（车辆工程专业论文）轿车制动系统结构分析与设计计算研究.pdf

摘要 轿车制动系统直接影响轿车行驶的安全性和停车的可靠性，是轿车十分重要的组成 部分。只有制动性能优良，制动系统工作可靠，才能充分发挥轿车的其它性能。而轿车 制动系统的结构分析与设计计算是保证和提高轿车制动性能的一个重要步骤。本文围绕 轿车制动系统的结构分析与设计计算，对轿车制动性能进行分析研究。 本文首先对轿车制动系统进行系统全面的整理和归纳，详细说明了轿车制动系统结 构组成和各组成部分的基本工作原理，论述了轿车制动系统的功能和轿车制动性能评价 方法，对轿车制动系统设计要求和我国法规关于轿车制动系的规定要求进行了具体的阐 述和总结；然后应用汽车理论建立轿车制动系统制动受力数学模型，对轿车制动过程， 理想制动力分配曲线，前、后轴制动力利用附着系数，制动器制动力矩以及斜坡驻车制 动效能等制动性能进行深入理论分析和计算公式的推导；最后针对一具体轿车制动系统 进行设计计算，对计算结果进行分析论证，进而通过调整轿车制动器型式和结构参数使 轿车制动力分配，制动时减速度及斜坡驻车效能等制动性能能够完全满足我国法规规定 要求；论文对b 瑚s 系统进行了一些技术解析。 轿车制动系统的结构分析与设计计算是轿车制动性能的科学依据，也是保证轿车制 动性能的一个非常重要的步骤。 关键词：轿车制动系统，制动力，设计计算，结构分析，制动性能，b s a b s t r a c t c a rb r a k i n gs y s t e mw l l i c hi sav e 巧i i i l p o r t a mc o m p o n e n to fm ec a rh a sad i r e c ti n l p a c t 0 nc a r 仃a 伍cs a f e 哆a n dt h ep 砌d n gr e l i a b i l i 妙o n l yb r a l 【i n gp e r f o 肌a 1 1 c ei s9 0 0 da n db r a ：k i n g s y s t e mi sr e l i a b l e ，o t h e rp r o p e n i e so fc a rc a l lg i v e 向np l a yt 0w o r k s t m c t u r a la i l a l y s i sa n d d e s i 盟c a l c u l a t i o no fc a rb m k i n gs y s t e ma r ea i li m p o n a n ts t 印o fe n s u r i n ga 1 1 di m p r 0 v i n g c 盯 b r a i 【i i l gp e 面珊a i l c e t h i sa n i c l ef o c u s e do ns t m c t u r a l 趾a l y s i sa n dd e s 谫c a l c u l a t i o no f c a r b r a k i n gs y s t e m ，a i l dc 枷e do u ta i la i l a l 如c a ls t u d yo f c a rb r d l ( i n gp e r f o m a n c e a tf i r s t ，t h i sm e s i ss y s t e m a t i c a l l yc 0 1 1 a t e da n ds u i i n 撕z e dt h ec a rb r a l 【i n gp e r f l o m a i l c e ， d e t a i l e dt h ed e s c r i p t i o no ft h es 协l c t u r ea n dv a r i o u sc o m p o n e 鹏b a s i cw o r 虹n gp r i n c i p l eo f c a rb r d i 【i n gs y s t e m ，d i s c u s s e dt h en m c t i o no fc a rb r a k es y s t e ma n de v a l u a t i o nm e t l l o d so fc a r b r a ：k i n gp e r f - o m a i l c e ，s p e c i f i c a l l yd e s c 曲e d 粕ds u l i l l n e du pt h ed e s i 印r e q u i r e m e n t so fc a r b r a k es y s t 锄锄do l l rc o 咖sl a w s 锄dr e g u l a t i o 璐o nr e q u i r e i n e n t so ft l l ec 盯b m l ( i n g s y s t 锄a n dt t l e i la c c o r d i i l gt 0a u t o m o t i v em e o t l l i sm e s i se s t a b l i s h e dam a t h e m a t i c a l m o d e lo fc a rb r a k j n gs y s t e mw h e nb f a l 【i n g 内r c e ，锄dc 秭e do u tt l l e o r e