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汽车制动系统原理 汽车制动系统原理 第3节制动控制系统 第4节制动传动系统 第5节制动器 第1节制动系统概述 第2节制动供能系统 汽车制动系统原理 1 1汽车制动系统的定义 汽车制动作用 让行驶中的汽车停车或减速行驶 让停止的汽车实现驻车 汽车下坡行驶时保持车速稳定 汽车的制动力 汽车滚动阻力 上坡阻力 空气阻力等 都具有让汽车减速的作用 通过驾驶员操纵产生 并由驾驶员控制使汽车以一定的强度制动的力 称为汽车的制动力 第1节制动系统概述 汽车制动系统原理 1 2汽车制动系统的图示 汽车制动系统原理 制动蹄对制动鼓产生磨擦力矩M 磨擦力矩使车轮对路面产生向前的力F 同时路面给车轮一个向后的力FB FB是路面给车轮的制动力 制动力越大 汽车的减速度越大 影响制动力的因素有 磨擦力矩M 和路面附着条件 M 1 3汽车制动力的产生 汽车制动系统原理 制动踏板感 路感 在地面附着力范围内 地面制动力通过车轮反映到踏板上 并与踏板力成线性关系 制动系统的这种特性称为制动系统的路感或制动踏板感 作用 驾驶员可直接感觉到汽车制动强度 及时加以必要的调节和控制 制动系统踏板力和踏板行程的要求 踏板行程 小于150mm 轿车 180mm 货车 踏板力 小于350N 轿车 550N 货车 汽车制动系统原理 1 4汽车制动力的类型 行车制动系统 使行驶中的汽车减速或停止的制动系统 驻车制动系统 使停止的汽车在原地驻留的制动系统 第二制动系统 在行车制动失效时 使汽车减速 停车的系统 辅助制动系统 汽车下长坡时稳定车速的制动系统 人力制动系统 以驾驶员的体力为输入能源的制动系统 动力制动系统 完全靠发动机的动力转化而成的气压或液压能进行制动的系统 伺服制动系统 兼用人力和发动机动力的制动系统 按制动系统的功用分为 按制动系统的制动能源分为 汽车制动系统原理 按传动系统的回路分为 单回路系统 双回路系统 双回路制动系统在一侧回路失效时 仍能提供部分制动力 目前汽车制动系统必须采用双回路制动系统 按制动力的变化方式分为 渐进制动系统 制动力矩和制动力在驾驶员的操纵控制下 在一定的范围内逐渐变化的制动系统 行车制动系统必须是渐进制动系统 非渐进制动系统 无上述特点的制动系统 驻车制动系统不必是非渐进的制动系统 按制动能量的传输形式分为 机械式 液压式 气压式 电磁式 组合式 汽车制动系统原理 1 5汽车制动系统的组成 供能装置 包括供给 调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件 其中产生制动能量的部分称为制动能源 人的肌体也可作为制动能源 真空助力器 2 控制装置 包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件 如制动踏板 ABS EBD等 3 传动装置 包括将制动能量传输到制动器的各个部件 如制动主缸和制动轮缸等 4 制动器 产生制动摩擦力矩的部件 较为完善的制动系统还具有制动力调节装置 报警装置 压力保护装置等附加装置 汽车制动系统原理 第2节制动供能系统 2 1真空助力器 汽车制动系统原理 真空助力器图示 真空助力器 制动主缸 刹车油壶 汽车制动系统原理 真空助力器作用 Actuation 真空助力器 制动主缸 省力 制动 真空助力器 将制动踏板产生的输出力放大后产生制动主缸的输入力 制动主缸 将真空助力器的输出力转化为液压输出到制动管路 