（车辆工程专业论文）重型商用汽车制动失效特性及报警技术的研究.pdf

l ， k h e a v yt r u c kb r a k i n gc h a r a c t e r i s t i c s a n da l a r m t e c h n o l o g y ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l u oq i n g d o n g s u p e r v i s o r ：p r o f y uq i a n g c h a n g a nu n i v e r s i t y ，x i a n ，c h i n a 0眦2 3帆0删37 y 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 田 7 l 0 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：亏嚆承 矽矽年彳月p 曰 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：罗豸巧， 导师签名：屈悔 锄p 年彩月纱日 劫侔6 月4 7 日 - 摘要 近几年，我国在公路建设和运输事业和汽车市场取得了飞速发展，方面极 大的促进了国民经济发展，但是另一方面也带来了道路交通事故逐年上升的负面 影响。而我国又是一个多山国家，很多依山而建的公路坡度大且坡长长，在这种 状况恶劣的道路下坡制动时，必须保证汽车在下坡行驶至坡道结束时其行车制动 系还具有足够的制动性能。而货车由于装载质量大，持续制动时温升快，容易出 现交通事故。因此有必要针对货车进行制动失效特性及报警技术进行研究。 本文通过对2 0 0 8 年陕西省高速公路行驶车辆的数据处理，确定研究车型。 通过理论研究讨论制动系的结构和制动过程，分析造成制动失效的常见故障，明 确了制动系统制动过程力传递过程，建立制动过程中制动气压和制动减速度的关 系模型。通过制动减速度与制动距离的关系模型，确定制动减速度的报警限定值， 进一步建立汽车制动失效报警方案。通过鼓式制动器的制动效能试验，验证制动 气压和制动减速度的关系模型的准确性，并对汽车制动失效报警方案进行论证。 进而论文建立一种实用的汽车制动失效声光报警系统，针对汽车在制动过程中出 现的各种失效情况，给驾驶员和相邻车辆提供有效的警示信号。 研究结果对于我国重型车辆山区连续下坡道路安全行驶提供合理的解决方 案。 关键词：汽车制动气压；制动减速度：制动失效报警 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，o u rc o u n t r y sh i g h w a yc o n s t r u c t i o na n dt r a n s p o r t a t i o n i n d u s t r y a n da u t o m o t i v em a r k e t sh a v em a d er a p i dp r o g r e s s o n e h a n d ，i tg r e a t l yc o n t r i b u t e dt o n a t i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，b u ti ta l s ob r o u g h tr o a dt r a f f i ca c c i d e n t sh a v eb e e n i n c r e a s i n gi nt h en e g a t i v ei m p a c t a n do u rc o u n t r yi sam o u n t a i n o u sc o u n t r y , t h o s e h i l l s i d er o a ds l o p es t e e pa n dt h es l o p el e n g t hi s l o n g i nt h i ss i t u a t i o no fp o o rr o a d d o w n h i l lb r a k i n g ，m u s te n s u r et h a tv e h i c l e st r a v e l i n gi nt h ed o w n h i l la tt h ee n do ft h e r o a dt ot h er a m pb r a k es y s t e ma l s oh a ss u f f i c i e n tb r a k i n gp e r f o r m a n c e a st h et r u c k h a v