造234.5液压制动驱动机构的设计计算244.5.1制动轮缸直径d的确定244.5.2制动主缸直径dO的确定254.5.3制动踏板力Fp264.5.4制动踏板行程式Sp26第5章 制动系统的电路控制275.1智能车电控系统简述275.2自动制动系统介绍285.3制动步进电机伺服系统295.3.1步进电机和步进电机控制器295.3.2步进电机微机控制系统的组成305.4脉冲发生器315.4.1背景介绍315.4.2控制原理32第6章 总结34参考文献35附录36第1章 绪论1.1引言汽车是人类文明发展史上的重要产物，它为现代社会的发展和人们生活水平的提高做出了巨大贡献。但是随着城市化的发展和汽车的日益普及，交通环境污染日趋恶劣，交通拥挤、堵塞不断增加，交通事故频繁发生，这些都给人们的生命财产造成了巨大的损失。因此，近年来世界各国都开始向电动汽车和智能车辆等领域发展。它们的研究发展为改善交通环境状况，提高车辆安全性和可靠性，减少交通事故等开辟了广阔的前景。近年来，物流作为“第三利润源泉”越来越受到人们的重视，而与物流的自动化、低成本相应的硬件技术AGV的出现，加速了物流的自动化进程。本设计主要在吉林大学智能车辆课题组开发的JLUIV-型智能车的基础上，研究了一辆电动高载重量的自动引导车（视觉引导AGV）的智能化制动系统，即实现了在紧急情况下及时、安全的停车,保证物流24小时全天工作和全方位运转等特殊要求，又兼顾了环保性能好的特点。1.2智能车辆概述智能车辆IV（Intelligent Vehicle）是机器人研究和工程应用的一个重要领域。智能车辆是内涵丰富的广义概念，按照应用条件的不同，可将起分为两类：即室内轮式移动机器人和室外轮式机器人。室智能车辆的研究是多学科综合与交叉应用的边缘领域，不仅涉及人工智能理论、信息理论、控制理论以及决策论的应用。而且还涉及到计算机控制技术、电子技术、通讯技术以及机械涉及等问题。随着人类社会智能化、信息化程度的不断增加，智能车辆的研究将不断深入，实用化水平不断提高，其应用领域也将不断扩大1.3 电动车的概述20世纪50年代后期，内燃机汽车排放污染已成为发达国家的公害之一，人们的环保意识不断的增强，对汽车的排放控制越来越严格，同时，随着石油资源的枯竭，人们开始意识到开发电动汽车的重要性。现在，电动汽车的应用已经有了长足的发展。电动车辆与一般内燃机车辆相比具有无污染、噪声低等优点，同时具有动力电源使用成本高，续驶里程短等缺点。吉林大学智能车辆课题组开发的新智能车就是在杭州易高电动车的基础上研制开发的智能电动车。它既具备了智能车辆交通安全性高的特点，又兼顾了电动车环保性能好的特点。1.4吉林大学JLUIV系列智能车吉林大学智能车辆课题组从1992年开始先后研制开发出JLUIV-，JLUIV-，JLUIV-和JLUIV-四代视觉导航智能车。在智能车辆的体系结构、传感器信息的获取与处理、路径识别与规划、智能车辆前方障碍物探测及车距保持等方面进行了较为深入的研究。1997年开始，课题组开始JLUIV-型智能车辆系统的开发研究。该车车体由课题组自己制作完成，传感器系统由CCD摄像机、三维激光测距仪、GPS定位系统，远/近距离避障传感器、制动拉力传感器、光电编码器等。计算机系统采用一台Pentium-工业控制计算机，完成车辆的传感信息获取、周围环境感知、图像处理、导航路径识别及决策控制。课题组利用JLUIV-型智能车研究了道路边界识别算法、恶劣环境下导航路径识别算法、车辆前方探测及车距保持控制算法等。JLUIV-型智能车是面向工业物流自动化的AGV （Automated Guided Vehicle），主要由车体，CCD摄像系统、行走转向驱动系统、避障系统、通讯系统等组成，其中工业控制系统包括工业计算机，各种IO卡、AD/DA转换卡、计数器卡、行走转向驱动系统（包括支流电机和电机调速板）。AGV采用两维视觉导航，可实现路径的自动跟踪、自动转向、自动行驶。在行驶过程中能够自动识别数字编码的多停靠共位和分支路径，能够自动识别加速、减速、直角转弯、停车等车辆运动状态标识符，能够智能识别障碍物。AGV根据上述图像识别信息，自动完成各种相应的运行操作。此外，该种AGV还能够实现和中央管理中心之间的无线通讯。这种视觉导航AGV可用于实际的柔性化生产组织和户内外物流自动化运输。2002年，课题组研制开发了新一代高速视觉导航智能车辆JLUIV-，该试验车由日本三菱轿车改装而成，与智能车课题组前三代视觉导航智能试验车相比。JLUIV-试验车系统更加复杂，功能更加完善。车辆主要系统包括传感器系统（前后CCD摄像机、单点激光测距仪、三维激光扫描仪、霍尔速度传感器、转角传感器、制动力传感器等）、驱动转向系统（驱动直流电机，制动、转向步进电机及其控制器），工业控制计算机以及IO卡、AD/DA转换卡，计数器卡和控制面板。