总结为一句 将机械力转化为液压力 汽车制动系统原理 真空助力器结构 真空助力器结构图 汽车制动系统原理 真空助力器工作过程 1 汽车制动系统原理 自然状态时 在阀圈弹簧和支撑弹簧的共同作用下 真空阀口A处于开启状态 而空气阀口B处于关闭状态 所以 真空助力器的前后腔是连通的 同时它们又是与大气隔绝的 真空阀口A 阀圈底面与活塞外壳之间的间隙作用 连通前后腔空气阀口B 阀圈底面与止动底座之间的间隙作用 连通后腔与大气若发动机正在工作 由真空泵产生的真空会将真空助力器的真空阀 通常为单向阀 吸开 此时前后腔都处于真空状态 汽车制动系统原理 真空助力器工作过程 2 汽车制动系统原理 中间工作状态时 来自制动踏板的力推动操纵杆向前运动 止动底座也随之运动 使真空阀口A关闭 将前后腔隔离 接着空气阀口B开启 大气进入后腔 由此产生的前后腔压差推动膜片 膜板带着活塞外壳向前运动 此时 装配在推杆组件里的反馈板同时受到止动底座和活塞外壳的推力作用 再通过推杆组件施加在主缸第一活塞上 主缸内产生的油压一方面传递给制动轮缸 另一方面又作为反作用力经由助力器传递回制动踏板 使司机产生踏板感 汽车制动系统原理 真空助力器工作过程 3 汽车制动系统原理 果制动踏板力保持不变 在经由反馈板传递的主缸向后的反作用力和膜片 膜板 活塞外壳 阀碗 支撑弹簧 阀圈向前运动趋势的共同作用下 空气阀口B封闭 达到平衡状态 此时 任何踏板力的增长都将破坏这种平衡 使空气阀口B重新开启 大气的进入将进一步导致后腔原有真空度的降低 加大前后腔压差 真空助力器的工作过程是一个动平衡的过程 汽车制动系统原理 真空助力器工作过程 4 汽车制动系统原理 松开踏板 在阀圈弹簧的作用下 操纵杆带动止动底座向后运动 首先关闭空气阀口B 继续的运动将开启真空阀口A 助力器前后腔连通 真空重新建立 与此同时 在回位弹簧的作用下 膜片 膜板 活塞外壳组件回到初始位置 汽车制动系统原理 真空助力器漏气 方式一 打开发动机 运行1 2分钟后关闭 然后分三次踩踏板 正常工作的真空助力器踩第一脚时 由于真空助力器存在足够真空 其踏板行程正常 第二脚 由于助力器内已损失一些真空 所以踏板行程会减小很多 待踏第三脚时 真空助力器内真空已很少 所以踏板行程也很少 再踏下去就踏不动了 以上即所谓 一脚比一脚高 这证明助力器无漏气 工作正常 如果每一脚踏板行程都很小 且行程都不变 即所谓的 脚特别硬 则说明助力器漏气失效 漏气严重的 可听到漏气声音 对于漏气的助力器需予以更换 汽车制动系统原理 真空助力器漏气 方式二 关闭发动机 踩踏板数次 将真空助力器内真空 放掉 然后踩住踏板 打开发动机 此时踏板应随着发动机抽真空而自动下降 待下降到正常位置后 关闭发动机 1分钟内踏板的脚应无反弹感觉 若踩踏板脚逐渐被抬起 说明助力器漏气 应予以更换 注意 对于正常的助力器 如果用正常踏板力踩踏板并使踏板停在某处后继续加大力度踩踏板 踏板还会继续往下沉 这种情况决不是助力器漏气 因为漏气的助力器只能使你踏不下去 即所谓 脚硬 并且会把你的脚向回推 即向上推 对于这种所谓 脚低 的助力器有两种可能 一是因助力器仍工作在助力状态 只要你再继续加力 踏板肯定会继续往下沉 这时 刹车己经非常可靠 属正常现象 二是主缸漏油 此时能一脚踩到底 且无刹车 汽车制动系统原理 真空助力器异响 不良的助力器会发生异响 有的是 卡嗒 一声 有的是 朴朴 声 异响一般不影响刹车性能 但属于噪声 明显的异响可更换助力器 