el a r g ek i n e t i c e n e r g y , t e m p e r a t u r er i s e sf a s ti nc o n t i n u o u sb r a k i n g ，a c c i d e n tp r o n e t h e r e f o r ei t sn e c e s s a r yt oc a r r yo u tt h ew a r n i n go ft h et r u c kw h e nb r a k ef a i l u r e b a s e do nv e h i c l ed a t ap r o c e s s i n gi ns h a a n x ip r o v i n c ei n2 0 0 9 ，w ei d e n t i f f e dt h e r e s e a r c hm o d e l t h r o u g ht h e o r e t i c a ls t u d ya n dd i s c u s st h es t r u c t u r eo ft h eb r a l 【i n g s y s t e ma n di t sb r a k ep r o c e s s ，w ea n a l y z e dt h ec o m m o nf a u l t sc a u s e db yb r a k ef a i l u r e o fb r a k es y s t e m ，a n dc l e a rt h ep o w e ro fb r a k es y s t e m d u r i n gt h et r a n s f e rp r o c e s s ，t h e n w ee s t a b l i s h e dar e l a t i o n s h i pm o d e lb e t w e e nb r a k ep r e s s u r ea n db r a k ed e c e l e r a t i o n f r o mt h i sr e l a t i o n s h i pm o d e l ，is e tt h ea l a r ml i m i tv a l u eo fd e c e l e r a t i o n ，a n df u r t h e r e s t a b l i s h e dt h eb r a k ef a i l u r ew a r n i n gp r o g r a m t h o u g ht h eb r a k i n gp e r f o r m a n c et e s t o fd r u mb r a k e siv e r i f i e dt h eb r a k ep r e s s u r ea n db r a k ed e c e l e r a t i o nt h ea c e u r a c vo f t h er e l a t i o n a lm o d e l ，a n dd e m o n s t r a t e dt h eb r a k ef a i l u r ew a r n i n g p r o g r a m a n dt h e n w eb u i l tu pap r a c t i c a lv e h i c l eb r a k i n gs o u n da n dl i g h ta l a r ms y s t e mf o rc a rb r a k e f a i l u r eo c c u r sd u r i n ga v a r i e t yo fc i r c u m s t a n c e s ，t og i v et h ed r i v e re f f e c t i v ew 砌i n g s i g n a l t h e s t u d yr e s u l t sp r o v i d e dar e a s o n a b l es o l u t i o nf o rt h es a f e t yo fh e a v yv e h i c l e s t r a v e l i n gd o w n h i l lm o u n t a i ni no u rc o u n t r y k e yw o r d s ：b r a k ep r e s s u r e ；b r a k i n gd e c e l e r a t i o n ；b r a k ef a i l u r ea l a r m 。 p ，。 ， t 、弋 码 l 目录 第一章绪论1 1 1 选题背景1 1 1 1 我国道路交通安全形势的现状1 1 1 2 课题研究背景2 1 2 国内外研究现状。