汽车制动技术的发展

汽车制动技术的发展

0我国安全生产事故纠纷分析

良好的刹车性能是车辆安全行驶的重要保证。传统的机械摩擦（短或鼓）源的长期持续刹

车经常会显著降低或失败，导致严重的交通事故。这是启动事故的主要原因之一。2006年

全国道路交通事故死亡人数占安全事故死亡人数的79.3%,货车发生交通事故的原因分析中,

排在第一位的是驾驶违章，其次是车辆的机械故障,而在各种车辆的机械故障中,制动因素

占据了相当高的比例。据统计，由于制动失效和制动不良所导致的机动车事故，占所有事故

的比例分别超过20%和40%,制动失效与不良两大原因造成的死亡人数超过总死亡人数的

50乳我国交通死亡事故占全球的15%,已成为交通事故最多发的国家。

由机动车辆制动引发的重特大事故频繁出现在各大报刊及门户网站,2007年5月4日晨，重

庆市“冀BG5084”大货车行至祥临线K183+870M处时，尾追同向行驶的“云S20475”解放

轻型载货车，同时与迎面驶来的“云S10827”擦碰，致使“云S20475”失控驶出路面，造成

多人伤亡。经查：“冀BG5084”在6公里的下坡路段连续使用制动，增加了制动蹄片和制动

鼓的滑磨时间，使制动鼓温度升高，产生热衰退现象,导致制动失效。

比较典型的有关制动系统失灵引发的交通事故是2005年12月4日八达岭发生的交通事故,

一辆装载电石的大货车与一辆载有29人的客车相撞,随后两车翻入道路左侧约20余犬:的

深沟中，这起事故造成24人死亡、9人受伤。调查表明,装运电石的大货车刹车失灵，追撞

前车造成了该起重大交通事故。

国内4级及4级以下等级公路里程120多万公里，由于地形条件多样，道路情况也比较复杂。

陡坡、连续长距离下坡的情况很常见，这些路段往往是事故多发地段,这也为制动失灵事故

埋卜•了隐患。针对我国现有的汽车制动技术水平和状况，采用点制动易造成行车制动器效

能过度卜.降，为了有效分流制动负荷，切实可行的办法是安装具有连续制动特性的辅助制动

装置。该装置对于提高汽车行驶安全性、减小交通事故发生具有积极意义。

1车桥运用缓速器

关于汽车辅助制动西方发达国家已出台多部相关的法律法规,并已将辅助制动装置作为指

定车辆的标准配置。例如:德国的交通法规明文规定，总质量在5.5t以上的客车和9t以

上的载重汽车，必须装有辅助制动装置;瑞士交通法规规定，超过3.5t的牵引车和总质量8

t以上的载重车必须安装辅助制动系统;法国要求教重等于和大于11t的运输危险品的汽

车必须装备缓速器。

欧盟关于车辆制动认证的UN-ECER13法规附件4汽车下长坡性能试验标准规定，在平均坡

度6%或7%长6公里的坡道上汽车不采用行车制动器车辆最大速度不超过30km/h,该指标

如不安装缓速器，目前技术条件下是难以实现的。

2002年6月我国交通部颁布行业标准JT/T325—2002《营运客车类型划分及等级评定》，

该标准规定中型客车中高二级，大型客车中高一级、高二级和高三级客车必须安装缓速器。

建设部2002年10月公布执行CJ/T162-2002《城市客车分等级技术要求与配置》也作出

了相应的规定;2004年建设部参照uISO/WD12161Roadvehic1o-Endurancebraking

sysLemsofmoLox-vehicleandCowedvehicles-TcsLprocedures”市"定了彳了业材;7也

《城市客车缓速器制动性能要求与试验方法》，并且计划制订汽车缓速器的行业标准。

2对发动机类型无限制限制

汽车常用辅助制动装置有以下几种类型:排气制动器、发动机缓速器、电涡流缓速器、液

力缓速器等。前两种制动器只适用于柴油发动机，后两种对发动机类型无限制条件。日于

结构和工作原理不同,制动特性也不尽相同,辅助制动装置的应用可以切实改变我国汽车制

动技术落后现状,正确选用辅助制动装置可以有效分流行车制动器的负荷、提高制动稳定

性以及抗热衰退性。

3辅助安装

3.1安装调试器

3.1.1结构

图1是电控气动式排气制动装置结构简图，由执行机构、控制机构和断油机构3部分组成。

1执行机构

包括排气制动缸及蝶形阀等；

21控制装置

包括排气制动开关、油门踏板和离合器踏板联动开关、排气制动工作指示灯、电磁阀及空

气管等；

3压缩机动缸控制

包括停油缸等。

图2为排气制动执行机构总成，由排气制动缸、摇臂机构、蝶形阀及壳体等。蝶形阀的操

纵是由单作用活塞式排气制动缸控制的，当储气筒内压缩空气经气管进入排气制动缸时,活

塞在气体压力作用下克服弹簧力,带动推杆沿气缸轴线移动。在推杆推力作用下,摆臂和蝶