其在结构化道路条件下自主导航驾驶最高行驶速度达到50Km/h。车辆的安全车速转弯、安全车距保持等的自动操作时速不小于30Km/h。并且JLUIV-实现了行驶过程中手动和自动的切换，在自动状态下能够实现系统的紧急制动。车辆具有识障防碰撞功能，有效识障距离大于30m。第2章 智能车制动系统综述2.1智能车总体结构吉大智能车辆研究组所研制的区域智能车是根据苏州易高公司生产的电动车改装而成的，如图21。在保持原有电动车的基本组成和结构的基础上加装了许多控制和执行机构。图2-1 易高电动车外型图本车的主驱动系统在保持原有主电机、蓄电池的基础上改装了调速控制系统，并保留了原有的机械式变速器，通过手动操作使变速器固定在特定的档位上。这样就通过计算机对控制器发出控制信号，从而调控主驱动电机的转速，使汽车在相应的速度范围内变化行驶。车辆转向系统除保持原有的结构外，在转向轴上安装了变速器和转向控制电机。转向执行机构与原车的转向机构以并联方式组合。并通过电磁离合器来实现转向的手动和自动之间的相互转换。车辆的制动系统由控制电机、减速器、钢丝绳以及原车的制动系统组成。钢丝绳的一端与原车的制动踏板相连，另一端与减速器的输出轴端相连，通过电机控制连接在制动踏板上的钢丝绳实现整车的制动。转向和制动的控制都得通过电机控制器来实现，它的作用是将控制系统发出的脉冲信号转换为电机的角位移。智能车在其内部加装了工业控制计算机，这是台具有多CPU并行处理计算机，其中1块IPC-86VDF(B)用于CCD图像采集，1块PCL-812PG数模转换卡用于AD/DA信号的转换，一块PCL-730 IO转换卡和一块计数器控制卡型号为PCL-836。他们与主控计算机并接到IPC-6108P3主板上。主要完成系统初始化，人机交互、系统管理、控制决策、警告提示、主从通讯和状态监测等任务。本车还加装了控制箱，主要作用是控制执行机构，通过接线板卡实现计算机与整车各个系统之间的线路连接，放置零散电器元件等。其内部主要装有电机控制器，控制卡接线板，继电器，遥控接受器等。智能车的传感器系统有CCD摄像机，避障传感器，光电编码器，转角位移传感器，制动拉力传感器，GPS接收器，其安装位置如下表21：表2-1智能车传感器安装位置名 称功 能位 置CCD传感器可获得外界环境的灰度图像车内前操作台中线上避障传感器探测前方是否有障碍物车头前部正中央光电编码器测量车速减速器上方转角位移传感器可获得转向轮转角，通过A/D转换得到角度的数字量由齿轮带与方向盘转轴相连制动拉力传感器测量制动踏板拉线拉力制动踏板拉线上GPS接收器用来接收卫星定位信息，可获得车辆自身的经纬度信息车内右支撑立柱上方2.2制动系的功用和组成1.功用 汽车制动系的功用是根据需要，使汽车减速或在最短的距离内停车，控制汽车在下长坡时的车速，保证汽车停放可靠，坡道停车不自动滑溜。2.组成 汽车制动系一般至少有两套独立的制动装置，即：行车制动装置（脚制动装置），在行驶中使用。一般它的制动器安装在汽车的全部车轮上。驻车制动装置（手制动装置），主要用于停车后防止汽车滑溜。它的制动器可装在变速器或分制动器以后的传动轴上，又称为中央制动器。除此之外，有些汽车还设有应急制动和辅助制动装置。应急制动装置利用机械力源进行制动。在某些采用动力制动力或伺服制动的汽车上，一旦发生蓄压装置压力过低等故障时，可用应急制动装置实现汽车制动。同时，在人力控制下它还能兼作驻车制动用。辅助制动装置可实现汽车下长坡时持续地减速或保持稳定的车速，并减轻或者解除行车制动装置的负荷。制动系中每套制动装置都是由产生制动作用的制动器和制动传动机构组成。2.3制动系类型1按制动器用途分 行车制动器、驻车制动器、辅助制动器。2按制动传动机构的制动力源分(1)人力式制动传动机构。单靠驾驶员施加于制动踏板和手柄上的力作为制动力源的传动机构。其中又分为液压式和机械式两种，机械式仅用于驻车制动。(2)动力式制动传动机构。利用发动机的动力作为制动力源，并由驾驶员通过踏板或手柄加以控制的传动机构，其中又分为气压式、真空气压式、空气液压式。3.按制动传动机构的布置形式分(1)单回路制动系，传动装置采用单一的气压或液压回路当制动系中有一处漏气（油）时，整个制动系统失效。(2)双回路制动系，所有行车制动器属于两个彼此隔绝的回路，因而，其中一个回路失效，还能利用另一回路获得一定的制动力。从而提高了汽车制动的可靠性和安全性。2.4制动装置的基本机构和工作原理行驶中的汽车，具有一定的功能。要使它按需减速停车，路面必须对车轮产生个阻止汽车行驶的力，即制动力。这个力的方向与汽车行驶的方向相反。制动的实质就是将汽车的动能强制地转化为热能，扩散于大气中。一般制动系的基本结构与工作原理，可用一种简单的液压行车制动系的结构和工作原理示意图来说明，如图22所示。它由车轮制动器和液压传动机构两部分组成。1.基本结构车轮制动器主要由旋转部分、固定部分和张开机构组成。