4汽车制动系统的原理_ppt

汽车制动系哈尔滨第二职业高级中学张硕 第四章制动系第一节概述 一 定义 作用 汽车制动系是指在汽车上设置的一套 或多套 能由驾驶员控制的 能产生与汽车行驶方向相反外力的专门装置 制动系统的作用是 使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车 使下坡行驶的汽车速度保持稳定 使已停驶的汽车在各种道路条件下 包括在坡道上 稳定驻车 二 制动系组成 汽车制动系一般至少有两套独立的制动装置 它们是 行车制动装置 脚制动装置 在行车中使用 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动器之后的传动轴上 又称为中央制动器 上述两套装置是各种汽车基本的制动装置 重型汽车和经常行驶在山区的汽车 还应增装紧急制动 安全制动和辅助制动装置 紧急制动是用独立的管路控制车轮制动器作为制动系统 安全制动是当制动气压不足时起制动作用 使车辆无法行驶 辅助制动主要用在汽车下长坡时稳定车速 可减小行车制动器的磨损 其中利用发动机排气制动应用最广 较完善的制动系还具有制动力调节装置 报警装置 压力保护装置和防抱死装置 ABS 等附加装置 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 制动器通常采用摩擦式 三 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 人力式制动系统 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 动力式制动系统 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 伺服制动系统 兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统 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 1 基本结构 它由车轮制动器和液压传动机构两部分组成 1 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 2 工作原理 制动系统的一般工作原理是 利用固定部分和旋转部分之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势 1 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 使车轮能自由旋转 3 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 第二节车轮制动器 一 鼓式制动器 鼓式车轮制动器有内张型和外束型 前者以制动鼓的内圆柱面为工作表面 在汽车上应用广泛 只有极少数汽车的驻车制动器采用外束型 即制动鼓的工作表面是外圆柱面 由于制动蹄张开机构的形式 张开力作用点和制动蹄支承点的布置方面的不同 使得制动器的工作性能也不同 按制动时两制动蹄对制动鼓作用的径向力是否平衡 鼓式制动器可分为三种 简单非平衡式 领从蹄式 平衡式 双领蹄式 双向双领蹄式 双从蹄式 自动增力式 单向自增力式和双向自增力式 1 简单非平衡式制动器 简单非平衡式 领从蹄式 制动器按其两蹄张开的力源不同 分为液压张开式 轮缸式 和气压凸轮张开式两种 1 液压张开式 BJ2020型汽车后轮采用的液压张开式制动器 由旋转部分 固定部分 张开机构和定位调整机构组成 A 结构 结构特点是两制动蹄的支撑点都位于蹄的一端 两支撑点与张开力作用点的布置都是轴对称式 轮缸中两活塞的直径相等 B 工作原理 当踩下制动踏板 制动液被压入轮缸19 推动制动轮缸活塞5向两端移动 而通过活塞顶块6推动两制动蹄压向制动鼓 使蹄与鼓之间产生摩擦力 实现汽车制动 松开制动踏板 制动蹄在回位弹簧4 10的作用下回到原位 制动液流回主缸 制动即被解除 C 制动助势与制动减势 相同的张力Fs法向反力Fn1和Fn2切向反力Ft1和Ft2支撑反力S1 S2 2 凸轮式制动器 目前 所有国产汽车及部分外国汽车的气压制动系统中 都采用凸轮式张开装置的车轮制动器 而且大多设计成领从蹄式 1 单向双领蹄式 2 双向双领蹄式 红旗CA7560型轿车制动器 3 双从蹄式制动器 前进制动时两制动蹄均为从蹄的制动器称为双从蹄式制动器 1 单向自增力式制动器 单向自增力式制动器的结构原理见图 第一制动蹄1和第二制动蹄4的下端分别浮支在浮动的顶杆5的两端 2 双向自增力式制动器 