第二十四章-汽车制动系统

第二十四章汽车制动系统第一节概述第二节制动器第三节人力制动系统第四节伺服制动系统第一节概述驾驶员能根据道路和交通情况，利用装在汽车上的一系列专门装置，迫使路面在汽车车轮上施加一定的与汽车行驶方向相反的外力，对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力，用于产生制动力的一系列专门装置称为制动系统。制动系统的功用是减速停车、驻车制动。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Mμ，在Mμ的作用下，车轮将对地面作用一个向前的力Fμ，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1）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。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、制动阀等。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。3．制动系统的类型1）按制动系统的功用分类（1）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。（2）驻车制动系统——使已停驶的汽车驻留原地不动的一套装置。（3）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。（4）辅助制动系统——在汽车下长坡时用以稳定车速的一套装置。2）按制动系统的制动能源分类（1）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。（2）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。（3）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。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的旋转元件是制动鼓，固定元件是制动蹄，制动时制动蹄在促动装置作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对鼓产生制动摩擦力矩。凡对蹄端加力使蹄转动的装置统称为制动蹄促动装置，制动蹄促动装置有轮缸、凸轮和楔。以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动器；以凸轮作为促动装置的制动器称为凸轮式制动器；用楔作为促动装置的制动器称为楔式制动器。1．轮缸式制动器1）领从蹄式制动器其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。北京BJ2023型汽车的后轮制动器即为领从蹄式制动器。该制动器由前制动蹄、后制动蹄、制动底板、制动轮缸、制动蹄限位装置、制动蹄间隙调整装置等构成。其中，汽车前进时前制动蹄为领蹄，摩擦片面积（包角）较大，后制动蹄为从蹄，摩擦片面积（包角）较小，安装时要注意领从蹄不可互换。上海桑塔纳轿车后轮制动器也是领从蹄式制动器。其制动蹄下端的支承方式为浮式支承，具有间隙自调机构，该制动器也同时作为驻车制动器，所以还带有一套驻车制动的操纵机构。2）双领蹄和双向双领蹄式制动器汽车前进时两个制动蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器。双领蹄式制动器的结构特点是，每一制动蹄都用一个单活塞制动轮缸促动，固定元件的结构布置是中心对称式。双向双领蹄式制动器使用了两个双活塞轮缸，无论汽车前进还是倒车，都是双领蹄式制动器，故称双向双领蹄式制动器3）双从蹄式制动器汽车前进时两个制动蹄均为从蹄的制动器为双从蹄式制动器。双领蹄、双向双领蹄、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。4）单向和双向自增力式制动器（1）单向自增力式制动器其特点是两个制动蹄只有一个单活塞的制动轮缸，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，但倒车时能产生的制动力很小。（2）双向自增力式制动器其特点是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。无论汽车前进还是倒车，都与自增力式制动器相当，故称双向自增力式制动器。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。（1）手动调整装置①转动调整凸轮和带偏心轴颈的支承销凸轮固定在制动底板上，支承销固定在制动蹄上，沿图中箭头所示方向转动调整凸轮时，通过支承销将制动蹄向外顶，制动器间隙将减小。②转动调整螺母有些制动器轮缸两端的端盖制成调整螺母，用一字螺丝刀拨动调整螺母的齿槽，使螺母转动，带螺杆的可调支座便向内或向外作轴向移动，使制动蹄上端靠近或远离制动鼓，制动间隙减小或增大。间隙调整好以后，用锁片插入调整螺母的齿槽中，固定螺母位置。③调整可调顶杆长度可调顶杆由顶杆体、调整螺钉和顶杆套组成。顶杆套一端具有带齿的凸缘，套内制有螺纹，调整螺钉借螺纹旋入顶杆套内。拨动顶杆套带齿的凸缘，可使调整螺钉沿轴向移动，从而改变了可调顶杆的总长度，调整了制动器间隙。