形阀绕轴线转动，当蝶形阀转至关闭位置时，发动机排气受阻,总成处于工作状态。当压缩

空气的气源切断后,制动缸内压缩空气被排出，推杆和活塞在弹簧力作用下带动摇臂和蝶形

阀转动，当转至阀片平面与壳体轴线平行时，即解除排气制动。

3.1.2减少在创建工况时影响

制动时,首先切断燃料供绐,离合器处于接合状态，同时排气制动阀门将发动机排气管关闭,

发动机曲轴在车辆的拖动卜.被迫进行旋转运动（反拖），在排气行程空气在气缸内进行压缩,

增加了排气阻力,通过传动系传递到驱动轮上,达到降低车速的目的。

3.1.3行驶速度对汽车制动力的影响

文献对亚星JS6820中型客车进行实验分析。试验得到变速器分别处于III档、IV档时，制动

力随汽车行驶速度变化的关系曲线如图3所示。

图中可见处于同档位时,制动力随车速的增加而增加，且低速档时制动力上升幅度较大;在

相同车速时制动力随档位的升高而下降。该特性说明采用排气制动时可通过变速度器档位

调节制动力，车速较高时具有较大的制动力也是符合汽车制动要求的c

3.2发动机减速器

3.2.1高压油区隔离

顶置式发动机缓速器的结构如图4所示,它由电磁阀、调节阀、调节螺钉、主副活塞、排

气摇臂及低压、高压油路等组成。为控制电磁阀动作，需设置相关控制电路。

当发动机缓速器工作时,主开关闭合，电磁阀通电并打开低压油路,机油从进油口进入缓速

器低压油区。在机油压力作用下球形节流阀上升，低压油路与高压油路连通,机油进入高压

油区。机油压力使主活塞下移，与摇臂末端接触。随着发动机运转，推杆上行，推动主活塞

上移,压缩高压油区的机油并将控制阀中的单向阀关闭，主/副活塞之间高压油区的机油被

隔离。由于机油的不可压缩性，使副活塞随着主活塞的上移而下行,在压缩上止点前将排气

门打开。

3.2.2发动机缓速器设置了叶片生长和排气

发动机制动如果仅依靠排气损失及活动部件摩擦损失,其辅助制动效果是非常有限的,尤其

是随着发动机技术的发展,这些损失逐渐减小。在切断燃油供给后发动机做功行程变成压

缩行程终了时的压缩气体膨胀做功过程,发动机缓速器设置的气门控制机构,通过控制排气

门的开闭，将压缩终了的气体排出，消除了压缩气体在膨张行程的做功，极大地提高了辅助

制动效果。从本质上讲此时发动机已变成吸收能量的空气压缩机。

3.2.3运行上升幅度

图5为发动机缓速器制动特性曲线,从曲线看出：处于相同档位时制动力随车速的增加而增

加,且低速档制动力上升幅度较大;在相同车速时制动力随档位的升高而下降。上述特性与

排气辅助制动器类似。

各档位制动力曲线与不同坡度的坡道上汽车下坡稳定行驶所需的制动力曲线的交点即为汽

车以该档位在此坡道上下坡行驶的稳定车速，即不使用行车制动器汽车可以以此稳定在速

滑行至坡底。

3.3电格缓速器

3.3.1磁极的安装与组成

电涡流缓速器结构如图6所示，由定子、转子及固定架等组成。定子由8个高导磁材料制

成的铁心组成,呈圆周分布,均匀安装固定架上。线圈绕组套装在铁心上,共同构成磁极。

圆周上相对两个励磁线圈串联或并联成•组磁极,相邻磁极极性相反;转子由前转子盘、后

转子盘和转子轴构成。转子盘呈圆环状，用导磁性能高且剩磁率低的铁磁材料制成。转子

通过连接凸缘与传动轴相连，并随传动轴转动。前后转子盘和定子磁极间存在一极小的气

隙。

3.3.2励磁线圈通的原理

利用法拉第电磁感应原理:把汽车行驶的动能转化为成电涡流并且以热量的形式散发掉，从

而实现车辆的减速。

当接通缓速器的控制手柄开关（或踩下制动踏板）进行减速或制动时,励磁线圈通以直流电

流励磁，产生的磁场在定子磁极、气隙和前后转子盘之间构成回路。旋转的转子盘作切割

磁力线运动,其内部无数个闭合导线所包围的面积内磁通量发生变化,从而在转子盘内部产

生无数涡旋状的感应电流:即涡电流。

涡电流产生后，磁场对带电的转子盘产生阻止其转动的阻力（即制动力），阻力的方向可由弗

莱明（Fleniin）左手法则来判断。阻力的合力沿转子盘周向形成与其旋转方向相反的阻力矩。

涡流在具有一定电阻的转子盘内部流动时,产生焦耳热。车辆行驶的动能转变成热能,实现

车辆的减速。

3.3.3转速对制动力的影响

图7是台架试验测得的电涡流缓速器分档控制制动力矩随转子转速变化的特性曲线。随着

转速增加制动力矩迅速增大,达到一定转速时存在极大值,转速继续增加制动力矩有所卜.降。

制动力矩近似按电磁极对数（档位数）比例增加。图8是转子盘以稳定转速700r/min运转

时制动力矩随时间变化关系。曲线表明力矩随制动时间增加而逐渐下降,最大降幅可达40%

左右。

3.4液体力缓冲区装置