4 1 3 课题研究的主要内容及目的一5 1 3 1 本研究课题的主要内容5 1 3 2 本研究课题的主要目的5 第二章制动系的结构与故障分析6 2 1 试验车型的选择6 2 2 制动系的结构型式9 2 2 1 制动器的结构形式9 2 2 2 东风e q l 2 0 8 制动器结构1 5 2 3 制动器的驱动机构。1 6 2 3 1 东风e q l 2 0 8 制动器的驱动机构1 6 2 4 气压制动系的故障分析1 8 2 4 1 气压制动系制动失效1 8 2 4 2 气压制动系制动拖滞1 9 2 4 3 气压制动系制动跑偏1 9 2 5 本章小结2 0 第三章制动特性的仿真分析和制动失效报警方案的设计2 1 3 1 制动过程制动气压和制动减速度关系模型的建立。2 l 3 1 1 制动气室2 1 3 1 2 制动蹄上张开力和制动力矩2 2 3 1 3 车轮制动器制动力2 3 3 1 4 汽车制动减速度2 4 3 2 东风e q l2 0 8 的制动气压与制动减速度关系2 6 3 2 1 东风e q l2 0 8 的制动参数2 6 3 2 2 东风e q l 2 0 8 的制动气压与制动减速度关系2 6 3 3 制动失效报警方案的设计一3 1 3 3 1 国内制动系统低气压报警方案3 1 3 3 2 国标对制动系统的要求3 2 3 3 3 制动失效报警中制动减速度限定值的确定3 2 3 3 4 制动失效报警方案3 4 3 4 本章小结3 4 ，；爿叫。；冀囊麓l0jj f 第四章鼓式制动器制动效能试验“3 5 4 1 试验目的3 5 4 2 试验设备3 5 4 2 1 汽车底盘综合测试系统3 5 4 3 试验方法3 7 4 3 1 鼓式制动器温度的测量3 7 4 4 试验条件、地点4 0 4 4 1 试验条件4 0 4 4 2 试验地点4 0 4 5 试验数据处理4 l 4 5 1 试验数据的采集及预处理4 l 4 5 2 试验数据处理4 1 4 6 试验过程4 1 4 7 试验与模拟结果的对比分析。4 7 4 8 制动报警方案的论证4 9 。4 9 本章小结一5 2 ： 第五章制动效能下降报警系统的硬件和软件设计5 3 5 1 硬件电路设计5 3 甄 5 1 1 单片机最小系统设计5 3 。i5 1 2 传感器及信号调理电路设计5 4 5 1 3 声光报警装置硬件电路5 6 5 1 4 数据通讯接口电路设计5 7 5 2 软件设计一5 8 5 3 本章小结6 2 结论6 3 参考文献6 4 致谢6 6 j ， ，i， 少 一 。 。k、 ：卜，-孵盘黔rrl矽l一0一。f一 妒： 静 长安大学硕i j 学位论文 1 1 选题背景 第一章绪论弟一早珀t 匕 1 1 1 我国道路交通安全形势的现状 交通部部长李盛霖2 0 1 0 年1 月1 5 同在全国交通工作会议上介绍，2 0 0 9 年 全年全社会公路水路民航固定资产投资完成1 1 3 万亿元，基础设施建设明显加 快。新增公路通车里程9 8 万公里，其中高速公路4 7 1 9 公里。我国公路建设和 公路运输事业得到了飞速发展，至2 0 1 0 年，中国高速公路总里程将达六点五万 公里，高速公路总里程稳居世界第二。 2 0 0 9 年初，国务院颁布了汽车产业调整与振兴规划，在汽车产业调整与 振兴规划的指导下和汽车全行业的共同努力下，我国汽车产销一改2 0 0 8 年的颓 势，2 0 0 9 年全年全国汽车实际产销分别为1 3 7 9 1 万辆和1 3 6 4 5 万辆，与2 0 0 8 年相比，我国汽车产销量增长了4 8 3 0 和4 6 1 5 ，中国在2 0 0 9 年以3 0 0 万辆 的优势正式成为全球第一大汽车生产和销售国! 表1 12 0 0 0 2 0 0 9 年我国道路交通事故情况 年份事故数起 死亡人数人受伤人数从 2 0 0 06 1 6 9 7 1 9 3 8 5 34 1 8 7 2 1 2 0 0 17 5 4 9 1 9 1 0 5 9 3 05 4 6 4 8 5 2 0 0 27 7 3 1 3 71 0 9 3 8 15 6 2 0 7 4 2 0 0 36 6 7 5 0 71 0 4 3 7 24 9 4 1 7 4 2 0 0 45 6 7 7 5 31 0 7 0 7 7 4 8 0 8 6 4 2 0 0 54 5 0 2 5 4 9 8 7 3 84 6 9 9 1 1 2 0 0 63 7 8 7 8 18 9 4 5 5 4 3 1 1 3 6 2 0 0 73 2 7 2 0 98 1 6 4 93 8 0 4 4 2 2 0 0 82 6 5 2 0 4 7 3 4 8 43 0 4 9 1 9 2 0 0 92 3 8 3 5 1 6 7 7 5 92 7 5 1 2 5 从表1 1 可以看出，我国公路事业和汽车市场的1 5 i 速发展，一方面极大的促 进了国民经济发展，但是另一方面也带来了道路交通事故逐年上升的负面影响。 