旋转部分是金属的制动鼓8，它固定于轮毂上和车轮一起旋转，固定部分主要包括制动蹄10和制动底板11等。制动蹄上铆有摩擦片9，制动蹄的下端松套在支承销12上，支承销固定在制动底板上。制动蹄的上端用回位弹簧13拉紧压靠在轮缸活塞7上。制动底板用螺钉紧固在转向节凸缘（前轮）或桥壳凸缘（后轮）上。张开机构是液压制动轮缸6（又称制动分泵），它用油管5与装在车架上的液压制动主缸4（亦称制动总泵）相连通。主缸4中的活塞3可由驾驶员通过踏板1来操纵。制动传动机构由制动踏板1、推杆2、制动主缸4和油管5组成。在不制动时摩擦片9的外圆面与制动鼓8的内圆面之间有一定间隙，使车轮自由旋转。2.制动工作原理 制动时，踩下制动踏板1，推杆2推动主缸活塞3前移，制动液的油压升高后通过油管5进入轮缸6，并推动轮缸活塞7外移活塞7推动两制动蹄10外张。此时制动蹄图22制动装置工作原理1制动踏板 2推杆 3主缸活塞 4制动缸 5油管 6制动轮缸7轮缸活塞 8制动鼓 9摩擦片 10制动蹄 11制动底板 12支承销13回位弹簧10绕支承销12转动，使制动蹄上的摩擦片9压紧在制动鼓8的内圆面上。这样不旋转的摩擦片9对旋转的制动鼓8产生一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间的附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力。同时，路面也会给车轮一个反作用力，方向与汽车行驶方向相反。这个力就是车轮受到的制动力。车轮上制动力的和就是汽车受到的总制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车产生一定的减速度甚至停车。制动力越大，则汽车减速度也越大。此时汽车的动能转变为热能并扩散到空气中。解除制动时，放松制动踏板，在回位弹簧13的作用下，制动蹄10回到原位。同时蹄鼓间隙得到恢复，因而制动作用被解除。3.影响制动力的主要因素 制动力不仅取决于摩擦力矩，还取决于轮胎与路面间的附着力。即（它等于轮胎上的垂直负荷与轮胎和路面间的附着系数的乘积，）。制动力最大只能等于附着力。而的大小决定于轮缸的张力，摩擦因数和制动鼓及制动蹄的尺寸。当时，车轮将被抱死在路面上拖滑。拖滑使胎面局部严重磨损，在路面上留下一条黑色的拖印。间时，使胎面产生局部高温，胎面局部稀化，好像轮胎与路面间被一层润滑剂隔开，使附着系数下降。因此最大制动力和最短的制动距离，是在车轮将要抱死而未完全抱死时出现的。近年来国内外许多汽车在制动系中增设了前后桥制动力分配调节装置，能减少车轮抱死的现象。但最理想的还是电子控制的自动防抱死制动装置（ABS装置），它能自动控制制动系的压力。保证汽车在任何情况下，都能保持最佳的制动状态。2.5 设计制动系的基本要求1足够的制动能力。行车制动能力，用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标评定；一般，在水平干燥的混凝土路面以30km/h的初速度从完全制动到停车时，制动距离应保证：轻型货车及轿车不大于7m，;驻坡能力是指汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度。2工作可靠。行车制动至少有两套独立的驱动制动器管路。当其中的一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器。而驱动机构各自独立。行车制动装置都用脚操纵，而其它制动装置多为手操纵。3.用任何速度制动，汽车都不应当丧失操纵性和方向稳定性。在各项规定的制动实验中，汽车任何部位都不许超出3.7m宽的通道。4.防止水和污泥进入制动器工作表面。5.要求制动能力的热稳定性良好。6.操纵轻便，并具有良好的随动性。一般要求施于踏板上的力不大于200300N，应急制动时，不超过700N。施于手制动杆上的力不大于250350N。在车轮跳动或汽车转向时，不应引起自行制动。7.公害程度。要求制动时制动系和轮胎产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质。8.作用滞后性应尽可能短。作用滞后性是指制动反应时间，以制动踏板开始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。气制动车辆反应时间较长，要求不得超过0.6，对于汽车列车不得超过0.8。9.摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命。10.摩擦副磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。11.当制动驱动装置的任何无件发生故障并使其功能遭到破坏时，汽车制动系应装有音响或光信号等报警装置。