3.4.1转子与转子对置

液力缓速器主要由本体、智能控制装置.、操作装置等部分组成，本体中装有转子、定子、

动力连接法兰（与传动轴相连）、散热器、工作液管道、工涂液贮槽、壳体等组成，如图9

所示。

转子与定子对置,定子固定在缓速器壳体上,转子后端经连接法兰与传动轴连接,前端通过

花键与变速器输出轴相连,转子和定子均铸出叶片。转子随传动轴转动，定子和转子对置

形成工作腔,并与工作液贮槽相通。散热器冷却水管与发动机冷却系统相连,利用发动机冷

却系统散热。

3.4.2快速性以及热压

制动时通过控制阀向油池施加气压，使工作液充入转子与定子间的空腔内。由于工作液的

阻尼作用在转动的转子上产生阻力矩，使转子和传动轴的转动减速,车辆的动能转变成热能,

实现缓速作用。吸收热能的工作液流经散热器将热量散发在周围环境中。缓速力矩的大

小取决于工作腔内工作液的物理性质、压力和数量，转子和定子的叶片结构形式，以及传动

轴的转速等参数。

3.4.3制动力动力随转速的变化范围，注意各至10

ZF液力缓速器的制动特性如图10所示。随着转速的增加，制动力矩迅速上升，到某一定值

后达到稳定。处于低制动强度级时制动力矩稳定在较宽的速度内，处于高制动强度时，制动

力矩随转速的稳定范围变窄。

从整个特性曲线来看,制动力矩儿乎与制动强度成正比例。该特性对于车辆的稳定减速是

有益的。

4辅助安装的优缺点

4.1制动装置的改进

与行车制动装置相比，辅助制动具有如下优点：

1）辅助制动装置由于均安装在主减速器的前部,实现了制动力在左右车轮上的均匀分配，

不会造成制动跑偏,提高了车辆制动安全性。

2)辅助制动装置是连续制动的，只在制动初期对车辆产生一定的冲击，在制动过程中不会

产生冲击，提高乘坐舒适性。

3)辅助制动装置有效分流了车辆制动负荷，降低制动盘(或制动鼓)的温度，提高行车制动

系的制动效能,延长其寿命和更换周期,提高车辆下坡时的平均行驶速度和经济性。

4.2缓速器和液力缓速器

1)辅助制动装置增加了车辆的整备质量，尤其是电涡流缓速器和液力缓速器,重量大，结构

复杂。

2)辅助制动装置中排气制动器和发动机缓速器由于制动力矩相对较小,单独使用已很难满

足UN-ECER13法规附件4要求。

5发展趋势

随着汽车技术的快速发展，涉及汽车行驶安全的辅助制动技术也得到了长足进步，主要表现

在以下几个方面。

5.1电子控制技术在支持领的情况下的应用

5.1.1abs的安装

ABS是防抱死制动系统(Anti-lockBrakingSystem)的简称，1998年美国和欧盟所有成员

国要求新车必须安装ABS系统。ABS系统通过控制车轮的滑移率,防止制动过程中车轮抱死,

提高地面附着系数的利用率，保持车辆的方向性和稳定性,减少制动距离。

5.1.2ebs制动系统

EBS是电控制动系统(ElectricBrakingSystem)的简称,在ABS的基础上采用电子控制取

代传统的机械传动控制制动系统以达到良好的制动效果,增加汽车制动安全性。EBS主要包

括3个部分，即电-气制动系统EPB、防抱死制动系统ABS和防滑控制装置ASR,旨在优化车

辆的牵引和制动,使制动力稳定在一定的附着-滑移范围内，确保所有制动桥同时快速作用，

将车辆制动时产生的冲击降低到最小,对行车制动器产生的磨损和温度均衡,减少制动距离,

提高制动蹄片寿命达20%。安装了ABS的气压制动系统可以使时速96.5km/h的载货汽车

在76.4〜85.4m之间完全停住，而安装了EBS系统的载货汽车可以将停车距离再缩短15%。

5.1.3制动力分配比例

EBD是电子制动力分配系统(ElectricBrakeforceDistribution)的简称,EBD根据汽车制

动时产生轴荷转移的不同，自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS

提高制动稳定性。在制动过程中高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对4只轮胎附着的不

同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使4只轮胎的制动装置根据不同的情况用

不同的方式和力量制动,并在运动中不断高速调整，让制动力与牵引力更加匹配,达到更有

效的安全制动。

5.1.4有效控制驾驶错误

ESP是电子稳定程序(ElectronicStabiltyProgram)的简称,包含ABS及ASR,是这两种系

统功能上的延伸。ESP相当于在驾驶室内安装了4个刹车踏板,在适当的时刻分别对•4