根据公安部交通管理局通报1 1 1 ，2 0 0 9 年全年共发生交通事故2 3 8 3 5 1 起，造成 6 7 7 5 9 人死亡、2 7 5 1 2 5 人受伤，直接财产损失9 1 亿元。和2 0 0 8 年同期相比， 比例分别下降了1 0 1 ，7 8 ，9 8 和1 0 7 。 第一章绪论 虽然从2 0 0 2 年开始，交通事故发生次数和死亡伤残人数呈逐年下降的趋势， 但与其他国家相比，我国道路交通事故死亡人数仍然高居世界第位。以2 0 0 9 年公安部的统计数字f 2 】为例，2 0 0 9 年上半年中国汽车保有量为6 9 6 2 6 0 3 1 辆，占 世界汽车保有量不足5 ，但道路交通事故死亡人数却占世界总数的1 6 左右。 按照每一万辆汽车保有量的交通事故相对死亡率来评价，远高于世界平均水平。 因此，如何有效的提高道路交通行车安全是现今社会一个迫切需要解决的问题。 1 1 2 课题研究背景 我国是一个多山的国家，山地、高原和丘陵占了国土面积的三分之二。道路 交通运输是山区运输的主要方式。表1 2 和表1 3 中所列出的是我国公路工程技 术标准中对各等级道路坡度、坡长的规定1 3 】1 4 】。 表1 2 最大纵坡 设计速度 1 2 01 0 08 06 04 03 02 0 ( k m 1 1 ) 最大纵坡( ) 3 4 56789 表1 3 不同纵坡最大坡度 车速 1 2 0 k m h1 0 0 k m h8 0 k m h6 0 k m h4 0 k m h 3 0 k m h2 0 k m h 坡度 39 0 0m1 0 0 0m1 1 0 0m1 2 0 0m 47 0 0m8 0 0m9 0 0m1 0 0 0m1 1 0 0m1 1 0 0m1 2 0 0m 56 0 0m 7 0 0m8 0 0m9 0 0m 9 0 0m1 0 0 0m 65 0 0m6 0 0m7 0 0m7 0 0m8 0 0m 75 0 0m 5 0 0m 6 0 0m 83 0 0m3 0 0m4 0 0m 92 0 0m3 0 0m 1 02 0 0m 连续上坡或下坡时应在不大于表1 3 所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡 段，缓和坡段的纵坡应不大于3 ，其长度应符合纵坡长度的规定。特别是西部 地区，由于其地理位置特殊，地貌复杂。地形特点以高原、山地、丘陵和山岭区 2 一一i 长安人学硕 j 学位论文 为主，地势落差大。而且，西部相对于东部经济落后，在西部现有公路中，低等 级公路和等外公路占大多部分。技术等级较低、施工质量较差、安全设施较少， 而且部分道路依山修筑、落差大、坡度大且坡长长。 在这种状况恶劣的道路上下坡行驶时，对汽车是否具有足够的持续制动能 力是很大的考验，必须保证汽车在下坡行驶至坡道结束时其行车制动系还具有足 够的制动性能。车辆在山区道路上下坡行驶时，需要利用制动系统将汽车的势能 和动能转化成为热能散发掉。而货车由于装载质量大，车轮制动器所能吸收的能 量相对于车的质量很小。如图1 1 所示，车轮制动器在紧急制动时能提供很大的 功率，但随着时间增长，吸收功率的衰减速度非常快，仅仅数分钟后制动器的制 动效能就无法满足比较大的坡道上下坡行驶的制动要求。因此经常在山区行驶的 汽车应采用发动机排气制动或电涡流制动等辅助制动装置下坡行驶。然而出于成 本考虑，大部分货车都没有安装缓行器。 图1 1各制动系统吸收的功率曲线 种种原因使得交通事故频频发生，分析交通事故引发原因，除了人为的因素 之外，制动系统失效问题造成的公路运输事故比率高达7 0 以上!为获得较大 的制动力，货车普遍采用鼓式制动器，然而这种制动器的缺点是散热性能较差， 容易出现由于过热而导致的制动失效情况。特别是在在长距离f 坡路段行驶时由 第一章绪论 于货车动能很大，制动器的温升很快，制动器温度会达到5 0 0 - 6 0 0 甚至更高。 在这种情况下，制动器热衰退导致制动效能降低，加上部分驾驶员为了多拉货而 超载，这更加大了车辆出现制动失效情况的几率。而且货车发生事故易发生多车 连续碰撞，形成多死多伤的重大事故，根据2 0 0 6 年公安部交通管理局统计结果， 由重型货车引发交通事故死亡人数最为突出，共造成2 5 6 0 0 人死亡，占死亡人数 总数的2 8 6 2 。因此，对车辆制动性能进行制动失效报警研究是有效提高道路 交通行车安全的重点。 1 2 国内外研究现状 通过对国内外研究文献的阅读、分析发现，针对汽车气动制动系统失效报警 的研究较少。对制动系统失效报警仅仅局限于制动气压报警方面。