但不必更换制动总泵 当出现下列故障现象时 可判断为真空助力器故障 汽车制动系统原理 第3节制动控制系统 3 1刹车防抱死系统ABS 汽车制动系统原理 ABS结构图 Anti LockBreakSystem防抱死制动系统 汽车制动系统原理 ABS系统工作原理 ABS是常规制动装置基础上的改进型技术 其工作原理是 依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器以及车身上的车速传感器 通过计算机控制 紧急制动时 一旦发现某个车轮抱死 计算机立即指令压力调节器使该轮的制动分泵泄 减 压 使车轮恢复转动 ABS的工作过程实际上是抱死 松开 抱死 松开的循环工作过程 使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态 有效地克服紧急制动时的跑偏 侧滑 甩尾 防止车身失控等情况的发生 ABS系统并不是每次采取制动都工作 它只有在车轮接近于抱死时才起作用 其工作时并不是悄无声息的 在踩住制动踏板的同时如果ABS工作 会产生适当的噪音 制动踏板也会产生脉动而反复拱脚 这是ABS系统在自动调节制动油压属正常现象 在制动时始终用脚踩住刹车踏板不放松才是正确的 汽车制动系统原理 ABS系统工作过程 ABS系统工作过程 汽车制动系统原理 建压阶段 ABS不工作 电磁阀不通电 主缸可随时控制制动油压的增减 降压阶段 电磁阀通较大电流 柱塞移至最上方 主缸与轮缸的通路被截断 轮缸和储液器接通 轮缸压力下降 液压泵把制动液加压后送入主缸 保压阶段 向电磁线圈输入较小电流 柱塞处于保压位置 制动主缸 轮缸和储液器相互隔离密封 制动轮缸中保持恒定的制动压力 增压阶段 当车轮滑转率趋于零时 电磁阀断电 柱塞又回到下极限位置 制动轮缸和主缸相通 轮缸加压 汽车制动系统原理 3 2电子制动力分配系统EBD 作用 改善车轮间制动力的分布 通过刹车信号灯和刹车液水平来提醒驾驶员 此功能由ABS来管理 EBD ABS 汽车制动系统原理 EBD系统 ElectricBrakeforceDistribution电子制动力分配 汽车制动时 如果四只轮胎附着地面的条件不同 四个轮子与地面的摩擦力不同 在制动时就容易产生打滑 倾斜和侧翻等现象 EBD的功能就是在汽车制动的瞬间 高速计算出四个轮胎由于附着不同而各异的摩擦力数值 然后调整制动装置 使其按照设定的程序在运动中高速调整 达到制动力与摩擦力 牵引力 的匹配 以保证车辆的平稳和安全 EBD在本质上可以说是ABS的辅助功能 可以提高ABS的功效 所以在安全指标上 汽车的性能更胜一筹 当重踩刹车时 EBD在ABS作用之前 依据车辆的重量和路面条件 自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率 如发觉此差异程度必须被调整时 刹车油压系统将会调整传至后轮的油压 以得到更平衡且更接近理想化刹车力的分布 所以EBD ABS就是在ABS的基础上 平衡每一个轮的有效地面抓地力 改善刹车力的平衡 防止出现甩尾和侧移 并缩短汽车制动距离 汽车制动系统原理 3 3车身电子稳定系统ESP ESP综合了ABS BAS 制动辅助系统 和ASR 加速防滑控制系统 三个系统 功能更为强大 在高端车型如奔驰上已经得以应用 ESP系统由传感器 ECU 中央控制处理单元 和执行器三大部分组成 在电脑实时监控汽车运行状态的前提下 对发动机及制动系统进行干预和调控 ESP最重要的特点是它的主动性 