双向自增力式制动器的结构不同于单向自增力式之处主要是采用双活塞式制动轮缸4 可向两蹄同时施加相等的促动力FS 制动鼓正向 如箭头所示 旋转时 前制动蹄为第一蹄 后制动蹄为第二蹄 制动鼓反向旋转时则情况相反 由图可见 在制动时 第一蹄只受一个促动力FS而第二蹄则有两个促动力FS和S 且S FS 考虑到汽车前进制动的机会远多于倒车制动 且前进制动时制动器工作负荷也远大于倒车制动 故后蹄的摩擦片面积做得较大 4 各种轮缸式制动器相比较 综上所述 各种轮缸式制动器各有利弊 就制动效能而言 在基本结构参数相同的条件下 自增力式制动器对摩擦助势的效果利用最为充分 产生的制动力矩最大 依次是双领蹄式 领从蹄式 双从蹄式制动器 二 盘式制动器 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘 被称为制动盘 其固定元件则有着多种结构型式 大体上可分为两类 一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块 每个制动器中有2 4个 这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中 总称为制动钳 这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器 另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形 制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触 这种制动器称为全盘式制动器 钳盘式制动器过去只用作中央制动器 但目前则愈来愈多地被各级轿车和货车用作车轮制动器 全盘式制动器只有少数汽车 主要是重型汽车 采用为车轮制动器 这里只介绍钳盘式制动器 钳盘式制动器又可按钳体固定在支架上的结构形式分为固定钳盘式和浮动钳盘式两类 1 固定钳盘式 跨置在制动盘1上的制动钳体5固定安装在车桥6上 它不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动 其内的两个活塞2分别位于制动盘1的两侧 制动时 制动油液由制动总泵 制动主缸 经进油口4进入钳体中两个相通的液压腔中 将两侧的制动块3压向与车轮固定连接的制动盘1 从而产生制动 这种制动器存在着以下缺点 油缸较多 使制动钳结构复杂 油缸分置于制动盘两侧 必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通 这使得制动钳的尺寸过大 难以安装在现代化轿车的轮辋内 热负荷大时 油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化 若要兼用于驻车制动 则必须加装一个机械促动的驻车制动钳 这些缺点使得定钳盘式制动器难以适应现代汽车的使用要求 故现在已少用 2 浮动钳盘式 制动钳体2通过导向销6与车桥7相连 可以相对于制动盘1轴向移动 制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸 而外侧的制动块则附装在钳体上 制动时 液压油通过进油口5进入制动油缸 推动活塞4及其上的摩擦块向右移动 并压到制动盘上 并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向左移动 直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动 与定钳盘式制动器相反 浮钳盘式制动器轴向和径向尺寸较小 结构简单 造价低 而且热稳定性和水稳定性均好 制动液受热汽化的机会较少 此外 浮钳盘式制动器在兼充行车和驻车制动器的情况下 只须在行车制动钳油缸附近加装一些用以推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可 故自70年代以来 浮钳盘式制动器逐渐取代了定钳盘式制动器 3 制动块磨损报警装置 许多盘式制动器上装有制动块摩擦片磨损报警装置 它用来提醒驾驶员制动块上的摩擦片需要更换 该装置传感器有声音的 电子的和触觉的3种 声音传感器式系统在制动摩擦块的背板上装有一小弹簧片 其端部到制动盘的距离刚好为摩擦片的磨损极限 当摩擦片磨损到需更换时 弹簧片与制动盘接触发出刺耳的尖叫声 警告驾驶员需要维修制动系统 电子传感器式在摩擦片内预埋了电路触点 当衬片磨损到触点外露接触制动盘时 形成电流回路接通仪表板上的警告灯 告知驾驶员摩擦片需更换 触觉传感器式在制动盘表面有一传感器 