张国强在制 动气压表气压低报警装置中介绍了一种性能可靠、成本低的气压制动系低压报 警装置的工作原理和改装方法。王刚勤在汽车制动气压声光报警电路中提供 了一种实用的声光报警电路，当制动气压低于警戒值时，就会发出声光报警信号， 同时切断点火系使发动机熄火停车。王刚勤在汽车制动气压欠压熄火装置中 介绍了一个实用的汽车制动气压欠压熄火装置，只要汽车制动气压低于设定值 时，此装置就会发出声光报警信号，同时切断点火系电源使发动机熄火停车。相 近的研究有汽车主动防撞报警系统( c o l l i s i o nw a r n i n g ) ，其工作原理是利用安装 在汽车上的各种传感器，实时测量自车和前方目标物之间的距离和相对速度等多 种信息，当实际测量距离大于提醒报警距离时系统不报警，即为安全行车状况； 如果实际测量间距小于提醒报警距离则报警。这种汽车防追尾预警系统的研究在 国外已经比较成熟，该系统具有代表性的防追尾安全跟车模型有：马自达模型、 本田模型、加利福尼亚贝克利大学改进模型等。 为了保证行车安全，国家标准g b 7 2 5 88 7 机动车运行安全技术条件规 定：“汽车驾驶室仪表板必须装有制动系统低气压报警指示灯和音响( 蜂鸣) 讯 号器”。然而，国内仍然有较多气压制动的车辆未安装这种装置。即使是安装了 报警指示灯和音响讯号器的车辆报警也仅仅针对汽车贮气筒制动气压管道上。未 对贮气筒后制动气压管道和制动气室气压进行低气压报警。本论文分析了汽车气 压脚制动系统常见故障部位和其故障现象和危害，归结汽车制动失效可以分为驱 动机构气压不足和制动器制动不灵两部分。制动器制动不灵就会导致制动鼓制动 4 长安人学硕l ：学位论文 力矩不够，从而汽车制动减速度不足。通过以上分析，目前对制动器制动失效报 警方面鲜有研究，所以本论文选择针对制动器制动失效特性以及报警技术进行研 究。 1 3 课题研究的主要内容及目的 1 3 1 本研究课题的主要内容 本论文的主要研究内容为： ( 1 ) 通过对2 0 0 9 年陕西省高速公路行驶车辆的数据处理，确定研究车型 及制动器。 ( 2 ) 对制动系的结构和其常见故障进行了具体分析，了解制动系统制动过 程中导致制动失效的原因。 ( 3 ) 对制动过程进行理论分析，明确了制动系统制动过程力传递过程，建 立了制动过程中制动气压和制动减速度的关系模型。 。( 4 ) 分析制动减速度与制动距离的关系，确定了制动减速度的报警限定值， 建立了汽车制动失效报警方案。 ( 5 ) 进行鼓式制动器的制动效能试验，通过制动热衰退这一特定制动失效 原因，验证了制动气压和制动减速度的关系模型的准确性，并对汽车制动失效报 警方案进行了论证。 ( 6 ) 通过以上工作，建立一种实用的汽车制动失效声光报警系统，设计声 光报警电路，从而对汽车出现各种原因形成的制动失效进行报警。 1 3 2 本研究课题的主要目的 ( 1 ) 通过理论分析、计算机数值模拟和试验，得出精确实用的制动系统制 动气室工作气压和制动减速度的关系模型。 ( 2 )分析汽车制动系统失效特性和故障，建立制动失效报警方案。 ( 3 ) 建立一种实用的汽车制动效能下降的声光报警系统。 ( 4 ) 为进一步深入研究奠定基础。 5 第二章制动系的结构j j 故障分析 第二章制动系的结构与故障分析 2 1 试验车型的选择 分析货车制动系统的驱动机构，气压制动系是动力制动系最常见的型式，由 于可获得较大制动驱动力，且主车与被拖的挂车间连接装置结构简单，因此被广 泛用于总质量8 吨以上的载货汽车、越野汽车和客车上。因此，论文选择货车气 压制动系统作为研究对象，对其制动特性和报警技术进行研究。 为了选择一款车型为研究对象，课题对陕西省2 0 0 8 年高速公路货车交通量 和车速进行了统计，统计结果见表2 1 和表2 2 表2 1 陕西0 8 年货车交通量 轴型交通量比例轴型交通量比例 l16 6 2 3 6 9 52 6 3 8 1 1 51 0 8 8 0 2 34 3 3 1 24 5 9 0 5 8 41 8 2 8 1 1 2 71 0 2 6 9 4 14 0 9 1 5 74 0 1 7 7 7 01 6 0 0 1 2 7 7 8 2 0 4 83 11 1 2 53 1 7 4 6 0 41 2 6 4 1 5 51 6 9 2 7 60 6 7 1 1 22 0 9 4 0 6 48 3 4 1 1 71 5 1 4 7 30 6 0 1 2 21 3 9 0 4 3 05 5 4 合计 2 5 1 0 8 9 0 8 1 0 0 从上表可以看出，轴型为1 5 7 、1 2 5 、1 1 2 、1 2 2 的货车在重型货车中所占比 例最大。分别占货车交通量总比例的1 6 0 0 、1 2 6 4 、8 3 4 和5 5 4 。 