汽車制動系統(tǒng)設(shè)計§0

概述

汽車制動系是用以強(qiáng)制行駛中的汽車減速或停車、使下坡行駛的汽車車速保持穩(wěn)定以及使已停駛的汽車在原地(包括在斜坡上)駐留不動的機(jī)構(gòu)。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行車安全，汽車制動系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動性能良好、制動系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動力性能。

汽車制動系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動裝置，即行車制動裝置和駐車制動裝置；重型汽車或經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車要增設(shè)應(yīng)急制動裝置及輔助制動裝置；牽引汽車應(yīng)有自動制動裝置。

行車制動裝置用作強(qiáng)制行駛中的汽車減速或停車，并使汽車在下短坡時保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速。其驅(qū)動機(jī)構(gòu)常采用雙回路或多回路結(jié)構(gòu)，以保證其工作可靠。

駐車制動裝置用于使汽車可靠而無時間限制地停駐在一定位置甚至斜坡上，它也有助于汽車在坡路上起步。駐車制動裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動機(jī)構(gòu)而不用液壓或氣壓式的，以免其產(chǎn)生故障。

應(yīng)急制動裝置用于當(dāng)行車制動裝置意外發(fā)生故障而失效時，則可利用應(yīng)急制動裝置的機(jī)械力源(如強(qiáng)力壓縮彈簧)實(shí)現(xiàn)汽車制動。應(yīng)急制動裝置不必是獨(dú)立的制動系統(tǒng)，它可利用行車制動裝置或駐車制動裝置的某些制動器件。應(yīng)急制動裝置也不是每車必備，因?yàn)槠胀ǖ氖至︸v車制動器也可以起應(yīng)急制動的作用。

輔助制動裝置用于山區(qū)行駛的汽車上，利用發(fā)動機(jī)排氣制動、電渦流或液力緩速器等輔助制動裝置，則可使汽車下長坡時長時間而持續(xù)地減低或保持穩(wěn)定車速并減輕或解除行車制動器的負(fù)荷。通常，在總質(zhì)量為5t以上的客車上和12t以上的載貨汽車上裝備這種輔助制動減速裝置。

自動制動裝置用于當(dāng)掛車與牽引汽車連接的制動管路滲漏或斷開時，能使掛車自動制動。

任何一套制動裝置均由制動器和制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩部分組成。制動器有鼓式與盤式之分。行車制動是用腳踩下制動踏板操縱車輪制動器來制動全部車輪，而駐車制動則多采用手制動桿操縱，且具有專門的中央制動器或利用車輪制動器進(jìn)行制動。中央制動器位于變速器之后的傳動系中，用于制動變速器第二軸或傳動軸。行車制動和駐車制動這兩套制動裝置必須具有獨(dú)立的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)。行車制動裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，分液壓和氣壓兩種型式。用液壓傳遞操縱力時還應(yīng)有制動主缸和制動輪缸以及管路；用氣壓操縱時還應(yīng)有空氣壓縮機(jī)、氣路管道、貯氣筒、控制閥和制動氣室等。

過去，大多數(shù)汽車的駐車制動和應(yīng)急制動都使用中央制動器，其優(yōu)點(diǎn)是制動位于主減速器之前的變速器第二軸或傳動軸的制動力矩較小，容易滿足操縱手力小的要求。但在用作應(yīng)急制動時，往往使傳動軸超載?，F(xiàn)代汽車由于車速提高，對應(yīng)急制動的可靠性要求更嚴(yán)，因此，在中、高級轎車和部分總質(zhì)量在1.5t以下的載貨汽車上，多在后輪制動器上附加手操縱的機(jī)械式驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使之兼起駐車制動和應(yīng)急制動的作用，從而取消了中央制動器。重型載貨汽車由于采用氣壓制動，故多對后輪制動器另設(shè)獨(dú)立的由氣壓控制而以強(qiáng)力彈簧作為制動力源的應(yīng)急兼駐車制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，不再設(shè)置中央制動器。但也有一些重型汽車除了采用了上述措施外，還保留了由氣壓驅(qū)動的中央制動器，以便提高制動系的可靠性。制動系應(yīng)滿足如下要求：(1)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。各項(xiàng)性能指標(biāo)除應(yīng)滿足設(shè)計任務(wù)書的規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)制定的有關(guān)要求外，也應(yīng)考慮銷售對象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。我國的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)是GB12676-1999《汽車制動系結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》、GB7258《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》。(2)具有足夠的制動效能，包括行車制動效能和駐坡制動效能。

