第二十四章 汽车制动系统.ppt

第二十四章汽车制动系统,第一节概述,制动系统的定义能够产生和控制制动力的一套装置，称为制动系统。制动力作用：让行驶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。制动力：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。能使汽车速度减慢的外力包括：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:不是制动力,1制动系统的工作原理,在人力作用下，制动蹄对制动鼓作用一定的制动摩擦力矩即制动器制动力矩M，在M的作用下，车轮将对地面作用一个向前的力F，地面对车轮作用一个向后的反作用力FB，FB即为地面对车轮的制动力。,2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。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、制动阀等。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。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。,3制动系统的类型,按制动系统的功用分类行车制动系统使行驶中的汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。驻车制动系统使已停驶的汽车驻留原地不动的一套装置。第二制动系统在行车制动系统失效的情况下保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。辅助制动系统在汽车下长坡时用以稳定车速的一套装置。按制动系统的制动能源分类人力制动系统以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统。动力制动系统完全依靠发动机动力转化成的气压或液压进行制动的制动系统。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。按照制动能量的传输方式，制动系统又可分为机械式、液压式、气压式和电磁式等。同时采用两种传能方式的制动系统可称为组合式制动系统，如气顶液制动系统。目前所有汽车都采用双回路制动系统，如轿车的左前轮和右后轮共用一条制动回路、右前轮和左后轮共用另一条制动回路，当一个回路失效时，另一个回路仍能工作，这样有效提高了汽车的行车安全性。,第二节制动器,制动器是用以产生制动力矩的部件。制动器按照结构可分为鼓式制动器和盘式制动器；按安装位置可分为车轮制动器和中央制动器。车轮制动器可用于行车制动和驻车制动，中央制动器只用于驻车制动和缓速制动。,一、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：,1轮缸式制动器,领从蹄式制动器特点是两个制动蹄各有一个支点，一个蹄在轮缸促动力作用下张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向一致，称为领蹄；另一个蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反，称为从蹄。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。两个制动蹄受到的轮缸促动力相等，称为等促动力制动器。领从蹄式制动器的两个制动蹄作用在制动鼓上的法向反力大小不等，这种制动器称为非平衡式制动器。,1.轮缸式制动器,领从蹄式制动器,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,领蹄的受力情况,领从蹄式制动器,特点结构简单，只用一个促动力装置；制动蹄片给制动鼓的法向反力不平衡，是非平衡式制动器。在汽车倒车时领从蹄功能互换，且制动效能相等制动效能的稳定性较好。,领蹄式类型的制动器,单向双领蹄式：在车轮正向旋转时，制动蹄均为领蹄的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。