表2 2 陕西0 8 年货车车速 轴型速度 轴型 速度 l 16 0 7 6k m h1 2 75 5 4 3k m h 1 25 8 6 3k m h1 1 55 5 3 1k m h l5 75 7 9 6k m h1 2 55 4 8 7k m h 1 2 25 6 4k m h1 1 2 7 5 4 1 9k m h 1 5 55 6 2 3k m h 1 1 7 5 3 3 7k m h 11 2 5 5 6 1k m h平均速度 5 7 8 6k m h 从上表可以看出，轴型为1 5 7 、1 2 2 、1 5 5 、1 1 2 的货车在大型货车中车速最 高，车速分别是5 7 9 6 k m h 、5 6 4 k m h 、5 6 2 3 k m h 和5 5 6 1 k m h 。因为学校有 1 2 2 轴型的e q l 2 0 8 后桥制动器方便试验，综合考虑论文选用1 2 2 型东风e q l 2 0 8 货车为研究对象。调研数据列出货车轴型形式见图2 1 ，东风e q l 2 0 8 型货车技 术参数见表2 3 6 长安大学硕上学位论文 f 1 ) r 2 ) 1 2 f 3 ) 1 趁 “) 1 1 2 ( 5 ) 1 1 5 ( 6 ) l 历 f 7 ) 1 1 6 r 8 ) 1 2 7 f 9 ) 1 5 5 n 0 ) 1 5 7 孕；同 氍；h 鐾；卜黾 簖： - 瞄骆奄 霆 霾 图2 1 货车轴型示意图 7 髓 贸舀塾 莲 王r 一 垂窄薯 第一二章制动系的结构与故障分析 表2 3e q l 2 0 8 车型技术参数 车型e q l 2 0 8 额定载质量( k g ) 1 1 8 0 0 整备质量( k g ) 9 1 0 0 满载总质量( k g ) 2 0 9 0 0 空载前轴轴荷( k g ) 3 3 5 0 空载后轴轴荷( k 9 1 5 7 5 0 满载前轴轴荷( k g ) 5 0 0 0 满载后轴轴荷( k 酚 1 5 8 0 0 外形尺寸m m ) 11 0 5 0 2 4 7 0 2 9 2 0 轮距( 前后) ( m m ) 1 9 4 0 18 6 0 轴距( m m ) 5 3 5 0 + 13 0 0 接近角离去角( 度) d e c 3 2 最小离地间隙( m m ) 2 4 0 百公里油耗( l ) 2 8 最高车速( k m 1 1 ) 9 0 最小转弯直径( m ) 2 2 最大爬坡度( ) 2 5 钢板弹簧片数( - f i i j u 口) 8 1 3 发动机型号e q b 2 1 0 - 1 0 发动机型式水冷直列六缸增压中冷柴油机 最大功率( k w ) 1 5 5 最大力矩( n m ) 7 0 0 排量( m 1 1 5 8 8 0 变速器描述机械式六档箱，双杆远距离操纵 各档传动比 ( i i i i i i v n n i i 倒档) 8 0 1 5 4 8 7 8 2 8 4 4 1 7 1 0 1 0 0 0 8 5 3 8 0 2 7 动力转向，手控阀2 弹簧制动，后桥冲压 结构特征焊接桥壳，贯通式中后桥1 0 t x 2 ，主减速比 6 1 6 6 ，车架最大截面2 8 0 x 8 0 x ( 7 + 5 ) m m ， 长安大学硕i ：学位论文 2 2 制动系的结构型式 为保证汽车的安全行车和可靠停车，汽车上设有专门的制动机构称为汽车制 动系。其功用是是行驶中的汽车减速或停车，在下坡行驶中的汽车能够保持稳定 车速以及使停驶的汽车在原地( 包括坡道上) 驻车。 制动系按照功用划分可以分为：行车制动系、驻车制动系、第二制动系和辅 助制动系。 ( 1 ) 行车制动系是由驾驶员用脚来操纵的，故又称脚制动系。它的功用是 使正在行驶中的汽车强制减速或在最短的距离内停车，以及汽车在下短坡时保持 合适的稳定车速。 ( 2 ) 驻车制动系是由驾驶虽用手来操纵的，故又称手制动系。它的功用是 使停驶的汽车可靠并长时间的停驻在原地甚至是坡道上。 ( 3 ) 第二制动系又称为应急制动系。在行车制动系因故障失效的情况下， 保证汽车仍能实现减速或停车的装置。在许多国家的制动法规中规定，第二制动 系也是汽车必须具备的。 ( 4 ) 辅助制动系用在山区行驶的汽车以及某些特殊用途的汽车，利用发动 机排气制动或电涡流制动等辅助制动装置，使汽车长下坡时能够保持稳定车速或 持续的减速，从而有效地提高长下坡路段的行车的安全性和减轻行车制动系性能 的衰退及制动器的磨损。 任何一套制动系都由制动器和制动驱动机构组成。 2 2 1 制动器的结构形式 汽车制动器按其安装位置可分为车轮制动器和中央制动器。车轮制动器安装 在车轮处，用于行车制动；中央制动器安装在制动变速器的第二轴或传动系的某 一根轴上，用于驻车制动。车轮制动器按其结构不同可划分为鼓式制动器( 图 2 2 ) 和盘式制动器( 图2 3 ) 。 