摩擦片也有一传感器 当摩擦片磨损到两个传感器接触时 踏板产生脉动 警告驾驶员维修制动系统 4 盘式制动器的特点 盘式制动器与鼓式制动器相比 有以下优点 制动盘暴露在空气中 散热能力强 特别是采用通风式制动盘 空气可以流经内部 加强散热 浸水后制动效能降低较少 而且只须经一两次制动即可恢复正常 制动效能较稳定 平顺性好 制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小 不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导制动踏板行程过大 结构简单 摩擦片安装更换容易 维修方便 盘式制动器的缺点 因制动时无助势作用 故要求管路液压比鼓式制动器高 一般要用伺服装置和采用较大直径的油缸 防污性能差 制动块摩擦面积小 磨损较快 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 因而在后轮上的应用受到限制 目前 盘式制动器已广泛应用于轿车 但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外 大都只用作前轮制动器 而与后轮的鼓式制动器配合 以期汽车有较高的制动时的方向稳定性 在货车上 盘式制动器也有采用 但离普及还有相当距离 第三节液压制动传动装置 液压制动系是利用制动油液作为传力介质 将驾驶员的踏板力经放大后传至车轮制动器 再将油压转变为制动蹄张开的推力 使制动蹄产生制动作用 液压制动优点是结构简单 制动柔和灵敏 制动稳定性好 能适应多种制动器 目前用在中 小型汽车上较多 其缺点是制动操纵较费力 制动力不很大 低温时制动液流动性差 高温易气化而产生气阻现象 使制动效能下降 一 单回路制动系 单腔制动主缸 二 双回路制动系 为了提高汽车行驶的安全性 现代汽车的行车制动系都采用了双回路制动系 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 双回路是指利用彼此独立的双腔制动主缸 通过两套独立管路 分别控制两桥或三桥的车轮制动器 其特点是若其中一套管路发生故障而失效时 另一套管路仍能继续起制动作用 从而提高了汽车制动的可靠性和行驶安全性 双管路的布置方案应用较为广泛的有一轴对一轴型 11 和交叉 X 型 前后轴对角线方向上的两个车轮共用一套管路 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 一个车桥一套管路 这种布置形式最为简单 可与单轮缸鼓式制动器配合使用 其缺点是当一套管路失效时 前后桥制动力分配的比值被破坏 这种布置多用于发动机前置 后轮驱动汽车 串列双腔制动主缸 对应于双回路制动系 制动主缸常用串列双腔制式 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 储液罐 图中未标出 中的油液经每一腔的空心螺栓 其内腔形成储液室 和各自的旁通孔 补偿孔流人主缸前 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和各自的管路传到前 后轮制动器的轮缸 不制动时 推杆球头端与活塞之间保留有一定的间隙 以保证活塞在弹簧的作用下完全回复到最右端位置 前 后两工作腔内的活塞头部与皮碗正好位于前 后腔内各自的旁通孔和补偿孔之间 制动时 为了消除推杆球头与活塞之间的间隙所需的踏板行程 称为制动踏板自由行程 当踩下制动踏板时 踏板传动机构通过推杆推动后腔 第一 活塞前移 到皮碗掩盖住旁通孔后 此腔液压升高 在后腔液压和后腔活塞复位弹簧力的作用下 推动前腔活塞向前移动 前腔压力也随之升高 当继续下踩制动踏板时 前 后腔的液压继续升高 使前 后轮制动器制动 解除踏板力后 制动踏板机构 主缸前后腔活塞和轮缸活塞 在各自的复位弹簧作用下复位 管路中的制动液借其压力推开回油阀门流回主缸 于是解除制动 若与前腔连接的制动管路损坏漏油时 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 前腔活塞迅速前移到前缸活塞前端顶到主缸缸体上 此后 后腔工作腔中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油时 则在踩下制动踏板时 起先只是后腔 第一 活塞前移 而不能推动前腔 第二 活塞 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动 由上述可见 双回路液压制动系统中任一回路失效时 