t i c a la n a l y s i s 觚d d 舐v a t i o no ff o m u l af 缸t h ec a rb r a l 【i n gp r o c e s s ，t l l ei d e a lb r a ：虹n gf o r c ed i s 仃i b u t i o nc u e ， t h eu s eo f 邱n ta ) ( 1 ea 1 1 dr e a ra x l eb r a k i n gf o r c ea t t a c h m e n tc o e 街c i 9 m ，m eb r a ：k i n gt o r q u eo f b r a k ea n dt h ep 矾【i n g b r a k ep e r f 0 m 粕c e0 nt l l es l o p ea i l ds oo n f i n a l l y ，“s 龇s i sd e s i 印e d a n dc a l c u l a t e das p e c i f i cc a rb 谢( i n gs y s t e m ，a r i a l y s e da n dd 锄o n s 仃a t e dt l l er e s u l t so f c a l c u l a t i o n ，a 西u s t e dt h es n u c t l 盯ep a r 眦娥e r so f c a rb ra ：k ef o r c ed i s 仃i b u t i o ns y s t e ms ot l l a tt h e c a rb r a ：k i n gf 0 r c ed i s t r i b u t i o n ，m eb r a d ! 【i n gd e c e l 刚i o n ，m ep a 订d n gb r ：a 1 【ep 蚓白册a 1 1 c e 吐圮 s l o p ea i l dt ：h eb r a k i n gp e r f 0 m a i l c ec a l l 如1 l ym e e tm er e q u i r e m e n t so fo u rc o u n t 哕sl a w sa n d r e g u l a t i o i l s t l l i st h e s i sa l s oc a r r i e do u ts o m et e c h n i c a l 孤a l y s i s f o rb m b s c a rb r a k i n gs y s t e m ss t m c t u r a la n a l y s i sa i l dd e s i 盟c a l c u l a t i o na r es c i e n t i f i cb a s i s e so f c a rb r a b n gp e r f o n n a n c e ，a 1 1 da l s oa r ev e 巧妇p o r t a l l ts t e p st h a te n s u r e dt l l ec a rb ra ：k i n g p e r f o m a n c e k e yw o r d s ：c a rb r a k i n gs y s t e m ，b r a k i n gf b r c e ，d e s i g na n dc a l c u l a t i o n ，s t r u c t u r a ia n a l y s i s ， b r a k i n gp e r f o r m a n c e ，b m b s i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：王欢成沙口7 年月岁日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：三欺f 戈 导师签名 沙1 年z 月了日 _ 每占旯 日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 汽车工业的发展已有一百多年的历史。随着汽车工业迅速发展和人们消费水平日益 提高，汽车成为当今世界上最重要的交通运输工具和人类社会活动中难以或缺的重要工 具。经过几十年的改革开放，我国经济发展和人民生活水平得到不断提高，汽车工业发 展迅速，我国轿车需求量也保持快速增长。根据国家统计局的统计数据如下表1 1 可以 清晰看到我国的汽车产量从1 9 9 7 年的约1 5 8 2 万辆猛增到2 0 0 8 年的约9 3 4 5 l 万辆；其 中轿车从1 9 9 7 年的约4 8 7 万辆迅速增到2 0 0 8 年的约5 0 3 7 3 万辆，同时轿车所占的比 例从1 9 9 7 年的约3 0 8 增到2 0 0 8 年的约5 4 0 。随着轿车的产量和保有量增加，轿车 也迅速地改变着现代世界的面貌，加快着社会快节奏地运转。 