双从蹄式制动器：在车轮正向旋转时，制动蹄均为从蹄的制动器,单向双领蹄式制动器,双向双领蹄式制动器,双从蹄式制动器,北京BJ2023型汽车的后轮制动器（领从蹄式制动器）,上海桑塔纳轿车后轮制动器（领从蹄式制动器）,双领蹄和双向双领蹄式制动器,双向双从蹄式制动器,双从蹄式制动器,单向自增力式制动器,双向自增力式制动器,几种轮缸式制动器的比较,自增力式双领蹄式领从蹄式双从蹄式,制动效能,最高较高中等最低,制动效能稳定性,最低低中等最高,应用范围,轿车后轮（双向）轻型车辆前轮（单向）,各种车辆,豪华汽车,2.凸轮式制动器,凸轮式,5）制动器间隙的调整,制动器间隙是指在不制动时，制动鼓和制动蹄摩擦片之间的间隙。制动器间隙过小，不能保证完全解除制动，此间隙过大，制动器反应时间过长，直接威胁到行车安全。制动器在使用过程中，随着摩擦片的磨损，制动器间隙会变大，要求制动器必须有检查和调整间隙的可能。,5）制动器间隙的调整,必要性：制动间隙必须在合理的范围之内，过小的制动器间隙会导致制动解除不彻底，过大的间隙影响制动的灵敏度。鼓式制动器调整的方法：手动调整自动调整盘式制动器调整的方法：自动调整,手动调整装置,自动调整装置,摩擦限位式间隙自调装置,楔块式间隙自调装置,2凸轮式制动器,3.楔式制动器,楔式,凸轮制动器制动调整臂,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，张开制动蹄起制动作用。制动调整臂除了具有传力作用外，还可以调整制动器的间隙。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。,3楔式制动器,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。,二、盘式制动器,盘式制动器主要有钳盘式和全盘式两种，其中前者更常用。钳盘式制动器的旋转元件是制动盘，固定元件是制动钳。,二、盘式制动器,定钳盘式制动器的缺点,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。这必然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（特别是外侧油缸）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。由于上述缺点，定钳盘式制动器目前使用较少。,2）浮钳盘式制动器,2）浮钳盘式制动器,DBA盘式制动器,用于汽车后轮、带驻车制动传动装置的DBA盘式制动器的浮式制动钳如下图所示。驻车制动时，在驻车制动杠杆凸轮的推动下，自调螺杆连同自调螺母一直左移到螺母接触活塞底部。,2全盘式制动器,3盘式制动器的优缺点分析,盘式制动器与鼓式制动器相比具有以下优点盘式制动器无摩擦助势作用，制动力矩受摩擦系数的影响较小，即热稳定性好；盘式制动器浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常，即基本不存在水衰退问题；在输出相同制动力矩的情况下，盘式制动器尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；较容易实现间隙自动调整，其他维修作业也较简便。盘式制动器的缺点（1）效能较低，所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置；（2）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。,第三节人力制动系统,第三节人力制动系统,第三节人力制动系统,按制动能源分为人力制动系统：动力制动系统：伺服制动系统：人力制动系统按传动装置的结构形式分为机械式：通过机械机构传递制动能源的系统。液压式：通过液压系统传递制动能源的系统。汽车行车制动系统已经不使用人力机械式，只有驻车制动系统采用机械式的制动系统。,一、机械制动系统,主要用于驻车制动驻车制动要求：保证汽车在原地可靠驻车不自动滑行驻车制动系统组成手制动操纵杠杆、拉杆、锁止装置、绳索、驻车制动器等,驻车制动系统,二、人力液压制动系统,人力液压制动系统的组成,1.前轮制动器；2.制动轮缸；3.6.8.油管；4.制动踏板机构5.制动主缸；7.后轮制动器。,人力液压制动系统,制动主缸：单向作用活塞式油泵。将制动踏板输入的机械能转化成液压能输出制动轮缸：单向单活塞或双活塞式油缸。将油管输入的液压能转化为机械能，提供制动器的促动力制动油管：由金属管路和橡胶软管组成；连接制动主缸和制动轮缸，传递液压能,制动主缸,目前汽车制动系统为了配合双回路制动系统，大部分采用了串联双腔主缸的结构形式，而且大部分为伺服制动系统或动力制动系统。,制动轮缸：分为双活塞和单活塞两种类型双活塞式制动轮缸应用于领从式制动器、双向双领蹄式和双向增力式。