如果说ABS EBD ABS是被动地作出反应 ESP却可以做到防患于未然 ESP系统 ElectronicStabilityProgram车身电子稳定系统 汽车制动系统原理 汽车制动系统原理 汽车制动系统原理 ESP在对危急驾驶情况作出反应前 必须获得两个问题的应答 a 驾驶者想操纵车驶向哪里 b 车辆实际驶向哪里 从方向盘角度传感器 1 和轮速传感器 2 得到a答案 从横摆率传感器 3 和侧向加速度传感器 4 得到b问题答案 ESP控制单元进行比较 a b车辆出现危急行驶状况 需要ESP进行控制调整 a b车辆行驶情况正常 当车辆出现不足转向 通过对内弧线后部车轮施加相应的制动 并对发动机和变速箱管理系统施加控制 ESP可以阻止车辆向外驶出弯道 当车辆出现过度转向 通过对外弧线前部车轮施加相应的制动 并对发动机和变速箱管理系统施加控制 ESP可以阻止车辆向内滑移 汽车制动系统原理 ESP控制目标 不足转向 无ESP 有ESP 汽车制动系统原理 过度转向 无ESP 有ESP 汽车制动系统原理 无ESP行驶状况 车辆躲避突然出现的障碍物 驾驶者首先向左急打转向紧接着又向右转向 车辆由于驾驶者急打方向盘转弯而出现甩尾现象 由于车辆沿着垂直轴线转动 出现失控状态 汽车制动系统原理 ESP工作过程 汽车制动系统原理 第4节制动传动系统 4 1制动传动系统的管路布置 a H形布置 两前轮共用一条管路 两后轮共用一条管路 主要用于载重汽车不宜用于轿车 b X形布置 对角线上的前 后轮共用一条管路 任一条管路出现故障时 制动力减半 一般用于轿车 c 双T形布置 两前轮和一后轮共用一条管路 每个前轮的两条管路是独立的 前轮制动轮缸采用双腔结构 制动性能较高 但结构较为复杂 成本高 汽车制动系统原理 4 2制动主缸工作原理 补偿孔式主缸结构 汽车制动系统原理 主缸死行程定义 补偿孔式 汽车制动系统原理 主缸第一活塞组件结构 第一活塞限位底座与调节螺杆之间可以相对运动 第一活塞在推力的作用下 压缩回位弹簧向前运动 调节螺杆起辅助导向作用第一活塞组件的高度直接影响第二腔的死行程 汽车制动系统原理 补偿孔式主缸工作过程 1 自由 非工作 状态 主皮碗位于补偿孔和供油孔之间 压力腔和供油腔通过这两个孔相连 主缸没有油压输出 自然状态 汽车制动系统原理 补偿孔式主缸工作过程 2 工作状态 建压状态 第一阶段 来自第一活塞的推力推动第一 二活塞组件向前运动 主皮碗唇边将两个补偿孔封闭 第二阶段 继续推动活塞 因第二回位弹簧抗力小于第一回位弹簧 故先被压缩 第二压力腔先建压 此时第一压力腔内的制动液未被压缩 故第一腔没有液压 第三阶段 继续推动活塞 来自第二压力腔的液压作用到第二活塞上产生的反作用力加上逐渐增大的第二回位弹簧抗力之和大于第一回位弹簧的抗力 使第一回位弹簧被压缩 第一腔也开始建压 汽车制动系统原理 补偿孔式主缸工作过程 3 泄压状态 泄压状态 当制动踏板松开后 在两个回位弹簧的作用下 活塞迅速回退 这时在压力腔容易形成真空 为了消除真空 必须让供油腔内的制动液快速地补充到压力腔 这时通过活塞上的过油孔制动液由供油腔进入到压力腔 使制动回路压力降低 汽车制动系统原理 制动总泵漏油 制动总泵漏油有二种 内漏及外漏 1 外漏 从外表面可以看见漏油处 其种类有三种 a 制动总泵与助力器连接处漏油 b 活塞限位螺钉处漏油 c 缸体有气孔造成渗漏 对于限位螺钉处漏油 可用扳手拧紧即可 对于另外两种须更换制动总泵 但不必更换助力器 2 内漏 