表1 1 近年来我国轿车产量情况 年份汽车产量( 万辆)轿车产量( 万辆)轿车比例( ) 1 9 9 71 5 8 2 04 8 7 0 3 0 8 1 9 9 81 6 2 9 0 5 0 7 03 1 1 1 9 9 91 8 3 o o5 7 0 03 1 1 2 0 0 02 0 6 9 l6 0 4 7 2 9 2 2 0 0 l2 3 3 4 0 7 0 3 02 9 9 2 0 0 23 2 5 1 01 0 9 1 03 3 5 2 0 0 34 4 4 3 72 0 1 8 94 5 4 2 0 0 45 0 7 0 52 3 1 6 34 5 7 2 0 0 55 7 0 7 72 7 8 8 94 8 8 2 0 0 67 2 7 9 73 8 2 8 95 2 6 2 0 0 7 8 8 8 2 4 4 7 9 7 75 4 o 轿车给人们带来快捷和方便的同时，也带来了环境污染与交通事故等一些危害。随 着轿车产量和保有量的增长，轿车速度不断提高，道路交通压力加大，道路交通安全问 题己成为世界性的社会问题。全世界每年死于道路交通事故的人数估计超过5 0 万人， 伤1 0 0 0 万人，而我国则是世界上交通事故最严重的国家。根据我国公安部交通管理局 的统计，1 9 9 8 年，全国发生汽车交通事故3 4 。6 万多起，死亡7 8 万多人，受伤2 2 3 万多 人。2 0 0 1 年，全国发生汽车交通事故7 5 5 万多起，造成1 0 6 万多人死亡，5 4 5 万人受 第一章绪论 伤，居世界首位。我国现已成为世界各国中道路交通事故死亡人数最多的国家。我国道 路交通事故起数及死亡人数仍呈逐年上升趋势，且上升幅度逐年加大，这种趋势在随后 几年中将仍然持续。严峻的现实使人们不能不正视轿车安全性问题。人们在注重轿车的 动力性、经济性、舒适性、通过性、操纵稳定性等性能的同时，更强调轿车的安全性。 轿车安全性能越来越为人所关注。轿车安全性能的研究已经成为车辆研究的重点。 车辆的制动性能是衡量汽车安全性的一个重要标准。制动效能不佳和制动时方向失控是 造成车辆重大交通事故的主要原因之一。轿车安全性研究资料表明4 0 道路交通事故与 轿车的制动性能有关，其中1 0 的道路交通事故是因轿车高速行驶或在不良路面上行驶 进行紧急制动，车轮抱死而发生侧滑或跑偏，使轿车失去操纵性和稳定性引起的。据研 究显示f l 】，发生人身伤亡交通事故中，在潮湿的路面上约1 3 与汽车侧滑、跑偏有关； 在冰雪路面上7 0 一8 0 与侧滑、跑偏有关。根据对侧滑、跑偏事故的分析，发现有5 0 是由制动引起的。 轿车的制动性能直接关系到人们的生命财产安全。从轿车诞生时起，制动系统在车 辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。制动过程中，制动系统需要吸收与转换的动能 与汽车制动初速度的平方和总质量成正比；其产生的制动力则与汽车总质量成正比，与 制动初速度相对来说关系不大。在轿车发展的过程中，速度与总质量两个参数始终处于 不断攀升的状态，这就要求制动系统在更短的时间里吸收越来越多的能量，并产生接近 车轮滑移界限的制动力。第二次世界大战以后，由于轿车技术的迅速发展和道路条件的 不断改善，轿车速度提高很快，与此同时，货车和客车向大型化发展，其最大质量也有 不同程度增加。另一方面，由于道路行车密度的日益增大，交通事故频繁发生，引起了 公众对道路交通安全的密切关注。这些因素对制动系统提出了更加苛刻的要求促使它做 出相应改进。众多的轿车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的努力。为了 吸收高速制动时的轿车动能，出现了以热效能较稳定的钳盘式制动器取代传统的鼓式制 动器的趋势；为了产生足够的地面制动力并减轻操作强度，逐步取消了人力制动，代之 以伺服制动和动力制动；为了进一步提高制动系统的可靠性，在行车和驻车制动系之外 增设了应急制动系；为了提高制动时的方向稳定性，出现了限压阀、比例阀、感载阀、 惯性阀等制动力调节装置，以使实际制动力分配特性尽可能接近理想特性【2 】。随着电子 技术的发展，电子控制制动防抱死系统a b s ( a m i l o c kb r a l ( i n gs y s t e l l l ) 和电子稳定程序 e s p ( e 1 e c t r 0 i l i cs t a b i n yp r o 蓼锄) 的应用成为可能，它们能有效地防止制动时车轮抱死， 从而提高制动方向稳定性并缩短制动距离。 2 长安大学硕上学位论文 1 2 国内外汽车制动系统设计技术研究概况 国外汽车设计和性能研究从7 0 年代起已进入自动化阶段，运用现代设计方法，如 计算机数字仿真、优化设计、可靠性设计等取代传统设计方法。c a d 是现代汽车设计 采用的重要手段之一，主要应用于汽车的总布置设计，车身设计，造型设计，零部件优 化设计及汽车整车和零部件的动态性能分析。应用c a d 技术开发汽车新产品可以减少 样机的制造和实测时间，缩短产品开发周期，优化汽车性能参数，提高产品质量和可靠 性，降低开发成本，增强产品市场竞争力。实践表明：发达国家汽车公司开发汽车新产 品的周期短、成本低、品质优，主要与他们重视利用计算机技术有关。在七十年代初， 美国密西根大学的学者们就将计算机模拟技术应用到汽车制动动态过程研究中，运用较 为简练的汽车动力学模型编制了模拟小客车、载货车和牵引车一挂车制动及操纵等三种 计算机模拟程序【引。其中制动性能计算程序以制动效能作为评价指标，可对汽车制动性 能进行预测并提供所需的其它各项计算功能。1 9 9 4 年日本五十铃公司开发了小型车制动 系专家设计系统，主要用于汽车制动性能的推理设计，使得设计的车辆具有良好的制动 性能，在省时、省力的基础上得到最佳设计方案【4 】。 随着我国高速公路及高等级公路的大量兴建，汽车平均行驶速度的提高，加上车流 密度的增加，对车辆制动性能的要求日趋严格。