12.制动应平稳，制动时制动力应逐渐迅速增加，解除制动时，制动作用应迅速消失。13.防止汽车制动时发生测滑和跑偏。前后桥上的制动力分配合理，左右车轮上的制动力应相等。防止制动时车轮被抱死，有利于提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离，所以近来制动防抱死系统（ABS）在汽车上得到很快的发展和应用。制动力分配系数恒定的制动系，虽可借助选择较大的同步附着系数o的办法，来保证在相当宽广的附着系数o的范围内满足前轮先抱死的要求，但是除了在o附近的不大区段以外，附着系数利用率都很低。此外，由于理想的制动力分配特性曲线是因汽车实际装载情况而异的，为附合满载时的车轮抱死顺序和附着系数利用率要求而确定的实际制动力分配特性线，在部分装载和空载的情况下，显然不能令人满意。为此，越来越多的各类汽车采用了不同形式的制动力调整装置，以使实际制动力分配特性曲线尽可能地接近理想特性。本车由于车速较低，一般情况下都很少超过20km/h，为使结构简单、并降低成本，本车没有采用制动力调整机构和（ABS）装置。此外，含有石棉的摩擦材料，因存在石棉有致癌的公害问题已被逐渐淘汰。取而代之的是各种无石棉型材料并相继研制成功。第3章 制动器的设计制动器是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。除了竞赛汽车上才装设的、通过张开活动冀板以增加空气阻力的空气动力缓速装置以外，一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与路面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。制动器有摩擦式、液力式和电磁式等几种。电磁式制动器虽有作用滞后小、易于连接且接头可靠等优点，但因成本高而只在一部分重型汽车上用来做车轮制动器或缓速器。液力式制动器只用作缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，分为鼓式、盘式和带式三种。带式只用作中央制动器。本系统采用鼓式制动器。3.1制动器的结构方案分析鼓式制动器有内张型和外束型两种。前者的制动鼓以内圆柱面为工作表面，在汽车上应用广泛；后者制动鼓的工作表面则是外圆柱面。内张型鼓式制动器都采用带摩擦片的制动蹄作为固定元件。位于制动鼓内部的制动蹄在一端承受促动力时，可绕其另一端的支点向外旋转，压靠到制动鼓内圆面上，产生摩擦力矩（制动力矩）。凡对蹄端加力使蹄转动的装置，统称为制动蹄促动装置。3.1.1领从蹄式非平衡制动器（后轮）在制动鼓正向旋转和反向旋转时都有一个领蹄和一个从蹄的制动器，称为领从蹄式制动器。凡制动鼓所受来自两蹄的法向力不能互相平衡的制动器，均属于非平衡式制动器。领从蹄式制动器的每块蹄片都有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的同一端。张开装置用两个活塞直径相等的轮缸（液压驱动），可保证作用在两蹄上的张开力相等。制动蹄的外圆面上，我们粘着一般用石棉纤维及其它物质混合压制而成的摩擦片。汽车后制动器构造如图31所示。后制动器主要由下列主要零部件构成：制动支撑板1（2）是和防尘罩3用螺栓4一块固定在后桥半轴壳法兰盘上。带有双活塞的制动分泵21（22）是用螺栓26安装在后制动器支撑板总成l（2）上。右后轮制动分泵21有一个进油孔及一个出油孔，通向左后轮制动分泵总成22，左后轮制动分泵总成22有一个进油孔及一个放气螺钉24。后制动分泵总成21（22）内装用两个活塞。每个活塞顶端各套有橡胶皮碗，在制动压缩时，作密封用，以防止制动液漏出。每个活塞外端各装有一个带槽的活塞顶杆，在制动压缩时，可把活塞的运动直接传到两个制动蹄总成7上。制动分泵总成21（22）的两端都套有分泵护罩，防止杂物进入。制动蹄间隙调整装置总成28是用螺母35安装在制动支撑板总成1（2）上。该间隙调整装置总成28的两端安装有调整制动间隙的螺栓螺母29、30。带摩擦衬片的两个制动蹄总成7上部是用制动蹄拉紧弹簧9和10将它拉扣在后制动蹄支持板20的两孔中。制动蹄拉紧弹簧8一端扣在两制动蹄总成7上，另一端是挂在制动蹄间隙调整装置挂钩上。图3-1后轮制动器（领从蹄式）组装关系1、2-后制动器支撑板总成（左右） 3-防尘盖 4-螺栓 5、34-垫圈 6、35-螺母7-制动蹄总成 8-后制动蹄拉紧弹簧 9-后制动蹄左拉紧弹簧 10-后制动蹄右拉紧弹簧11-制动蹄压簧拉杆 12-弹簧 13-制动蹄压簧 14-闸瓦夹持垫圈 15、16-手制动器左（右）摇臂 17-摇臂固定销 18-摇臂固定销垫圈 19-开口销钉 20-后制动蹄支持板21、22-后制动分泵总成右（左） 23-后制动分泵组装零件 24-制动分泵放气螺钉25-制动分泵放气螺钉护罩 26-螺栓 27-垫圈 28-制动间隙调整装置总成 29-制动蹄间隙调整螺栓 30-制动蹄间隙调整带齿螺母 31-制动蹄间隙调整套定位弹簧片32-螺钉 33-垫圈 箭头FWD表示前部制动蹄总成7的上端分别压在左右两个活塞外端活塞顶杆槽子上。