此种情况踏板可踏到底或逐渐沉到底 但仍刹车不良或失效 此点必须与脚低但刹车良好区分 前者是总泵内漏 后者则无内漏 只是助力器的助力比偏大 汽车制动系统原理 4 3驻车制动系统 手动驻车制动系统 驻车制动系统和行车制动系统共用后轮制动器 驻车制动 驻车制动杆1向上扳起 拉绳3拉紧 两后轮制动器制动 汽车制动系统原理 棘爪单向作用 棘爪与棘爪齿板啮合后 操纵杆便不能反转 故整个驻车制动杆系能可靠地被锁定在制动位置 解除制动 将操纵杆扳起少许 再压下压杆按钮 通过棘爪压杆使棘爪离开棘爪齿板 然后将操纵杆向下推到解除制动位置 此时拉绳放松 驻车制动解除 随后应放松操纵杆端按钮 使棘爪得以将整个驻车机械制动杆系锁止在解除制动位置 操纵杆机构 汽车制动系统原理 浮钳盘式制动器中带有凸轮促动的驻车制动装置 驻车制动 在驻车制动杠杆的凸轮推动下 自调螺杆连同螺母一直左移到螺母接触活塞缸体的地步底部为止 轴向推力通过螺杆 螺母 活塞传到制动块上 实现制动 操纵杆机构 汽车制动系统原理 EPB电子驻车制动系统 ElectricalParkingBrake 优点 舒适与方便节约车内空间可以进行自诊断简化装配过程安全性高 作用 替代传统意义的手刹车功能 汽车制动系统原理 传统手刹车和EPB电子手刹的比较 汽车制动系统原理 汽车制动系统原理 EPB电子手刹的功能 基本功能 通过按钮实现传统手刹的静态驻车和静态释放功能 动态功能 行车时 若不踩踏板刹车 通过EPB按钮 一样也可以实现制动功能 熄火控制模式 当汽车拔钥匙熄火时 自动启用驻车制动 发动机不打火驻车不能解除 开车释放功能 当驾驶员开车时 踩油门 挂挡后自动解除驻车 启动约束 点火关闭 释放约束模式 保护儿童 不用操作制动踏板 即可释放约束模式 紧急释放功能 当电子驻车没电需要解除驻车时 可用专门的释放工具释放驻车 汽车制动系统原理 EPB电子手刹的工作原理 EPB分类 目前电子手刹有两种 一种采用电子设备代替手刹拉杆 其工作原理与机械式手刹相同 均是通过拉索拉紧后轮刹车蹄进行制动 另一种则是使用电子机械卡钳 是通过点击卡紧刹车片产生来达到控制停车制动 目前德系车较多使用这种方式 AUTOHOLD 从电子手刹从基本的驻车功能延伸到自动驻车功能AUTOHOLD AUTOHOLD自动驻车功能技术的运用 使得驾驶者在车辆停下时不需要长时间刹车 以及启动自动电子驻车制动的情况下 能够避免车辆不必要的滑行 简单的说就是车辆不会溜后 汽车制动系统原理 第5节制动器 5 1鼓式制动器 鼓式制动器分为 内张型 最常用 外束型按促动装置的不同分为 轮缸式制动器 领从蹄式制动器双领蹄 双向双领蹄式制动器双从蹄式制动器单向和双向自增力式制动器凸轮式制动器 楔块式制动器 汽车制动系统原理 轮缸式制动器 汽车制动系统原理 领蹄 制动时 蹄片张开旋转方向与制动鼓旋转方向一致蹄片从蹄 制动时 蹄片张开旋转方向与制动鼓旋转方向相反蹄片 领从蹄式制动器 两个制动蹄受到的轮缸促动力相等 称为等促动力制动器 领蹄在摩擦力的作用下 蹄和鼓之间的正压力较大 制动作用较强 从蹄在摩擦力的作用下 蹄和鼓之间的正压力较小 制动作用较弱 两个制动蹄作用在制动鼓上的法向反力大小不等 为非平衡式制动器 汽车制动系统原理 双领蹄式制动器 双领蹄式 在车轮前进 正向旋转 时 两个制动蹄均为领蹄 两个轮缸借助连接油管相通 油压相等 在前进制动时 两蹄都是领蹄 倒车制动时 两蹄都是从蹄 汽车制动系统原理 双向双领蹄式制动器 双向双领蹄式 无论车轮旋转方向如何 