汽车的一些标准与法规也逐渐与国际接 轨，我国的制动法规g b l 2 6 7 6 1 9 9 9 ( 车制动系统结构、性能和试验方法) 基本引用了e c e r 1 3 ( 欧洲经济委员会汽车制动法规) 的有关条款。近十几年国内学者在汽车制动系统 c a d 研究方面做了很多工作。1 9 9 5 年北京理工大学何宇平【5 1 7 1 等人对汽车制动模拟进 行了较深入的研究，提出了一种汽车直线制动性能的分析和计算方法，并对具体的车型 进行了模拟计算和实车道路试验。在他们的研究中，考虑到了制动过程中轮胎滑移率的 变化，建立了车轮一路面附着系数与滑移率之间简化的关系式。与传统方法相比，在计 算中引入轮胎滑移率；考虑车轴依次抱死之后的制动工况；以变制动力分配为基础，用 制动减速度与制动管路压力的函数关系描述汽车制动性能特征，并且在分析与计算中考 虑发动机制动及传动系转动惯量、坡道及轮胎变形等因素，所得结果可以与试验结果更 为接近。1 9 9 6 年，天津市汽车研究所钱国平开发了汽车制动系性能计算通用程序软件， 该软件在“u c d o s 和“汉化l o t u s 1 2 3 支持下工作，主要用于m 、n 类液压车辆 的制动性能预估，未涉及汽车制动性能的优化设计。1 9 9 8 年，北京理工大学张滨刚以 b j 2 0 2 0 s g 吉普车为研究对象，通过理论分析结合实车试验的方法系统的建立了制动过 3 第一章绪论 程中的数学模型【8 】。文中为获得具体的轮胎模型，以b j 2 0 2 0 s g 吉普车分别在干燥和积 水的柏油路面上进行制动试验，测得不同车速、不同载荷等条件下大量实验数据，以 p a c e j k a 的“魔术模型 为基础，并作适当的简化，确定了附着系数的函数表达式。此 函数表达式属于半经验轮胎模型，具有形式简洁、计算简单、对其特定轮胎的计算精确 度较高等优点，但其通用性较差，针对其它不同车型，必须重新进行试验以获得必要的 参数。此外，该文中的整车模型未考虑车轮抱死对前、后制动力矩的影响。1 9 9 9 年，重 庆大学舒红开发了汽车制动系设计计算软件，该软件设计计算的内容包括汽车轴间制动 力分配设计，制动器结构参数设计、整车制动性能预测和制动驱动机构设计，可以用于 轻、中型汽车液压制动系的基本设计计算、制动性能优化设计及制动性能预测【9 1 。该软 件中的制动力分配优化设计模块以欧洲e c e 制动法规中的利用附着系数界限为依据， 建立了汽车制动力分配优化设计的数学模型，可以对定比分配，装有限压阀、比例阀、 感载限压阀和感载比例阀的制动系统的制动力分配进行优化设计，但其数学模型中的约 束函数与法规界限存在一定偏差。此外，该软件中未涉及惯性限压阀、惯性比例阀和 d s p v 惯性阀。2 0 0 0 年，南京理工大学王良模系统地讨论了轻型汽车液压制动系统的设 计理论及计算方法，同时还在轻型汽车液压制动系统设计理论研究的基础上开发了一套 轻型汽车液压制动系统的仿真软件，并对某一车型进行了仿真计算和道路试验，所建整 车动力学模型忽略了轮胎及制动鼓等旋转部件制动时产生的惯性力矩，这对仿真结果会 有较大的影响【1 0 】。 轿车制动系统设计工作一般分为两个部分：首先是制动系结构参数设计，其中一个 最重的方面就是如何确定汽车前、后轴的制动力分配；其次是整车制动性能预估。这两 项工作常常交叉进行。传统的制动系统的设计计算工作都是手工进行的，轿车制动系统 结构复杂，零部件数目较多，车型不同各零部件的结构和布置也会各不相同，所涉及的 计算方法也有差异，因而制动系设计计算工作量比较大。在手工设计计算过程中，为了 获得比较满意的制动性能，通常要多次调整修改，多次试算，最终找到比较合适的设计 方案，然后样车制动试验结束后发现其主要参数和性能是否满足要求。而借助计算机工 具，可以方便快捷的在设计初步阶段实现制动系各参数的快速计算，并对轿车的制动性 能进行准确的计算分析。因此通过计算机工具对于提高设计效率、缩短新产品开发周期， 特别是提高整车制动性能具有非常重要意义【1 1 1 。 1 3 研究的目的和主要工作内容 4 长安大学硕士学位论文 轿车的安全性直接关系到人们的生命和财产安全，而轿车制动系统的制动性能是衡 量轿车安全性的一个重要标准。轿车制动系统设计计算是保证轿车制动性能的一个重要 步骤，因此，轿车制动系统设计计算、分析研究对于提高轿车安全性具有十分重要意义。 本论文以吉利公司一轿车的制动系统为研究对象，建立轿车整车及制动系统的模 型，并按照国家法规要求，对轿车制动系统进行设计计算、研究分析。主要内容包括以 下六个部分： ( 1 ) 介绍了国内外汽车制动系统设计技术研究概况，对汽车制动系统设计技术的工 作内容以及研究方法进行了分析研究。 ( 2 ) 对轿车制动系统的组成、结构型式进行了具体说明，对制动系统各个组成部分 的基本工作原理进行了详细的阐述。 ( 3 ) 论述了轿车制动系统的功用和轿车制动性能评价方法，对轿车制动系统设计要 求和我国法规关于轿车制动系的规定要求进行了具体的阐述和归纳同时进行了理论分 析。 ( 4 ) 应用汽车理论建立轿车制动系统制动时受力的数学模型，对轿车制动过程，理 想制动力分配曲线，前、后轴制动力利用附着系数，制动器制动力矩以及斜坡驻车制动 效能等进行推导和深入的分析。 ( 5 ) 针对一轿车制动系统进行设计计算，对其计算结果进行理论分析研究，然后通 过调整轿车制动器结构参数使轿车制动力分配，制动时减速度及斜坡驻车效能完全满足 我国法规规定要求。 ( 6 ) 论文最后浅析了吉利公司最新自主研发的轿车b m b s 系统，说明了轿车b m b s 系统的特点、结构原理、作用功能和爆胎实验演示等。 5 长安大学硕士学位论文 第二章轿车制动系统组成及结构分析 2 。1 制动系统构成及工作原理 轿车制动系统是用于使行驶中的轿车减速或停车，使下坡行驶的轿车的车速保持稳 定以及使已停驶的轿车在原地( 包括在斜坡上) 驻留不动的机构1 1 2 】。轿车制动系统直接 影响着轿车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及 车流密度的日益增大，为了保证行车安全、停车可靠，轿车制动系统的工作可靠性显得 日益重要。也只有制动性能良好、制动系统工作可靠的轿车，才能充分发挥其动力性能。 图2 1 轿车制动系统 1 制动踏板机构2 真空助力器3 制动主缸4 、5 席0 动回路6 前轮盘式制动器7 后轮鼓式制动器 轿车制动系统都具有以下四个基本组成部分：供能装置、控制装置、传动装置、制 动器，较为完善的制动系还具有制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等附加装 置，系统结构组成如上图2 1 所示。供能装置也就是制动能源，包括供给、调节制动所 需能量以及各个部件，产生制动能量的部分称为制动能源。控制装置包括产生制动动作 和控制制动效果的部件。传动装置包括把制动能量传递到制动器的各个部件。制动器产 生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件，也包括辅助制动系统中的部件。 2 1 1 制动器 轿车制动器几乎均为机械摩擦式的，即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩 擦产生的制动力矩使轿车减速或停车。轿车制动器按其在轿车上的位置分为车轮制动器 和中央制动器。前者安装在车轮处，并用脚踩制动踏板进行操纵，故又称为脚制动；后 者安装在传动系统的某轴上，并用手拉操纵杆进行操纵，故又称为手制动【1 2 】。 7 第二章轿车制动系统组成及结构分析 8 长安大学硕上学位论文 叠- 一制动钳 图2 - 3 双缸对置固定钳式盘式制动器 a b 一制动块 2 2 2 3 1 内侧钳体2 外侧钳体3 制动块4 活塞5 活塞垫圈6 压圈7 压圈密封圈8 活塞密封圈9 橡胶防护罩 l o 防护罩锁圈1 1 消声片1 2 弹簧1 3 放弃阀1 4 放弃阀防护罩1 5 制动块导向销1 6 r 形销1 7 进油 口垫塞1 8 防污螺塞1 9 螺钉2 0 橡胶垫圈2 1 制动盘2 2 制动块背板2 3 制动块摩擦块 由于固定式制动钳有两个对置油缸，连接两个制动钳壳体的油路必须跨过制动盘， 使得制动钳的径向和轴向尺寸都较大，在车轮轮辋内占据较大空间，使得汽车的转向轮。 偏置距不能减少。随着汽车性能的不断提高，为提高制动的稳定性要求尽量减少偏置距 直到追求负的偏置距。 由于上述原因，固定钳式盘式制动装置己经很难适应现代轿车的发展趋势。固定钳 式盘式制动器的缺点就是【1 3 】： ( 1 ) 制动盘的两侧各有液压缸，使制动钳的结构复杂。 ( 2 ) 液压缸分装于制动盘的两侧，制动液必须跨越制动盘的钳内油道或者部的油管。 ( 3 ) 热负荷较大，液压缸和跨越制动盘的钳内制动管路或者是外部油管内制动液容 易气化。 ( 4 ) 若想兼用于驻车制动装置，则必须要添加一个机械促动的驻车制动 所以，目前汽车盘式制动器的制动钳大都采用浮钳式结构。浮钳式盘式制动器的基 本结构如下图2 4 所示： 9 第= 章轿车制动i 统m 成厦# 构h 析 圈2 4 浮钳盘式制动器 1 制动钳体2 导向销3 支架4 制动盘5 固定制动块t 活动制动块7 括塞密封圈8 活塞 浮钳盘式制动器的制动钳一般设计得可以相对制动盘轴向滑动。其中，只在制动盘 的内侧设置液压缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。其工作原理见上图2 4 ，制动钳 支架3 固定在转向节上，制动钳体l 与支架3 可沿导向销2 轴向滑动。制动时，活塞8 在液压力只的作用下，将活动制动块6 推向制动盘4 。与此同时作用在制动钳体1 上的 反作用力只推动制动钳体沿导向销2 向右移动，使固定制动钳体上的周定制动块5 压靠 到制动盘上。于是，制动盘两侧的摩擦块在只和只的作用下夹紧制动盘，使之在制动盘 上产生与运动方向相反的制动力矩，使汽车制动。 浮动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，其结构简单，构造低廉，易于布置， 结构尺寸紧凑，可将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车制动和驻车制 动】。由于浮动钳没有跨越制动盘的油道或油管，减少了油液的受热机会，单侧油缸又 位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少，使冷却条件较好。另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸 的活塞要长也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比固定钳式的低3 0 5 0 ， 汽化的可能性较少。