其下端支撑在制动蹄间隙调整装置的螺栓螺母30（29）上。两个制动蹄总成7是浮动的。为了防止两制动蹄总成7在制动支撑板1（2）上跳动，用制动蹄压簧拉杆11及制动蹄压簧13（或12、14）把它压在制动支撑板1（2）上。左右车轮手制动摇臂15（16）是用摇臂固定销17安装在左右车轮制动蹄总成7上部孔中。进行驻车制动时，须将驾驶室中的手动驻车制动操纵杆拉到制动位置，经一系列杠杆和拉绳传动，将驻车制动摇臂15的下端向前拉，使之绕上端支点（固定销17）转动。制动摇臂15在转动过程中，其中间支点推动制动推杆20左移，将前制动蹄7推向制动鼓，直至前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆20停止运动，则制动摇臂15的中间支点成为其继续转动的新支点。于是，制动摇臂15的上端右移，使后制动蹄7压靠到制动鼓上，施以驻车制动。解除制动时，应将驻车制动操纵杆推回到不制动位置，制动摇臂15在回位弹簧作用下回位，同时制动蹄回位弹簧8将两蹄拉拢。推杆内、外弹簧10和9除可将两蹄拉回到原始位置外，还用以防止制动推杆在不工作时窜动，碰撞制动蹄而发生噪声。制动时，两蹄在轮缸中液压的作用下，各自绕其支承销偏心轴颈的轴线向外旋转，紧压到制动鼓上。解除制动时，撤除液压，两蹄便在弹簧8的作用下回位。在图3-1中的结构实例中，轮缸中的两活塞都可在轮缸内轴向浮动，且两者直径相同。因此，制动时两个活塞对两个制动蹄所施加的促动力永远是相等的。图32后轮制动器构造示意图（图注同图31）后制动器构造原理可参看图32。在汽车行进中，后制动分泵制动时，右侧不带摇臂的制动蹄总成7围绕支点29（30）的转动方向和制动鼓旋转方向（顺时针）是一致的，制动蹄总成7和制动鼓有越贴越紧的趋势，通常这种结构形式称为增势制动蹄。而左侧带摇臂15（16）的制动蹄总成7围绕支点29（30）的转动方向是逆时针的，和制动鼓的旋转方向顺时针是相反的，制动蹄总成7和制动鼓在接触贴合中有越来越分开的趋势，这通常称做减势蹄。由于两边制动蹄所产生的摩擦力不样，增势制动蹄的制动力矩为减势制动蹄的22.5倍。放在使用中同样的行驶里程，两者的磨损不样。而在倒车时因制动鼓的旋转方向改变，制动蹄总成7（不带摇臂的）变为减势蹄，带摇臂的制动蹄总成7又变为增势蹄。通常这种构造的制动蹄称为双向增减势制动蹄。领从蹄式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行驶的制动效能不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作容易。但领从蹄式制动器也有两蹄片上的单位压力不等（在两蹄片上摩擦衬片面积相同的条件下），故两蹄衬片磨损不均匀，寿命不同的缺点。此外，因只有一个轮缸，两蹄必须在同一驱动回路作用下工作。3.1.2双领蹄式平衡制动器（前轮）图33前制动器（双领蹄式）组装关系图1、2-前制动器制动支撑板 3-螺栓 4、25-垫圈 5-制动蹄（带摩擦片）总成6-前制动蹄拉簧 7-制动蹄压簧拉杆 8-弹簧 9-制动蹄压簧 10-制动蹄夹持垫圈11、12-前制动分泵总成（左、右） 13、14-前制动分泵总成（左、右） 15-前制动分泵活塞皮碗及保护罩组件 16-制动蹄左（右）间隙调整螺栓 17-制动蹄左（右）间隙调整带齿螺母 18-制动分泵簧片 19-螺钉 20-垫圈 21-制动分泵放气螺钉 22-制动分泵放气螺钉护罩 23-垫圈 24-螺母M6 26-螺母M8 27-前制动器连接油管总成箭头FWD表示前部汽车前进制动时，这种制动器的制动效能相当高。由于有两个轮缸，故可以用两个各自独立的回路分别驱动两蹄片。除此之外，这种制动器还有调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作容易进行和两蹄片上的单位压力相等，使之磨损均匀，寿命相同等优点。双领蹄式制动器的制动效能稳定性，仅强于增力式制动器。当倒车制动时，由于两蹄片皆为双从蹄，使制动效能明显下降。与领从蹄式制动器比较，由于多了一个轮缸，使结构略显复杂。图34前轮制动器构造示意图（图注同图33）3.1.3轮缸式制动器间隙的调整制动蹄在不工作的原始位置时，其摩擦片与制动鼓之间应保持合适的间隙，其设定值由汽车制造厂规定，一般在0.250.5mm之间。任何制动器摩擦副中的这一间隙（以下简称制动器间隙）如果过小，就不易保证彻底解除制动，造成摩擦副的拖磨；过大又将使制动踏板行程太长，以致驾驶员操作不便，同时也会推迟制动器开始起作用的时刻。