单活塞制动轮缸应用于双领蹄式,单向自增力式制动系统的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。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）,二、人力液压制动系统,装备有制动防抱死装置(ABS)的制动系统，在串联双腔制动主缸中取消了补偿孔和旁通孔，而由中心单向阀代替两孔的作用。,3制动轮缸,制动轮缸主要有单活塞和双活塞之分，其基本组成是缸体、活塞、调整螺钉（顶块）、放气阀等，其中放气阀是制动系统的必备部件，用以排除制动管路中混入的空气。,4制动液,对制动液的基本要求如下：（1）高温下不易汽化，否则将在管路中产生气阻现象，使制动系统失效；（2）低温下有良好的流动性；（3）不会使与之经常接触的金属件腐蚀，橡胶件发生膨胀、变硬和损坏；（4）能对液压系统的运动件起良好的润滑作用；（5）吸水性差而溶水性良好，即能使渗入其中的水汽形成微粒而与之均匀混合，否则将在制动液中形成水泡而大大降低汽化温度。目前常用的制动液是合成制动液和矿物制动液。,第四节液压伺服制动系统,功用伺服制动系统正常工作时，制动能量大部分由动力伺服系统提供；失效时完全由驾驶员提供分类按操纵方式分为：助力式（直接操纵）：助力装置直接由踏板操纵。增压式（间接操纵）：助力装置由主缸输出的液压控制按伺服能量的形式分为：真空伺服式、气压伺服式和液压伺服式,一、助力式（直接操纵式）伺服制动系统,其特点是伺服系统的控制装置用制动踏板机构直接操纵，其输出力作用于液压主缸，与踏板力一起对主缸油液加压。,真空助力器,2气压助力伺服制动系统,二、增压式（间接操纵式）伺服制动系统,其特点是制动踏板机构控制制动主缸，主缸输出的液压传递到辅助缸，并对伺服系统进行控制，伺服系统的输出力与主缸液压共同作用于辅助缸，辅助缸输出到轮缸的液压远高于主缸液压。,真空增压器的工作原理,真空增压器的构造,2气压增压伺服制动系统,第五节动力制动系统,动力制动系统的特点是：驾驶员的肌体仅作为控制能源，而不是制动能源。动力制动系统中，用以进行制动的能源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。动力制动系统有气压制动系统、气顶液制动系统和全液压动力制动系统三种。气压制动系统的供能装置和传动装置全部是气压式。其控制装置主要由制动踏板机构和制动阀等气压控制元件组成，有些汽车在踏板机构和制动阀之间还串联有液压式操纵传动装置。气顶液制动系统的供能装置、控制装置与气压制动系统相同，但其传动装置包括气压式和液压式两部分。全液压动力制动系统中除制动踏板机构以外，其供能、控制和传动装置全部是液压式。,一、气压制动系统,气压制动系统适用于中型以上特别是重型的货车和客车。,一、气压制动系统,定义：完全靠发动机的动力（间接动力）转化而成的气压或液压能进行制动的系统。直接动力：空气压缩机的气压能或液压泵的液压能分类：气压制动：发展最早，尺寸和重量较大，供能装置和传动装置全是气压、传动气顶液制动：传动装置有气压、液压，其他与气压制动同全液压动力制动：供能、控制、传动装置全是液压,2供能装置,气压制动系统的供能装置包括：产生气压能的空压机和积储气压能的储气筒；将气压限制在安全范围内的调压阀及安全阀；改善传能介质（空气）状态的进气滤清器、排气滤清器、管道滤清器、油水分离器、空气干燥器、防冻器等；在一个回路失效时用以保护其余回路，使其中气压能不受损失的多回路压力保护阀等。,空压机和调压阀,空压机卸荷装置和调压阀控制空压机工作状态的工作原理,第五节动力制动系统,滤气调压阀：在储气筒压力超过规定值时，空压机出气口经调压阀直通大气，将压缩空气放出而中止对储气筒充气，调压阀又与油水分离器组合成一个部件，即滤气调压阀。防冻器：油水分离器或滤气调压阀输出的压缩空气仍可能含有少量残留水分。为了防止在寒冷季节中，积聚在管路和其他气压元件内的残留水分冻结，最好装设防冻器，以便在必要时向气路中加入防冻剂，以降低水的冰点。其基本工作原理是，当冬季温度低于5C，防冻器中的乙醇蒸气会随压缩空气流进入回路，回路中的冷凝水溶入乙醇后，冰点降低。,4）多回路压力保护阀,多回路压力保护阀的基本功用是：来自空压机的压缩空气可经多回路压力保护阀分别向各回路的储气筒充气。当某一回路损坏漏气时，压力保护阀能保证其余完好回路继续充气。,3控制装置,制动阀是气压行车制动系统中的主要控制装置，用以起随动作用并保证有足够强的踏板感，即在输入压力一定的情况下，使其输出压力与输入的控制信号踏板行程和踏板力成一定的递增函数关系。