但由于制动钳体为浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩 擦、磨损和噪声。 鼓式制动器一般可按其制动蹄的受力情况进行分类，它们可分为：领从蹄式制动器、 双领蹄式制动器、双从蹄式制动器、增力式制动器、凸轮鼓式制动器、单楔鼓式制动器、 双楔鼓式制动器等。它们的些结构如f 图25 所示： 长安人学硕：t 学位论文 领从蹄鼓式 c 靠 k q i q q k q 双领蹄鼓式 单向增力鼓式 凸轮鼓式单楔鼓式双楔鼓式 图2 - 5 鼓式制动器结构型式 鼓式制动驯3 6 4 0 1 是由制动鼓、制动蹄、制动底板、轮缸、调整器和其它部件等组成。 图2 _ 6 鼓式制动器 1 制动踏板2 推杆3 主缸活塞4 主缸5 油管6 制动轮缸7 活塞8 制动鼓9 摩擦片1 0 制动蹄 ， 1 1 制动底板1 2 支承销1 3 回位弹簧 第二章轿车制动系统组成及结构分析 鼓式制动器结构如图2 6 所示。固定在车轮轮毂上随车轮一起转动的制动鼓8 ，其 内圆柱面为工作表面；在固定不动的制动底板1 1 上，通过两个支承销1 2 ，铰接支承着 两个弧形制动蹄l o 的下端；两制动蹄上部的制动底板上还固定着有两个活塞7 的制动 轮缸6 ；制动轮缸6 通过油管5 与固定在车架上的制动主缸4 相连接。 制动系不工作时，在回位弹簧1 3 拉力作用下，制动鼓8 的内圆柱面与制动蹄分离， 其间留有一定大小的间隙，车轮及制动鼓可以自由转动。当驾驶员踏下制动踏板1 时， 通过推杆2 推动主缸活塞3 后移，主缸4 将产生高压油液经油管5 流入轮缸6 中，推动 两活塞7 外移而使两制动蹄绕各自的支销转动，制动蹄上的摩擦片9 将压紧在制动鼓的 内圆柱面上，这时不转动的制蹄对旋转的制动鼓作用一个与其转动方向相反的摩擦力矩 ( 也称制动力矩) m 。由于制动力矩m 的作用，使车轮对地面作用着一个向前的圆周推 力e ，同时地面也对车轮作用着一个向后的反作用推力f b 。这个反作用推力f b 是使汽 车制动的外力，称作制动力。制动力经车轮、车桥、悬架传给车架、车身，迫使汽车减 速。制动力越大时，汽车的减速度也越大。但是，与汽车牵引力类似汽车制动力的大小 不仅取决于制动力矩m 。大小，还受到轮胎与地面附着条件的限制。 以上分别介绍了盘式与鼓式制动器，与鼓式制动器相比盘式制动器有许多优点f 1 5 】： ( 1 ) 热稳定性较好；由于制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用，另外，制动摩擦衬块 的尺寸不大，其工作表面的面积仅为制动盘面积的1 2 1 6 ，故散热性较好。 ( 2 ) 水稳定性较好；因为制动衬块对制动盘的单位压力高，易将沾附的水挤出，同 时离心力也易将沾水甩掉，再加上衬块对盘的擦拭作用，制动器出水后只需经一两次制 动即能恢复正常：而鼓式制动器则需经过甚至十余次制动方能恢复正常的制动效能。 ( 3 ) 制动稳定性好：盘式制动器的制动力矩与其制动油缸的活塞推力及摩擦系数成 线性关系，还由于无自行增势作用，因此在制动过程中制动力矩增长较和缓，与鼓式制 动器相比，能保证高的制动稳定性。 ( 4 ) 制动力矩与汽车前进和后退等行驶状态无关。 ( 5 ) 在输出同样大小的制动力矩条件下，盘式制动器结构尺寸和质量比鼓式的要小。 ( 6 ) 盘式制动器的摩擦衬块比鼓式制动器的摩擦衬片在磨损后更易更换，结构也较 简单，维修、保养容易。 ( 7 ) 制动盘与摩擦衬块间的间隙小( o 0 5 m m o 1 5 m m ) ，因此缩短了油缸活塞的操 作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。 1 2 长安大学硕士学位论文 ( 8 ) 制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程损失，这也使得间 隙自动调整装置的设计可以简化。 ( 9 ) 易于构成多回路制动驱动系统，使系统有较好的可靠性与安全性，以保证汽车 在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳制动。 ( 1 0 ) 能方便地实现制动器磨损报警，以便能及时地更换摩擦衬块。 盘式制动器的主要缺点是：难于完全防止尘污和锈蚀( 封闭的多片全盘式制动器除 外) 兼作驻车制动器时，所需附加的驻车制动驱动机构较复杂，因此，有的汽车采用前 轮为盘式后轮为鼓式的制动系统；另外，由于无自行增力作用，制动效能较低，中型轿 车若采用时需有加力装置。 盘式制动器尤其是浮动钳式盘式制动器已非常广泛地用于轿车的前轮，与鼓式后轮 制动器配合，也可使后轮制动器较容易地附加驻车制动的驱动机构，兼作驻车制动器之 用。有些高性能轿车的前后轮均采用了盘式制动器，主要是为了保持制动力分配系数的 稳定性。 2 1 2 制动管路的多回路系统 为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动机构至少应有两套 独立的系统，即应是双回路系统，也就是说应将轿车的全部行车制动器的液压或气压管 路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路发生故障失效时，其它完好的回 路仍能可靠地工作【1 6 】。 