但是在制动器工作过程中，摩擦片的不断磨损必将导致制动器间隙逐渐增大。此情况严重时，即使将制动踏板踩到极限位置，也产生不了足够的制动力矩。因此，要求任何形式的制动器在结构上必须保证有检查调整其间隙的可能。制动器间隙的调整有手动调整和自动调整两种方法。本系统采用手动的转动调整螺母调整装置，在制动鼓的腹板外边开有一个检查孔，以便用塞尺检查摩擦片与制动鼓之间的间隙（制动器间隙）是否符合规定值，否则用转动调整螺母调整。本车前、后轮的调整装置基本相同，制动器轮缸两端的端盖制成调整螺母，如图35所示。用一字旋具5拨动调整螺母1的齿槽4，使螺母转动，带动螺杆的可调支座3向内或向外作轴向移动，可使制动蹄上端靠近或远离制动鼓，则制动间隙便减小或增大。间隙调整好以后，用锁片插入调整螺母的齿槽中，使螺母的角位置固定。图35用调整螺母调整制动器间隙的示意图1调整螺母 2制动轮缸 3可调支座 4齿槽 5一字旋具 6制动底板3.2鼓式制动器主要参数的确定3.2.1制动鼓内径D输入力一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。但增大（图36）受轮辋内径的限制。制动鼓与轮辋之间应该保持足够的间隙，通常要求该间隙不小于20mm,否则不仅制动鼓散热条件太差，而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚，用来保证有较大的刚度和热容量，以减小制动时的温升。制动鼓的直径小，刚度就大，并有利于保证制动鼓的加工精度。制动鼓直径与轮辋直径之比D/Dr的范围如下：轿车：D/Dr =0.640.74制动鼓内径尺寸应参照专业标准ZB T24 00589制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。本车前后制动鼓的内径均为220 mm3.2.2摩擦衬片宽度b和包角图36鼓式制动器主要几何参数摩擦衬片宽度尺寸的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些，则质量大，不易加工，并且增加了成本。制动鼓半径确定后，衬片的摩擦面积为。制动器各蹄片总的摩擦面积越大，制动时所受单位面积的正压力和能量负荷越小，从而摩损特性越好。根据国外统计分析，单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质量增大而增大。对总质量为0.91.5t的轿车，单个制动器总的衬片摩擦面积为100200cm2。试验结果表明，摩擦衬片包角90100时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处单位压力最小，因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动不平顺，容易使制动器发生自锁。因此，包角一般不宜大于120。衬片的宽度较大可以减小磨损，但过大将不易保证与制动鼓全面接触。制动衬片宽度尺寸系列见ZB T24 00589。本车=39.5mm，=120，算得181.9 cm2，附合规定要求。3.2.3摩擦衬片起始角O一般将衬片布置在制动蹄的中央，即令。有时为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于最大压力点对称布置，以改善磨损均匀性和制动效能。3.2.4制动器中心到张开力FO作用线的距离e在保证轮缸或制动凸轮能布置于制动鼓内的条件下，应使距离尽可能大，以提高制动效能。初步设计时可暂定左右。本车后轮，而前轮。3.2.5制动蹄支承点位置坐标a和c应在保证两蹄支承端毛面不致互相干涉的条件下，使尽可能的大而尽可能小。初步设计时，可暂定左右。本车后轮，而前轮。3.3制动轮缸的结构分析制动轮缸有双活塞式和单活塞式两类。本系统前轮是单活塞式而后轮是双活塞式。3.3.1后轮双活塞式制动轮缸图37双活塞制动轮缸1-缸体 2-活塞 3-皮圈 4-调整轮 5-顶块 6-防护罩 7-支撑盖 8-放气螺钉9-调整轮锁片 10-进油孔图37所示，缸体1用螺栓固定在制动底板上，缸内有两个活塞2，两者之间的间隙形成轮缸内腔。每个活塞上装有一个皮圈3，以使内腔密封。制动时，制动液自油管接头和进油孔10进入内腔，活塞在液压作用下外移，通过顶块5和支撑盖7推动制动蹄，使车轮制动。防护罩6除防尘外，还可防止水分进入，以免活塞和轮缸生锈而卡住。3.3.2前轮单活塞式制动轮缸图3-8所示为缩小轴向尺寸，液压腔密封件不用抵靠活塞端面的皮碗，而采用装在活塞导向面上切槽内的皮圈4。进油间隙靠活塞端面的凸台保持。放气阀1的中部有螺纹，尾部有密封锥面，平时旋紧压靠在阀座上。