汽车制动系统研究论文.docx

汽车制动系统研究论文

摘要.....................................................................Ⅰ

Abstract..................................................................Ⅰ

1绪论....................................................................1

1.1选题的目的和意义....................................................1

1.2汽车制动系统的概述..................................................1

2制动器..................................................................3

2.1鼓式制动器..........................................................3

2.2盘式制动器.........................................................10

2.3盘式制动器与鼓式制动器相比.........................................12

3制动系统...............................................................13

3.1人力制动系统.......................................................13

3.2伺服制动系统.......................................................15

3.3动力制动系统.......................................................18

3.4制动力调节装置.....................................................21

3.5辅助制动系统.......................................................30

4制动系统的发展.........................................................32

4.1制动系统的历史.....................................................32

4.2制动系统的现状.....................................................32

4.3制动系统的发展.....................................................33

5设计总结...............................................................36

致谢......................................................................37

参考文献..................................................................38

1绪论

1.1选题的目的和意义

汽车制动系统是汽车最重要系统之一，从汽车诞生时起，该系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色，特别是近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。

汽车制动系统是为了使高速行驶的汽车能减速或停车而设计的。

如果该系统不能正常工作，车上的驾驶员和乘客将受到车祸的伤害，所以分析和研究汽车制动系统具有极其重要的意义，特别是对于汽车专业的毕业生来说，意义更加非凡！

1.2汽车制动系统的概述

使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车速度保持稳定，以及使已停止的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。

对汽车起到制动作用的力是作用在汽车上，其方向与汽车行驶的方向相反。

作用在行驶汽车上的滚动阻力、上坡阻力、空气阻力都能对汽车起到制动作用，但这些外力的大小都是随机的、不可控制的。

因此汽车上必须装设一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，使外界（主要是路面）对汽车某部分（主要是车轮）施加一定的力，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。

1.2.1制动系统的工作原理

以蹄式制动器为列：

驾驶员经制动系控制装置，操纵制动器的不旋转元件制动蹄对旋转元件制动鼓（与轮毂连接）制动，从而产生Ｍτ（制动力矩）。

制动力矩经车轮与地面的附着作用生成Ｐτ（制动力），制动力作用于→车轮→车桥→悬架→车架（身），汽车减速，直至停车。

其原理图如下：

图1.2.1

1.制动踏板　2.隔板　3.推杆　4.制动主缸　5.油管　6.轮胎　7.轮缸　

8.回位弹簧　9.摩擦片　10.制动鼓　11.制动蹄　12.支承销　13.凸轮　14.限位螺母

1.2.2制动系统的组成

制动系统是由制动器和制动驱动机构组成的。

制动器是指产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助系统中的缓冲装置。

而制动驱动机构主要包括供能装置、控制装置、传动装置，其中供能装置是指包括供给、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；控制装置是指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；传动装置是指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；

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。

制动系统的组成如下图所示：

图1.2.2

1.2.3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——用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的一套专用装置。

它是行车过程中经常使用的装置；

2）驻车制动系统——用以使已停驶的汽车驻留原地不动的一套装置；

3）应急制动系统——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——在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将汽车紧急制停的一套装置。

（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）动力制动系统——完全依靠发动机的动力转化成的气压或液压进行制动的制动系统；

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。

（3）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。

同时采用两种以上传能方式的制动系统可称为组合式制动系统。

传动装置采用单一气压或液压回路的制动系统为单回路制动系统。

这种制动系统中，只要有一处损坏或漏气（或漏油），整个系统即行失效。

为此，我国自1988年始，规定所有汽车必须采用双回路制动系统。

在双回路制动系统中，所有行车制动器的气压或液压管路分属于两个彼此隔绝的回路。

这样，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。

2制动器

制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的部件。

它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，其中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。