9 第二章制动系的结构j 故障分析 图2 2 鼓式制动器 图2 3 盘式制动器 鼓式制动器可分为内张型和外束型两种结构形式。内张型鼓式制动器的摩擦 元件是一对圆弧型摩擦蹄片的制动蹄，制动蹄为固定摩擦元件，制动鼓为旋转摩 擦元件。工作时，制动鼓内表面和制动蹄片摩擦产生摩擦力矩达到制动效果，所 以又称为蹄式制动器，这种制动器在汽车上广泛应用：后者制动鼓的工作表面则 是外圆柱面，固定摩擦元件是制动带，工作时制动鼓外表面和制动带内圆弧面摩 擦产生摩擦力矩，所以又称为带式制动器。目前只有极少数汽车应用为驻车制动 器。 内张型鼓式制动器都采用带有摩擦片的制动蹄作为固定元件。制动蹄分领蹄 1 0 长安人学硕f ：学位论文 和从蹄两种类型。领蹄张开时的转动方向和制动鼓的旋转方向相同，其所受的摩 擦力使蹄片压的更紧，摩擦力矩具有增势作用，所以又叫做增势蹄。从蹄则相反， 其所受摩擦力与制动鼓相离，摩擦力矩具有减势作用，所以又叫减势蹄。鼓式制 动器按蹄分类可分为：领从蹄式制动器，双领蹄式制动器，增力式制动器。 ( 1 ) 领从蹄式制动器 在制动鼓正、反向旋转时，有一领蹄( 张开时旋转向与鼓旋转方向相同) 和 一从蹄( 张开时旋转向与鼓旋转方向相反) 。当汽车倒驶，制动鼓反转，原领蹄 变成从蹄，而原从蹄则变成领蹄。在制动鼓正向旋转和反向旋转时，都是一个领 蹄和一个从蹄的制动器即为领从蹄式制动器，如图2 4 所示。 图2 4 领从蹄式制动器 如图2 5 所示：对于两蹄张开力相同的领从蹄式制动器，制动时两蹄压紧制 动鼓的法向力f 应该相等。旋转着的制动鼓即对两制动蹄分别作用着法向反力 f l 和f 2 ，以及相应的切向反力t 1 和t 2 。 但是由于领蹄由于张开时的转动方向和制动鼓的旋转方向相同，其所受的摩 擦力使蹄片压的更紧，摩擦力矩的增势作用使得领蹄所受的法向反力增大，而从 蹄由于其所受摩擦力与制动鼓相离，摩擦力矩的减势作用使得从蹄所受的法向反 力减小。因此，这种领蹄和从蹄法向反力不能相互平衡的制动器又称为非平衡制 动器。这种制动器领蹄的磨损比从蹄要严重，要使两蹄摩擦衬片寿命能够相近， 可适当减小从蹄的摩擦衬片包角。 第二章制动系的结构与故障分析 图2 5 领从蹄式制动器制动示意图 ( 2 ) 单向双领蹄式制动器 在汽车前进制动时，两个制动蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器。 相反在汽车倒车制动时，两个制动蹄均为从蹄。所以这种制动器可称为单向双领 蹄式制动器。 图2 6 单向双领蹄式制动器制动示意图 如图2 6 所示，单向双领蹄式制动器的两个制动蹄各用一个单活塞式轮缸推 动，其两套制动蹄、制动轮缸、支承销的部件在制动底板上的布置是中一1 5 , 对称布 置的，两个制动蹄对制动鼓作用的合力能够相互平衡，所以双领蹄式制动器是平 1 2 & 安大学硕士学位论文 衡式制动器。单向双领蹄式制动器在汽车前进行驶时由于两个制动蹄都是增势 蹄，所以具有很高的正向制动效能；而在倒车制动时，两制动蹄均变为从蹄，制 动效能因从蹄减势作用而降低很多。 ( 3 ) 双向双领蹄式制动器 不论在汽车前进制动还是倒车制动时，制动鼓的两个制动蹄都是领蹄的制动 器称为双向双领蹄式制动器。 图2 7 双向双领蹄式制动器 如图2 7 所示，双向双领蹄式制动器两个制动蹄的两端都是浮式支撑，都是 支撑活塞制动轮缸的支座上。在汽车前进制动时，制动轮缸两侧均向外移动使制 动蹄压紧，制动鼓在摩擦力作用下带动制动蹄转过一小角度，使两制动蹄张开的 转动方向都与制动鼓旋转方向一致。当倒车制动时，制动蹄张开的转动方向与制 动鼓旋转方向也一致，均为领蹄( 与前进制动时类似) 。其制动底板上的制动蹄、 制动轮缸、回位弹簧等所有固定元件都是成对的，而且既按轴对称、又按中心对 称布置。所以双向双领蹄式制动器是平衡式制动器。 ( 4 ) 单向自增力式制动器 单向自增力式制动器如图2 8 所示，两个制动蹄下端用浮动顶杆连接，单活 塞式制动轮缸只作用于第一制动蹄上。当汽车前进制动时：轮缸活塞施力于第一 制动蹄，第二制动蹄在浮动顶杆的作用下也压向制动鼓，受力分析可知第- n 动 蹄为增势蹄，第二制动蹄经顶杆推力产生制动力矩远大于第一蹄。可见制动时两 1 3 第二章制动系的结构与故障分析 个制动蹄的法向反力不能相互平衡，因此它是一种非平衡式制动器。 单向自增力式制动器在汽车前进时制动效能比前述制动器都要高。但在汽车 倒车制动时，两个制动蹄虽然均为领蹄但力臂大为减小，故制动效能与前述制动 器相比较是最低的。因此，这种制动器多用于中、轻型汽车等倒车制动比前轮制 动功效要求不高的汽车上作为前轮制动器。 图2 8 单向自增力式制动器 ( 5 ) 双向增力式制动器 如图2 9 所示，与单向增力式制动器相比较，将其单活塞式制动轮缸换成双活塞 式制动轮缸，其上端支撑销也作为两蹄共用，就成为双向增力式制动器。 