与密封锥面相相连的圆柱面两侧有径向孔，与阀中心的轴向孔道相通。需要放气时，先取下橡胶护罩2，再连踩几下制动踏板，对缸内空气加压，然后踩住踏板不放，将放气阀旋出少许，空气即行排出。空气排尽后再将放气阀旋闭。图2-4 单活塞式制动轮缸1-放气阀 2-护罩 3-进油管接头 4-皮圈 5-缸体 6-顶块 7防护套 8-活塞第4章 制动系统设计4.1制动驱动机构的形式制动驱动机构将来自驾驶员或其它力源的力传给制动器，使之产生制动力矩。根据制动源的不同，制动驱动机构一般可分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类。简单制动单靠驾驶员施加的踏板力或手柄力作为制动源，故亦称人力制动。其中，又分为机械式和液压式两种。机械式完全靠杆系传动，由于其机械效率低，传动比小，润滑点多，且难以保证前、后轴制动力的正确比例和左、右轮制动力的均衡，所以在汽车的制动装置中已被淘汰。但其结构简单，成本低，工作可靠（故障少），还广泛地应用于中、小型汽车的驻车制动装置中。液压式简单制动（通常称为液压制动）用于行车制动装置。液压制动的优点是：成本低，没有摩擦件的影响，制动稳定性好，作用滞后时间较短；（0.10.3s）工作压力高（可达1020Mpa），因而轮缸尺寸小，可以安装在制动器内部，直接作为制动蹄的张开机构（或制动块的压紧机构），而不需要制动臂等传动件，使其结构简单，质量小；机械效率较高（液压系统有自润滑作用）。液压制动的主要缺点是：操纵比较费力；高温时，过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系效能降低，甚至完全失效；液压制动曾广泛应用在轿车、轻型货车及一部分中型货车上。低温时，制动液流动性差，如有空气侵入或制动液渗漏，制动系效能会降低，甚至完全失效。本系统伺服制动的制动能源是人力和电机并用。正常情况下其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，在伺服系统失效时，还可以全靠人力驱动液压系统以产生一定程度的制动力。4.2制动主缸的结构分析为了提高汽车行驶的安全性，根据交通法规的要求，现代汽车的行车制动系都采用了双回路制动系。也就是采用串列双腔主缸(单腔制动主缸已被淘汰)组成的双回路液压制动系。如图41所示，该主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起而构成。储液罐中的油液经每一腔的空心螺栓5（其内腔形成储液室）和各自的旁通孔10，补偿孔11流入主缸前、后腔。在主缸前、后工作腔内产生的液压，分别经各自的出油阀3和各自的管路传到前、后轮制动器的轮缸。主缸不工作时，前、后两工作腔内的活塞头部与皮碗位于前、后腔内各自的旁通孔10和补偿孔11之间。当踩下制动踏板时，踏板传动机构通过推杆15推动后缸（第一）活塞前移，到皮碗掩盖住旁通孔后，此腔液压升高。在后腔液压和后缸弹簧力的作用下，推动前缸活塞7向前移动，前腔压力也随之提高。当继续踩下制动踏板时，前、后腔的液压继续提高，使前、后轮制动器制动。图4-1串联双腔制动主缸1-主缸缸体 2-出油阀座 3-出油阀 4-进油管接头 5-空心螺栓 6-密封垫7-前缸（第二）活塞 8-定位螺钉 9-密封垫 10-旁通孔 11-补偿孔 12-后缸（第一）活塞 13-挡圈 14-护罩 15-推杆 16-后缸密封圈 17-后活塞皮碗 18-后缸弹簧 19-前缸密封圈 20-前活塞皮碗 21-前缸弹簧 22-回油阀撤除踏板力后，制动踏板机构、主缸前后腔活塞和轮缸活塞，在各自的回位弹簧作用下回位，管路中的制动液借其压力推开回油阀22流回主缸，于是解除制动。当迅速放开制动踏板时，由于油液的粘性和管路阻力的影响，油液不能及时流回主缸并填充因活塞右移而让出的空间，因而在旁通孔10开启之前，压油腔中产生一定的真空度。此时进油腔液压高于压油腔，因而进油腔的油液便从前、后缸活塞的前密封皮碗20和17的边缘与缸壁间的间隙流入各自的压油腔以填补真空。与此同时，储液室中的油液经补偿孔11流入各自的进油腔。活塞完全回位后，旁通孔10已开放，由制动管路继续流回主缸而显多余的油液便可经前、后缸的旁通孔流回储液室。液压系统中因密封不良而产生的制动液漏泄，和因温度变化而引起的制动液膨胀或收缩，都可以通过补偿孔和旁通孔得到补偿。若与前腔连接的制动管路损坏漏泄油时，则在踩下制动踏板时，只有后腔中能建立液压，前腔中无压力。此时在液压差作用下，前缸活塞7迅速前移到前缸活塞前端顶到主缸缸体上。此后，后缸工作腔中的液压方能升高到制动所需的值。若与后腔连接的制动管路损坏漏泄油时，则在踩下制动踏板时，起先只是后缸（第一）活塞12前移，而不能推动前缸（第二进制 ）活塞7，因后缸工作腔中不能建立液压。