制动蹄均为领蹄的制动器 汽车制动系统原理 双从蹄式制动器 双从蹄式 汽车前进时 车轮正向旋转 两个制动蹄均为从蹄的制动器 前进制动效能低于双领蹄式和领从蹄式 但其制动效能对摩擦系数变化的敏感程度也较小 制动效能稳定性好 双领蹄式 双向双领蹄式 双从蹄式制动器固定元件的布置都是中心对称 两制动蹄作用在制动鼓上的法向反力大小相等 方向相反 相互平衡 这种形式的制动器为平衡式制动器 汽车制动系统原理 单向自增力式制动器 特点 只有一个单活塞制动轮缸 两蹄的下端分别支在浮动的顶杆上 上端靠复位弹簧拉靠在支承销上 倒车时 第一蹄压靠上端支撑销不动 仍为领蹄 但力臂大大减少 第二蹄不起作用 能产生的制动力很小 汽车前进制动时 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 且第二蹄的制动力矩大于第一蹄 汽车制动系统原理 受法向力较大的第二制动蹄面积比第一蹄大 使单位压力相近 夹板铆接在制动蹄腹板上 以内圆面支靠着支撑销 两蹄下端以凹面分别支撑在可调顶杆两端底面上 并用弹簧拉紧 在制动鼓尺寸摩擦系数相同的条件下 这种制动器的前进制动效能不仅高于领从蹄式制动器 而且也高于双领蹄式制动器 而倒车时比双从蹄还低得多 汽车制动系统原理 双向自增力式制动器 特点 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 汽车制动系统原理 汽车前进时 前制动蹄为第一蹄 后制动蹄为第二蹄 制动时 第一蹄只受一个促动力FS1 第二蹄有两个促动力FS1和FS2 倒车时情况相反 无论汽车前进还是倒车 都与单向自增力式制动器相当 由于前进制动时制动器工作负荷远大于倒车制动 故后蹄的摩擦片面积做得较大 双向自增力式制动器 汽车制动系统原理 几种轮缸式制动器的比较 少数豪华汽车 结构简单 用于各种车辆 轿车后轮 双向 轻型车辆前轮 单向 应用范围 最高 中等 低 最低 制动效能稳定性 最低 中等 较高 最高 制动效能 双从蹄式 领从蹄式 双领蹄式 自增力式 类型 效能 各种车辆 两个轮缸适合布置双回路制动系统 汽车制动系统原理 凸轮式制动器 用凸轮取代制动轮缸对两制动蹄起促动作用 通常利用气压使凸轮转动 制动凸轮轴通过过支座固定在制动底板上 其尾部花键轴插入制动调整臂的花键孔中 汽车制动系统原理 凸轮制动器制动调整臂的内部为蜗轮蜗杆传动 蜗轮通过花键与凸轮轴相连 正常制动时 制动调整臂体带动蜗杆绕蜗轮轴线转动 蜗杆又带动蜗轮转动 从而使凸轮旋转 张开制动蹄 当需要调整制动器间隙时 制动调整臂体 也是蜗轮蜗杆传动的壳体 固定不动 转动蜗杆 蜗杆带动蜗轮旋转 从而改变了凸轮的原始角位置 达到了调整目的 为了防止蜗杆轴自行转动改变制动器间隙 图a 采用的是类似变速器锁定机构的锁止球锁定 图b 采用的是锁止套锁定 汽车制动系统原理 楔块式制动器 楔式制动器的制动蹄依靠在柱塞上 柱塞内端面是斜面 与支于隔离架两边槽内的滚轮接触 制动时 轮缸活塞在液压作用下使制动楔向内移动 制动楔又使二滚轮一面沿柱塞斜面向内滚动 一面使二柱塞在制动底板的孔中向外移动一定距离 从而使制动蹄压靠到制动鼓上 轮缸液压一旦撤除 这一系列零件即在制动蹄复位弹簧的作用下各自复位 汽车制动系统原理 5 2盘式制动器 按摩擦副中固定元件结构分为 钳盘式 最常用 全盘式 多用于轿车 多用于重卡及客车 汽车制动系统原理 钳盘式分为 定钳盘式制动器 浮动钳盘式制动器 定钳盘式制动器 结构特点 制动钳固定在车桥上 既不