k 刖刖前 7 llt 一l l - 一一 l 垂 f t l l f l # i 均 l 习 习 l il 溜 k 0l l 广j l l l l l l |； l 】 l! k i。 量_ - 嘶_ 囊 一歹ul善l霉鬟l 后 后 后 12 345 图2 7 制动管路的多回路型式 1 3 第二章轿车制动系统组成及结构分析 上图2 7 所示为双轴轿车的液压式制动驱动机构的双回路系统的5 种分路方案图。 选择分路方案时，主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统 的复杂程度等。 图2 7 的第一种是前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型 式。其特点是管路布置最为简单，两桥制动器独立制动当其中一套管路损坏时，另一套 仍可以正常工作，保证汽车制动系的工作可靠性。当一套管路失效时，另一套管路仍能 保持一定的制动效能。但是制动效能低于正常时的5 0 。 图2 7 的第二种是前、后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的 一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属于一个回路，称交叉型，简称x 型。其特 点是结构也简单，当一套管路失效时，另一套管路使对角制动器保持一定的制动效能， 为正常时的5 0 ，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整 车负荷的适应性。 图2 7 的第三种是左、右前轮制动器的半数轮缸与全部后轮制动器轮缸构成一个独 立的回路，而两前轮制动器的另半数轮缸构成另一回路，可看成是一轴半对半个轴的分 路型式。其特点是结构较复杂。 、 图2 7 的第四种是两个独立的回路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制 动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的型式。其特点是结构也较复杂。 图2 7 的第五种是两个独立的回路均由每个前、后制动器的半数轮缸所组成，即前、 后半个轴对前、后半个轴的分路型式。这种型式的双回路系统的制动效能最好。但其结 构也较复杂。 2 1 3 真空助力器 伺服制动系是在人力液压制动的基础上加设一套由其他能源提供制动力的助力装 置，使人力与动力可兼用，即兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系【1 7 】。在正常 情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，因而在动力伺服系统失效时，仍可 全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力【2 2 】，有真空助力器的制动系统如图2 8 所 示。 按照伺服系统能源的不同，又有真空伺服制动系、气压伺服制动系和液压伺服制动 系。按助力特点，伺服制动系又可分为助力式和增压式两种。轿车上一般使用的是真空 助力器，是利用发动机进气管中节气门后的真空度作为动力源。 1 4 长安大学硕士学位论文 图2 8 真空助力器伺服制动系回路 1 制动踏板机构2 控制阀3 真空助力器4 制动主缸5 储液罐6 制动信号灯液压开关7 真空单向阀 8 真空供能管路9 感载比例阀1 0 左前轮缸1 1 左后轮缸1 2 右前轮缸1 3 右后轮缸 真空助力器【2 3 1 的工作过程及原理如图2 9 所示：制动时，制动踏板被踏下，踏板力 经杠杆放大后作用在输入力推杆上。首先，推杆回位弹簧被压缩，输入力推杆连同空气 阀柱前移，当前移到控制阀皮碗与真空阀座相接触的位置时，真空阀关闭。此时前、后 腔被隔开，输入力推杆继续前移至空气阀即将开启处，此处是助力器升压时的平衡位置， 此时空气阀柱端部应刚好与反馈盘相接触；随着控制阀推杆的继续前移，空气阀开启， 外界空气经过滤后通过打开的空气阀口及通道b ，进入到助力器的后腔，助力产生。由 图2 9 真空助力器 l 。前壳2 螺栓3 输出力推杆4 活塞体回位弹簧5 真空弯管6 膜片盘7 膜片8 后壳体9 弹簧座 1 0 反馈盘1 1 活塞体1 2 密封圈1 3 控制阀弹簧1 4 输入力推杆1 5 防尘罩1 6 泡沫过滤器1 7 推杆 垫片1 8 输入力推杆回位弹簧1 9 控制阀卡座2 0 控制阀2 1 空气阀柱2 2 。锁片 1 5 第一二章轿车制动系统组成及结构分析 于反馈盘的材质有要求受力表面各处压强相等的特性，使得助力随控制阀推杆输入力的 逐渐增加而成固定比例( 伺服力比) 增长，从而使制动时具有良好的随动性和操纵感。由 于伺服力资源的有限性，当达到最大伺服力时，即后腔的真空度为零时，伺服力将成为 一个常量，此时助力器的输入力与输出力将等量增长。取消制动时，随着输入力的减小 控制阀推杆后移，当达到最大助力点时，空气阀刚好关闭，随着输入力的继续减小，真 空阀将处于即将开启的状态，此处是助力器降压时的平衡位置。真空阀口开启后，助力 器的前、后腔相通，后腔的真空度将下降，伺服力减小，活塞体后移，真空阀再次关闭， 助力器达到瞬间平衡，就这样随着输入力的逐渐减小。助力也将成固定比例的减少。直 至制动被完全取消在制动稳定后( 即无运动趋势的状态下) ，存在着第3 种平衡位置，此 时的真空阀口和空气阀口均处于关闭状态，即控制阀的真空阀口和空气阀口处均有形 变。