此调整方式仅适用于自增力式制动器。（2）自动调整装置现在很多汽车的制动器都装有制动器间隙自动调整装置，它可以保证制动器间隙始终处于最佳状态，不必经常人工检查和调整。①摩擦限位式间隙自调装置用以限定不制动时制动蹄内极限位置的限位摩擦环装在轮缸活塞内，限位摩擦环是一个有切口的弹性金属环，压装入轮缸后与缸壁之间的摩擦力可达400～550N。如果制动器间隙过大，活塞向外移动靠在限位环上仍不能正常制动，活塞将在油压作用下克服制动环与缸壁间的摩擦力继续向外移动，摩擦环也被带动外移，解除制动时，制动器复位弹簧不可能带动摩擦环回位，也即活塞的回位受到限制，制动器间隙减小。摩擦限位式间隙自调装置也可以装在制动蹄上，其工作原理与装在轮缸内的摩擦限位环相似。②楔块式间隙自调装置桑塔纳轿车的制动器间隙主要依靠楔形调节块调整。2．凸轮式制动器凸轮式制动器是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。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。为了防止蜗杆轴自行转动改变制动器间隙，下图a）采用的是类似变速器锁定机构的锁止球锁定，b）采用的是锁止套锁定。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。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。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。1．钳盘式制动器1）定钳盘式制动器其特点是制动盘两侧的制动块用两个液压缸单独促动。钳盘式制动器的活塞密封圈除了起密封作用外，还兼起活塞回位作用和调整间隙的作用。正常制动时，密封圈发生弹性变形，解除制动时，密封圈恢复变形，带动活塞一起回位。当制动器间隙过大时，活塞相对密封圈移动，回位时移动部分不可能恢复，移动量即为所调整的间隙量。还有一些轿车和货车采用专门的摩擦限位一次调准式间隙自调装置。定钳盘式制动器存在着以下缺点：①油缸较多，使制动钳结构复杂；②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；③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；④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。2）浮钳盘式制动器按制动钳的运动方式，浮钳式制动器又可分为滑动钳盘式制动器和摆动钳盘式制动器，其中滑动钳盘式制动器应用更广。滑动钳盘式制动器的特点是：制动钳可以相对制动盘作轴向滑动；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。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。此时，由于扭簧的阻碍，自调螺母不可能倒转着相对于螺杆向右移动。于是轴向推力通过活塞传到制动块上而实现制动。解除驻车制动时，自调螺杆在膜片弹簧的作用下，随着驻车制动杠杆复位。2．全盘式制动器全盘式制动器摩擦副的固定元件和旋转元件都是圆盘形的，分别称为固定盘和旋转盘，其工作原理与摩擦离合器相似。3．盘式制动器的优缺点分析1）盘式制动器与鼓式制动器相比具有以下优点:（1）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；（2）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；（3）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；（4）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；（5）较容易实现间隙自动调整，其他维修作业也较简便。2）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人力制动系统的制动能源是驾驶员的肌体。按其传动装置的结构形式，人力制动系统有机械式和液压式两种，前者只用于驻车制动。一、机械制动系统机械制动系统目前主要用于驻车制动，因为驻车制动系统必须可靠地保证汽车在原地停驻，并在任何情况下不致自动滑行。这一点只有用机械锁止方法才能实现。下图所示的红旗轿车利用后轮鼓式制动器为驻车制动器，用驻车制动操纵手柄控制驻车制动。二、人力液压制动系统1．人力液压制动系统的组成和工作过程人力液压制动系统主要由制动踏板、制动主缸、制动轮缸和油管等构成。其工作过程是：踩下制动踏板，制动主缸中产生的高压油液通过油管传到各个轮缸，从而产生制动作用。2．制动主缸现代轿车最常用是串联双腔制动主缸，即两个单腔制动主缸串联在一起，形成双回路制动系统，而且当一个回路失效时，制动主缸必须保证另一个回路仍能工作。装备有制动防抱死装置(ABS)的制动系统，在行车制动时，由于制动压力调节器的作用使主缸内液压发生波动，主缸活塞产生前后窜动，其液压变化频率可达4～10次/s，缸内高压可达20MPa。这样，处在补偿孔和旁通孔之间的活塞皮碗就会发生过度磨损，甚至发生切削现象，使皮碗早期损坏。为此，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