但在后缸活塞直接顶触前缸活塞时，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液压而制。由上述可见，双回路液压制动系统中任何一回路失效时，主缸仍能工作，只是所需踏板行程加大，将导致汽车的制动距离增长，制动效能降低。故只能临时加以使用，发现故障仍应尽早进行修复损坏的部分，才能确保行车安全。4.3行车制动装置的构造行车制动装置的构造及布置情况如图4-2所示。图42行车制动装置布置图1-前制动管路 2-前右制动管路 3-前左制动管路 4-前右制动管进油管 5-前左制动管进油管 6-后制动管路 7-制动总泵 8-后制动软管 9-后制动油管 10-后制动油管 11-油管定位块 12-前左右制动软管 13-后制动软管 14-接管螺母15-三通管接头16-弹簧垫圈 17-螺母M6 18-卡子 19-螺钉 20-垫圈 箭头FWD表示前部制动总泵7是液压串列双腔式。制动总泵有两个出油孔，分别经各油管通向前后轮制动分泵。通向后轮制动分泵的油管是：14号油管、三通管接头15、6号油管、12号油管、13号油管及软管13，形成后轮独立制动回路系统。通向前轮制动分泵的油管是：1号油管、三通管接头15、2号油管、4号油管及软管12，通向右前轮制动分泵；以及通过1号油管，三通接头15、3号油管、5号油管及软管12通向左前轮制动分泵，形成前轮并联独立制动回路系统。后制动管路则是油液进入软管13后由12号管路进入右后轮制动分泵，再从右后制动分泵出来经13号管路串联进入左后制动轮分泵。前制动管路是在三通孔接头15处分路，并联前轮左右制动分泵。管路走向可参看图4-2。前后轮油管进入左右制动分泵，进行制动情况可参看图4-3。制动系统主要部分工作如图4-2所示。以内圆面为工作表面的金属的制动器8固定在各个车轮的制动器支撑板上，随车轮一起旋转。在固定不旋转的制动器支撑板上，有两个支撑点，支撑着两个弧形制动蹄（闸瓦）10的下端，制动蹄的外圆上又装有非金属摩擦片11，制动器支撑板上还装有液压制动分泵7，用油管5与装在安装架上的液压制动总泵1相通。分泵活塞9可由驾驶员通过制动踏板16来操纵。制动器不工作时，制动鼓8的内圆面与制动蹄摩擦衬片的外圆面之间保有一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由转动。当行驶中的汽车减速时，驾驶员踩下制动踏板16，通过制动总泵的推杆推动制动总泵活塞，使制动总泵内的油液在一定的压力下流入各液压制动分泵7。再通过分泵内活塞9，推动两制动蹄10使其绕支撑点15转动，上端向两边分开，而以制动蹄上的摩擦衬片11压紧在制动鼓8的内圆上。这样，不旋转的制动蹄（闸瓦）就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩其方向与车轮旋转的方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮。由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的力，同时路面也对车轮作用一个向反方向的作用力。该制动力由车轮经轿车和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车减速、停车。制动力愈大，则汽车减速度也愈大。当放开制动踏板时，回位弹簧即将制动蹄（闸瓦）拉回原位，摩擦力矩和制动力矩消失，制动作用即行停止。由以上所述可以看出，整个制动系统包括作用不同的两大部分：用来产生迫使汽车车轮转速降底的制动力矩（即摩擦力矩）的那一部分称为制动器，它的主要部分是由旋转元件（如制动鼓8）和固定元件（如制动蹄10）组成的摩擦副，汽车所有的四个车轮上都装有制动器。另一部分为制动器踏板、制动总泵等，总称为制动传动机构。其作用是将驾驶员脚踩制动踏板的力，传到制动总泵及制动器，使制动鼓的摩擦副相互压力紧，从而产生制动力矩。以上所述，由驾驶员通过制动踏板，操纵制动器，并作用于车轮上，进行制动这一套制动装置，是专供汽车在行进中，使汽车降低车速及停车的一整套装置称做行车制动装置。它只是当驾驶员踩下制动踏板时起作用，而在放开脚踏板时，制动作用即行解除。图43油液从制动总泵进入制动分泵制动工作示意图1-制动总泵 2-后进油管 3-前进油管 4-前进油管 5-后出油管 6-油箱7-液压制动分泵 8-制动鼓 9-分泵活塞 10制动蹄（闸瓦） 11-摩擦衬片12-后制动蹄支持板 13-后制动蹄支持板拉紧弹簧 14-后制动蹄拉紧弹簧 15-制动间隙调整装置总成 16-脚踏 17-脚踏板安装架 18-车轮与双回路制动管路相匹配、串列双腔制动总泵工作时，从前工作腔压出的油具有一定的压力。该油压由前独立制动管路1号管、三通管接头19、3号管、5号管及软管16传送到左前轮制动分泵进行制动。由前独立制动管路1号管、三通