2.1鼓式制动器

鼓式制动器有内张行和外束型两种。

前者的制动鼓以内圆柱面为工作面，在汽车上应用广泛；后者制动鼓的工作面则是外圆柱面，目前只有极少数汽车用做驻车制动器。

制动器以液压制动轮缸作为制动促动装置的称为轮缸式制动器。

此外，还有用凸轮制动促动装置的凸轮式制动器和用楔促动装置的楔式制动器。

2.1.1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。

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，摩擦片面积较小。

图2.1.1.1

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。

双向双从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。

图2.1.1.2

（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。

图2.1.1.3

左右两侧车轮的双领蹄式制动器若对调安装，便都成为在制动鼓正向旋转时两蹄均为从蹄的双从蹄式制动器。

当然，这只是说，这两种制动器的原则差异只在于固定元件与旋转元件的相对运动方向不同，实际上无论是双领蹄还是双从蹄式制动器，都必须有防止左右装错的结构措施。

显然，双从蹄式制动器的前进制动效能低于双领蹄式和领从蹄式制动器。

但其制动效能对摩擦因数变化的敏感程度较小，即具有良好的制动效能稳定性。

（4）单向和双向自增力式制动器

1）单向自增力式制动器

罗马尼亚产的布切奇113N型货车前轮就是单向自增式制动器，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。

图2.1.1.4

2）双向自增力式制动器

日本丰田皇冠轿车后轮制动器就属于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。

图2.1.1.5

以上介绍的各种轮缸式制动器各有利弊。

就制动效能而言，在基本结构参数和轮缸工作压力相同的条件下，自增力式制动器由于对摩擦助势作用利用得最为充分而居首位，一下依次为双领蹄式、领从蹄式和双从蹄式。

但蹄毂之间的摩擦因数是一个不确定的因素，随制动鼓和摩擦片的材料、温度和表面状况（如是否沾水、沾油，是否有烧结现象）的不同，可在很大范围内变化。

自增力式制动器的效能对摩擦因数的依赖最大，因而其效能的稳定性最差。

此外，在制作过程中，自增力式制动器制动力矩的增长在某些情况下显得过于急速。

双向自增力式制动器多用于轿车后轮，原因之一是便于兼充驻车制动器。

单向自增力式制动器只用于中、轻型汽车的前轮，因倒车制动时对前轮制动器效能要求不高。

双从蹄式制动器的制动效能虽然最低，但却具有最良好的效能稳定性，因而还是有少数华贵轿车为保证制动可靠性而采用；双领蹄式、双向双领蹄式和双从蹄式等具有两个轮缸的制动器，最适合布置双回路制动系统；领从蹄式制动器发展最早，其效能和效能稳定性均居中游，具有结构简单等优点，故目前仍相当广泛地用于各种汽车。

（5）轮缸式制动器间隙的调整

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。

制动间隙的调整有手动调整和自动调整两种方法。

1）手动调整装置

一般在制动鼓板外边开有一个检查孔，以便用塞尺检查摩擦片与制动鼓之间的间隙（制动间隙）是否符合规定值，否者要用下列的方法进行调整：

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。

图2.1.1.6

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。

图2.1.1.7

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。

图2.1.1.8

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。

图2.1.1.9

②楔块式间隙自调装置。

上海桑塔纳、奥迪100型轿车以及红旗CA7220型轿车后轮制动器的间隙调整，均采用楔块式自调装置。

图2.1.1.10

③阶跃式间隙自调装置。

由于摩擦副磨损或者是制动受鼓热膨胀而造成过大变形时，一次调准式自调式装置将不加区别地一律随时加以补偿，这就会造成“调整过头”。

而为了避免“调整过头”，许多制动器采用了阶跃式间隙自调装置。

这样的制动器在装车后要进行多次（可能达20次以上）制动动作，才能消除所累积的过量间隙。

应当指出：

制动器工作时，摩擦所产生的热绝大部分传给了制动鼓，使其温度升高。

制动器升温后将膨胀而使制动器间隙增大，制动效能降低。

为了减少温升，应当使制动鼓有较大的热容量，因此制动鼓都是具有足够大的质量。

有些汽车的制动鼓外表面还铸有若干肋片，以增加散热面积和刚度。

2.1.2凸轮式制动器

目前，所有国产汽车和部分外国汽车的气压制动系统中，都采用凸轮促动的车轮制动器，而且大部分设计成领从蹄式。

凸轮促动的双向自增力式制动器只宜用做中央制动器。

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。

如东风EQ1090E型汽车的前轮制动器和解放CA1091型汽车的前轮制动器都是采用凸轮式制动器。

凸轮式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。

图2.1.2.1

而凸轮式制动器在制动时，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。

图2.1.2.2

2.1.3楔式制动器

楔式制动器中两蹄的布置可以是领从蹄式，也可以是双向双领蹄式。

作为制动促动件的制动楔本身的促动装置，可以是机械式、液压式或气压式。

美国WABC（威斯汀豪斯气压制动器公司）120C型重型自卸汽车前轮用的就是双向双领蹄楔式制动器，其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。