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 第四节动力制动系 动力制动系中 用以进行制动的能是由空气压缩机产生的气压能 或是由油泵产生的液压能 而空气压缩机或油泵则由汽车发动机驱动 所以 动力制动系是以汽车发动机为惟一的制动初始能源的 但就制动系范围而言 可认为制动能源是空气压缩机或油泵 在动力制动系中 驾驶员的肌体仅作为控制能源 而不是制动能源 其特点是制动操纵省力 制动强度大 踏板行程小 但需要消耗发动机的动力 制动粗暴而且结构比较复杂 因此 一般在中型以上货车或客车上采用 动力制动系有气压制动系 气顶液制动系和全液压动力制动系3种 气压制动系是发展最早的一种动力制动系 其供能装置和传动装置全部是气压式的 其控制装置大多数是由制动踏板机构和制动控制阀等气压控制元件组成 也有的在踏板机构和制动控制阀之间还串联有液压式操纵传动装置 气顶液制动系的供能装置 控制装置与气压制动系的相同 但其传动装置则包括气压式和液压式两部分 全液压动力制动系中除制动踏板机构以外 其供能 控制和传动装置全是液压式 一 气压制动回路 图示为东风EQ1090E型汽车双回路气压制动系示意图 其中备有两个主储气筒 单缸空气压缩机产生的压缩空气首先经过单向阀输人湿储气筒进行油水分离 之后分成两个回路 一个回路经过前制动主储气筒 并列双腔制动阀的后腔而通向前制动气室 另一回路是经过后制动主储气筒 双腔制动阀的前腔和快放阀而通向后制动气室 当其中一个回路发生故障失效时 另一回路仍能继续工作 以维持汽车具有一定的制动能力 从而提高了汽车的行驶安全性 双腔制动阀通过制动踏板来操纵 不制动时 前 后制动气室分别经制动阀和快放阀与大气相通 而与来自储气罐的压缩空气隔绝 因此所有车轮制动器均不制动 当驾驶员踩下制动踏板时 制动阀首先切断各制动气室与大气的通道 并接通与压缩空气的通道 于是两个主储气罐便各自独立地经制动阀向前 后制动气室供气 促动前 后制动器产生制动 装在制动阀至后制动气室之间的快放阀的作用是 当松开制动踏板时 使后轮制动气室放气线路和时间缩短 保证后轮制动器迅速解除制动 前 后制动回路的储气筒上都装有低压报警器 当储气筒中的气压低于0 35MPa时 便接通装在驾驶室内转向柱支架内侧的蜂鸣器的电路 使之发出断续鸣叫声 以警告驾驶员 储气筒内气压过低 图中还有一条通向挂车制动回路的气路 在不制动的情况下 前制动储气罐通过管道向挂车储气罐充气 制动时 双腔制动阀的前 后腔输出气压都通入梭阀8 由于两腔输出的气压不可能一致 梭阀只让压力较高腔的压缩空气输入挂车制动阀9 后者输出的气压又控制装在挂车上的继动阀 使挂车产生制动 二 气压制动主要部件 气压制动系统主要部件包含 空气压缩机 调压阀 制动控制阀 制动气室 1 空气压缩机 空气压缩机一般固定在发动机缸体的一侧 多由发动机通过皮带或齿轮来驱动 有的采用凸轮轴直接驱动 空气压缩机按缸数可分为单缸 用于东风EQ1090E型汽车 和双缸 用于解放CA1092型汽车 两种 其工作原理类似 下图为东风EQ1090E型汽车采用的单缸风冷式空气压缩机 2 调压阀 调压阀的作用是调节储气筒中压缩空气的压力 使之保持在规定的压力范围内 同时使空气压缩机能卸荷空转 减少发动机的功率损失 调压阀在管路中的连接方式有两种 一种是与空压机和储气筒并联 当空气压力到达规定值 它使空压机的进气阀常开 卸荷空转 另一种是将调压阀串联在空压机和储气筒之间 当系统内空气压力开到规定值时 它将多余的空气直接排入大气 3 制动控制阀 制动控制阀的作用是控制从储气筒充入制动气室和挂车制动控制阀的压缩空气量 从而控制制动气室中的工作气压 并有逐渐变化的随动作用 即保证制动气室的气压与踏板行程有一定的比例关系 制动控制阀结构型式很多 有单管路单腔式 双管路双腔式 常见有串联活塞式和并联膜片式 或多管路多腔式 图示为东风EQ1090E型汽车气压制动控制阀 它由彼此独立的前腔制动阀和后腔制动阀及两阀共用的平衡臂 平衡弹簧 拉臂及上体等部分组成 独立的左腔室与后桥储气筒和后桥控制管路连接 独立的右腔室与前桥储气筒和前桥控制管路连接 膜片组件的驱动形式是通过叉形拉臂推压平衡弹簧 推杆 平衡臂同步地控制两腔的膜片心管 平衡弹簧无预紧力 膜片制成挠曲型 前桥腔室中有滞后机构 两腔室制动时 有时间差和气压差 且能调整大小 使得前后桥制动能协调一致 滞后机构总成由推杆 密封柱塞 可调的滞后弹簧 调整螺母等机件组成 其壳体通过螺纹装于阀体下端的螺纹孔内 并用密封圈密封 下端螺纹孔装有调整螺母 用锁紧螺母锁紧 旋转调整螺母 可调整滞后弹簧的预紧力 在滞后弹簧的张