助力器在密封检验时，助力器最终将达到此平衡位置。 2 1 4 制动主缸 制动主缸【2 4 】的作用是将由踏板力输入的机械推力转换成液压力。图2 1 0 所示为串 联双腔式制动主缸的结构图。主缸的壳体内装有前活塞、后活塞以及前后活塞弹簧，前 后活塞分别用皮碗密封，前后活塞用挡片保证其正确位置。两个储液筒分别与主缸的前、 后腔相通，前出油孔、后出油孔分别与前后制动轮缸相通，前活塞靠后活塞的液力推动。 踩下制动踏板，主缸中的推杆向前移动，使皮碗掩盖住储液罐进油口后，后腔压力升高。 在后腔压力和后腔弹簧的作用下，推动前活塞向前移动、前腔压力也随之升高。当继续 下踩制动踏板时，前、后腔的压力继续提高，使前、后制动器产生制动。放松制动踏板， 主缸中的活塞和推杆分别在前后活塞弹簧作用下回到初始位置，从而解除制动。 图2 1 0 制动主缸 1 套2 密封套3 前活塞4 盖5 防动圈6 、1 3 密封圈7 垫片8 挡片9 后活塞1 0 弹簧1 1 缸体 1 2 后腔1 4 、1 5 进油孔1 6 固定圈1 7 前腔1 8 补偿孔1 9 回油孔 1 6 长安大学硕士学位论文 若前腔控制的回路发生故障时，前活塞不产生液压力，但后活塞在推杆的作用下前 移，并与前活塞被推到最前端，后腔产生的液压力仍使后轮产生制动；若后腔控制的回 路发生故障时，后活塞不产生液压力，但后活塞在推杆的作用下前移，并与前活塞接触 而推动前活塞前移，前腔仍能产生的液压力控制前轮产生制动。前活塞回位弹簧力大于 后活塞回位弹簧力，以保证两个活塞不工作时都处于正确的位置。 2 1 5 驻车制动器 驻车制动装置是使汽车在路面( 包括斜坡) 上停驻时，为防止车辆滑行，以及汽车 在坡道上起步时，用以防止车辆后退的装置。驻车制动装置有别于行车制动装置，它们 各自有相互独立的操纵装置，驻车制动装置常采用手操纵机构，所以通常又称为手制动， 但驻车制动装置既可以是手操纵也可以是脚操纵。一般轿车和轻型卡车采用手操纵机 构，而大型车辆则采用脚操纵的驻车制动踏板机构。 图2 - 1 l 驻车制动系统 1 驻车制动器操纵手柄2 控制台3 均衡器4 左拉索5 右拉索 驻车制动装置包括驻车制动器和驻车驱动机构两部分，其组成如图2 1 l 所示。驻 车制动器按其作用部位分为两种类型，一种是制动传动轴的中央制动器，另一种是与行 车制动器共用的车轮制动器，目前，多采用作用于后轮的驻车机构。驻车驱动机构因其 对可靠性的要求较高，一般都采用机械式的驱动机构，究竟是采用中央制动器驻车还是 采用车轮制动器驻车，其驻车驱动机构有所不同，但不管是采用哪一种的驻车类型，制 动器都有鼓式和盘式之分，因此，驻车驱动机构还有所差异。 在鼓式制动器中利用行车制动器作手制动器使用时，其结构如图2 1 2 所示。一般 是在它的后制动蹄上通过固定销装有一个制动蹄杠杆，在这个杠杆的中间通过一根制动 蹄推杆同前制动蹄连接。驻车制动时，拉紧或摆动手制动操纵杆，经一系列杠杆和拉绳 1 7 第二章轿车制动系统组成及结构分析 传动，将驻车制动杠杆的下端向前拉，使之绕固定销转动，其中间支点推动制动推杆左 移，将前制动蹄推向制动鼓。当前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆停止移动，此时制 动杠杆绕中间支点继续转动，于是制动杠杆的上端向右移动，使后制动蹄压靠到制动鼓 上，从而产生驻车制动作用。 图2 1 2 鼓式车轮驻车制动器 1 推杆弹簧2 推杆3 固定销4 制动蹄5 制动鼓6 调整螺钉7 拉索8 前制动蹄 对于带有驻车驱动的盘式车轮制动器，驻车时是通过驻车拉索的拉动使位于制动钳 体内的指销推动辅助活塞移动，辅助活塞进而顶住活塞移动，先使活塞一侧的制动块压 靠到制动盘，接着，此反作用力则推动制动钳体连同另一侧的制动块压靠到制动盘，从 而产生驻车制动作用，如图2 1 3 所示。 图2 1 3 盘式车轮驻车制动器 1 制动块2 制动盘3 活塞4 制动钳体5 卡头6 辅助活塞7 带斜槽的挺杆8 驻车拉索 1 8 长安大学硕士学位论文 2 2 本章小结 本章对轿车整车制动系统结构组成的各个部分进行了研究，对轿车制动系统结构的 组成、组成部分基本工作原理进行介绍说明，也对各部分型式分类、功能特点、性能优 劣作了对比和结构分析。 1 9 长安大学硕士学位论文 第三章轿车制动系统功能和设计法规要求 3 1 制动系统的功用 轿车制动系统必须能以适当的减速度使轿车的速度降低到所需要的值( 包括零值) ； 使轿车在下坡行驶时保持适当的稳定速度；使轿车可靠地在原地( 包括在坡道上) 停驻。 轿车的制动性是轿车的主要性能之一【1 1 。轿车的制动性直接关系到交通安全，重大 交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故轿车的制动性是轿 车安全行驶的重要保障。改善轿车的制动性，始终是轿车设计制造和使用部门的重要任 务。 3 2 制动性能评价指标 轿车的制动性能主要由以下三方面来评价【l 】： ( 1 ) 制动效能，即制动距离与制动减速度。 ( 2 ) 制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。 ( 3 ) 制动时轿车的方向稳定性，即制动时轿车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力 的性能。 制动效能是指在良好路面