图2 9 双向自增力式制动器 1 4 长安人学硕十学位论文 不论汽车前进制动还是倒车制动，双向增力式制动器都是增力式制动器，汽 车前进制动时，双活塞式制动轮缸作用于第一制动蹄，第二制动蹄经顶杆推力产 生制动力矩远大于第一制动蹄。汽车倒车制动时，双活塞式制动轮缸作用于第二 制动蹄，第一制动蹄经顶杆推力产生制动力矩远大于第- $ f j 动蹄。双向自增力式 制动器也属于一种非平衡式制动器。 双向增力式制动器由于具有很高的正向、反向制动效能，因此在大型高速轿 车上应用较多，也常用作汽车的中央制动器用于驻车制动。 2 2 2 东风e q l 2 0 8 制动器结构 东风e q l 2 0 8 后桥制动器采用凸轮张开装置的领从蹄式制动器。 图2 1 0 凸轮张开装置的领从蹄式制动器 汽车制动时，在制动气室的推杆推力下，定心凸轮轴转动，推动两制动蹄压 靠到制动鼓上而制动。由于定心凸轮轮廓中心对称及两蹄结构和安装的轴对称 性，定心凸轮轴转动所引起的两蹄上相应点的位移必然相等。在制动时，由于第 一制动蹄张开时转动方向与制动鼓的旋转方向一致，在摩擦力的作用下，第一制 动蹄有离开凸轮的趋势，使凸轮作用于第- n 动蹄的张开力有所减弱：第- n 动 蹄张开时转动方向与制动鼓的旋转方向相反，在摩擦力的作用下，有向凸轮的趋 势，使凸轮作用于第- n 动蹄的张开力有所增强。在汽车前进制动时，由于领从 蹄式制动器的第一制动蹄有领蹄增势作用，第- $ j j 动蹄有从蹄减势作用， 又有凸轮对第一制动蹄张开力较小，对第二制动蹄张开力较大这一晴况，所以， 凸轮张开装置的领从蹄式制动器的两个制动蹄片的制动效果足接近的，磨损也是 第- 二章制动系的结构与故障分析 接近的。 2 3 制动器的驱动机构 制动器的驱动机构是在司机体力或发动机动力等制动力源的作用下，通过机 械、液压或气压等力的传递方式，将司机的制动意图传递给制动器，使制动器产 生必要制动力矩的机构。 如表2 4 所示，制动器的驱动机构按制动力源的类型划分可分为简单制动、 动力制动和伺服制动三大类型。简单制动系就是以司机体力作为直接制动力源， 所以又称为人力制动系，按力的传递方式可分为机械式和液压式两中。动力制动 系以发动机动力形成的气压或液压作为汽车制动的力源进行制动，司机作用于制 动踏板或制动手柄上的力仅用于操纵制动回路的控制元件。动力制动系按力的传 递方式可分为气压制动系、液压制动系和气顶液压制动系三种。伺服制动器是在 人力液压制动系的基础上增加了一套由发动机动力或其他能源提供的助力装置， 正常情况下使用动力伺服系统来制动，当其失效时，仍然可以由人力驱动液压系 统来进行制动。按伺服系统的能源不同，伺服制动系可以分为真空伺服制动系、 气压伺服制动系和液压伺服制动系。 表2 4 制动驱动机构的结构形式 型式制动力源工作介质用途 简单制动系 司机体力 用于驻车制动和 ( 人力制动系)部分微型车行车制动 动 力 气压动力制动系空气 制发动机动力 中、重型汽车的 行车制动 动 液压动力制动系制动液 系 伺 真空伺服制动系 空气 服司机体力 广泛用于轿车及轻、中型客 制气压伺服制动系与 空气 货汽车上 动发动机动力 系 液压伺服制动系制动液 2 3 1 东风e q l 2 0 8 制动器的驱动机构 气压制动系是以压缩空气的压力作为工作介质，以发动机动力为制动力源使 车轮产生必要制动力矩的驱动机构。气压制动系是动力制动系中最常见的结构型 长安大学硕一l ：学位论文 式，由于气压制动系能够产生较大制动驱动力，且主车与被拖的挂车间连接装置 结构简单，因此被广泛用于总质量8 t 以上的载货汽车、越野汽车和客车上。气 压制动系按制动回路的饰置形式可分为单回路、双回路及多回路多种结构型式。 控制阎 与音 连接头 图2 11 东风e 0 12 0 8 型汽车双回路气压制动系示意图 东风e q l 2 0 8 制动器的驱动机构采用的是双回路气压制动系。如图2 1 1 所示， 此双回路气压制动系具有前桥贮气筒和后桥贮气筒两个主贮气筒。由发动机驱动 的空气压缩机经单向阀将压缩空气充入湿贮气筒，压缩空气在湿贮气筒里进行冷 却和油、水分离等清洁处理后，经单向阀进入前桥贮气筒和后桥贮气筒。前桥贮 气筒和后桥贮气简分别和串列双腔制动控制阀相连接，控制的轮和后轮制动器进 行制动。当其中一个制动回路失效时，另一回路能够不受影响正常工作，汽车仍 然能够保持一定的制动力。 当湿贮气筒气压达到0 7 8 4 m p a - o 8 1 3 m p a 时，湿贮气筒上调压阀开启使空气 压缩机上卸荷阀工作，不再向湿贮气简充气。当湿贮气筒内气压下降至 0 6 1 7 m p a 一0 8 1 3 m p a 时，湿贮气筒上调压阀关闭使空气压缩机又丌始向湿贮气筒 充气。当主贮气筒气压低于0 4 0 m