其输出压力的变化在一定范围内应该是渐进的。,2）手控制动阀,手控制动阀可以控制汽车的驻车制动和挂车的驻车制动。因为对驻车制动没有渐进控制的要求，所以控制驻车制动的手控制动阀实际上只是一个气开关。,3）快放阀与继动阀,快放阀的作用是保证解除制动时制动气室快速放气。快放阀布置在制动阀与制动气室之间的管路上，靠近制动气室，由于离制动气室近，制动气室排气所经过的回路短，放气速度较快。继动阀的作用是使压缩空气不流经制动阀，而是通过继动阀直接充入制动气室，以缩短供气路线，减少制动滞后时间。,4）梭阀（双向阀）,梭阀的特点是双腔制动阀的两腔都可以通过梭阀向挂车制动阀输入控制气压，保证在汽车两制动回路之一损坏时，挂车制动阀仍然可以接到制动控制信号。,4制动气室,制动气室的作用是将气压能转换成机械能输出，输出的机械能传给制动凸轮等促动装置，使制动器产生制动力矩。制动气室有膜片式、活塞式和复合式三种。,复合制动气室,复合制动气室的特点是：制动气室由行车制动气室和驻车制动气室两部分组成，兼起行车制动和驻车制动的作用。,二、气顶液制动系统与全液压动力制动系统,第六节制动力调节装置,前后轮同步滑移的条件汽车制动过程中，最好是前后轮同时抱死滑移，如果前后车轮的制动力之比等于前后车轮对路面的垂直载荷之比，就能满足同步滑移的条件，即理想的前后轮制动力分配特性汽车在制动过程中，前后轮的垂直载荷是变化的，如果要满足同步滑移的条件，要求制动器制动力（也即促动管路压力）也要随载荷而变化，这种变化关系做出的曲线称为理想的前后轮制动力分配特性曲线，如下图所示。当汽车载荷变化时，曲线位置也会发生相应的变化。制动力调节装置主要有限压阀、比例阀、感载阀和惯性阀等，这些阀一般都串联在后轮制动器的促动管路中。,第六节制动力调节装置,限压阀：其作用是当前、后促动管路压力P1和P2由零同步增长到一定值后，即自动将P2限定在该值不变。比例阀：其作用是当前后促动管路压力P1与P2同步增长到一定值PS后，即自动对P2的增长加以节制，亦即使P2的增量小于P1的增量。,第六节制动力调节装置,感载阀的特点是特性曲线随整车载荷的变化而变化。感载阀有感载比例阀和感载限压阀两种。,第六节制动力调节装置,惯性阀（也称G阀）是一种用于液压系统的制动力自动调节装置。其特性曲线形状与感载阀相似，但其调节作用起始点的控制压力值PS取决于汽车制动时作用在汽车重心上的惯性力，即PS不仅与汽车总质量（或实际装载质量）有关，并且与汽车制动减速度有关。,第七节汽车防滑控制系统ABS与ASR,汽车防滑控制系统是防止汽车在制动过程中车轮被抱死滑移和汽车在驱动过程中(特别是起步、加速、转弯等)驱动轮发生滑转现象的控制系统。,制动防抱死系统,制动防抱死系统，简称ABS,AntilockBrakingSystem作用：在汽车制动时防止车轮抱死，避免制动时发生侧滑、甩尾、失去转向等现象，提高了制动的稳定性，减轻了轮胎磨损，同时将制动力保持在最佳范围内，缩短了制动距离，使制动更安全有效。结构：ABS制动防抱死系统是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等电子控制系统组成的,1滑动率对附着系数的影响,汽车在制动过程中，车轮的运动可以划分为三个阶段：纯滚动、边滚边滑、完全拖滑。一般用滑动率S表征滑动成分在车轮纵向运动中所占的比例。车轮与路面之间的附着系数是随滑动率而变化的，二者之间的关系如右图所示,1滑动率对附着系数的影响,当滑动率处于15%35%的范围内时，纵向附着系数z和侧向附着系数c的值都较大。纵向附着系数z大，可以产生较大的制动力，保证汽车制动距离较短；侧向附着系数c大，可以产生较大的侧向力，保证汽车制动时的方向稳定性。,2防滑控制系统的作用和控制方式,汽车在驱动过程中，驱动轮可能发生滑转，滑转成分在车轮纵向运动中所占的比例用正滑动率来表示，即完全滑转时，v=0，S=100%汽车在驱动和制动时的S关系及最佳控制范围如右图所示。,2防滑控制系统的作用和控制方式,防滑控制系统就是在汽车驱动状态下，将驱动轮滑转率控制在5%15%的最佳范围内。制动防抱死系统是在汽车制动状态下，将车轮滑动率控制在8%35%的最佳范围内。在上述最佳范围内，不仅车轮和地面之间的纵向附着系数较大，而且侧向附着系数的值也较大，保证了汽车的方向稳定性。,二、制动防抱死系统（ABS）,制动防抱死系统主要由轮速传感器、制动压力调节器和电子控制器（ECU）等组成。其基本工作原理是，汽车制动时，首先由轮速传感器测出与制动车轮转速成正比的交流电压信号，并将该电压信号送入电子控制器（ECU）。由ECU中的