图2.1.3

2.2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，此圆盘称为制动盘。

其固定元件则有多种结构形式，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，但其制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，故该类制动器称为全盘式制动器。

而对于钳盘式制动器和全盘式制动器来说，前者更为常用。

2.2.1钳盘式制动器

钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。

（1）定钳盘式制动器

定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上，既不能旋转，也不能沿制动盘轴线方向移动，因而必须在制动盘两侧的钳体中都装设制动块促动装置（如液压缸），以便分别将两侧的制动块压向制动盘。

其特点是制动盘两侧的制动块用两个液压缸单独促动。

定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。

我国南京汽车制造厂生产的依维柯轻型汽车的前轮制动器和丰田皇冠轿车的前轮制动用的都是定钳盘式制动器，其工作原理图如下：

图2.2.1.1

定钳盘式制动器中液压缸的结构与制造工艺都和一般的制动轮缸相似，故在20世纪50年代中期盘式制动器问世以来即采用了这种结构，直到60年代末仍然盛行。

但是这种制动器存在以下缺点：

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。

这些缺点使得定钳盘式制动器难以适应现在汽车的使用要求，在20世纪70年代就逐渐被浮钳式制动器所取代。

（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。

国产红旗CA7220型、奥迪100型和上海桑塔纳轿车以及北京切诺基BJ2021型轻型越野汽车的前轮制动器就是按照浮钳盘式制动器的工作原理设计的。

浮钳盘式制动器的工作原理如下图所示：

图2.2.1.2

2.2.2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。

法国产的梅西尔多片全盘式制动器的结构如下图所示：

图2.2.2

2.3盘式制动器与鼓式制动器相比

2.3.1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）盘式制动器较容易实现间隙自动调整，其他维修作业也较简便。

2.3.2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。

目前，盘式制动器已广泛应用于轿车。

但除了一些高性能轿车上用于全部车轮以外，大部分只有做前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期获得汽车在较高速下制动时的方向稳定性。

在货车上，盘式制动器目前也采用得不少，但离普及还有相当距离。

3制动系统

3.1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，其中前者只用于驻车制动。

3.1.1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。

   机械式驻车制动系统的控制装置和传动装置，主要由杠杆、拉杆、轴、摇臂等机械零件组成。

其制动可以是行车制动系统共用的车轮制动（如红旗的CA7220型、奥迪100型和桑塔纳等轿车），也可以是专设的中央制动器（如红旗的CA7560型、北京BJ2020N型、解放CA1091型、东风EQ1090E型等汽车），但是采用中央制动器的驻车制动系统不宜用于应急制动，因为其制动力矩是作用在传动轴上的，在汽车行驶中应急制动时，极易造成传动轴和驱动桥严重超载荷，还可能因差速器壳被抱死而发生左、右两驱动轮方向旋转，致使汽车制动时跑偏或者掉头。

桑塔纳的机械式驻车制动系统的基本组成及其工作原理如下图所示：

图3.1.1

3.1.2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、制动轮缸和油管等组成。

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。

图3.1.2.1

（2）制动主缸

为了提高汽车行驶的安全性，根据交通法规的要求，现代汽车的行车制动系统都采用了双回路制动系统，也就是采用串列双腔主缸（单缸制动主缸已被淘汰）组成的双回路液压制动系统。

目前，采用双回路液压制动系统的几乎都是伺服制动系统或动力制动系统。

但是，在某些微型或轻型汽车上，为了结构简单，在制动踏板力不超出驾驶员体力范围的情况下，也有一些车型采用双列制动主缸组成双回路液压制动系统。

串联双腔制动主缸就是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，制动主缸的另一个回路仍能工作，只是所需踏板行程加大，同时将导致汽车的制动距离增长，制动效能降低。

原吉林JL1010B型微型汽车人力液压系统中采用的就是串联双腔制动主缸。

该主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起而构成，如下图所示：

图3.1.2.2

（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。

单活塞制动轮缸如下图所示，它是北京BJ2020N型汽车双领蹄式前轮制动器配用的制动轮缸。

它借活塞端面凸台保持的进油间隙形成轮缸内腔。

图3.1.2.3

双活塞制动轮缸如下图所示，它是解放CA