行車制動效能是用在一定的制動初速度下或最大踏板力下的制動減速度和制動距離兩項(xiàng)指標(biāo)來評定，它是制動性能最基本的評價指標(biāo)。表1給出了歐、美、日等國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)對這兩項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)定。綜合國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，可以認(rèn)為：進(jìn)行制動效能試驗(yàn)時的制動減速度j，轎車應(yīng)為5.8～7m/s2（制動初速度v=80km／h）；載貨汽車應(yīng)為4.4～5.5m／s2(制動初速度見表1)。相應(yīng)的最大制動距離ST：轎車為ST=0.1v+v2/150；貨車為ST=0.15v+v2/115，式中第一項(xiàng)為反應(yīng)距離；第二項(xiàng)為制動距離，ST單位為m；v單位為km／h。我國一般要求制動減速度j不小于0.6g(5.88m／s2)，其條件如下：轎車制動初速度50～80km/h、踏板力不大于400N；小型客車（9座以下）和輕型貨車（總重3.5t以下）制動初速度50～80km/h、踏板力不大于500N;其它汽車制動初速度30～60km/h、踏板力不大于700N。但實(shí)際上踏板力值比法規(guī)規(guī)定小，要考慮操縱輕便性與同類車比較來確定。一般在水平干燥的瀝青、混泥土路面上以初速度30km/h制動時，制動距離應(yīng)保證：對輕型貨車和轎車不大于7m，中型貨車不大于8m，重型貨車不大于12m。駐坡效能是以汽車在良好路面上能可靠而無時間限制地停駐的最大坡度(%)來衡量。一般對輕型貨車應(yīng)不小于25%，中型貨車不小于20%，牽引車不小于12%。駐車制動的手控制力，對于轎車和小型客車不超過400N，其它車不超過600N。(3)工作可靠。汽車至少應(yīng)有行車制動和駐車制動兩套制動裝置，且它們的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。行車制動裝置的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的管路，當(dāng)其中一套失效時，另一套應(yīng)保證汽車制動效能不低于正常值的30%；駐車制動裝置應(yīng)采用工作可靠的機(jī)械式制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)。(4)制動效能的熱穩(wěn)定性好。汽車的高速制動、短時間內(nèi)的頻繁重復(fù)制動，尤其是下長坡時的連續(xù)制動，都會引起制動器的溫升過快，溫度過高。特別是下長坡時的頻繁制動，可使制動器摩擦副的溫度達(dá)300℃～400℃，有時甚至高達(dá)700℃。此時，制動摩擦副的摩擦系數(shù)會急劇減小，使制動效能迅速下降而發(fā)生熱衰退現(xiàn)象。制動器發(fā)生熱衰退后，經(jīng)過散熱、降溫和一定次數(shù)的和緩使用使摩擦表面得到磨合，其制動效能可重新恢復(fù)，這稱為熱恢復(fù)。提高摩擦材料的高溫摩擦穩(wěn)定性，增大制動鼓、盤的熱容量，改善其散熱性或采用強(qiáng)制冷卻裝置，都是提高抗熱衰退的措施。一般要求在初速為最高車速的80%時，以約0.3g的減速度重復(fù)進(jìn)行15～20次制動到初速度的1/2的衰退試驗(yàn)后，其熱態(tài)制動效能應(yīng)達(dá)到冷態(tài)制動效能的80%以上。(5)制動效能的水穩(wěn)定性好。制動器摩擦表面浸水后，會因水的潤滑作用使摩擦系數(shù)急劇減小而發(fā)生所謂的“水衰退”現(xiàn)象。一般規(guī)定在出水后反復(fù)制動5～15次，即應(yīng)恢復(fù)其制動效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢復(fù)迅速。也應(yīng)防止泥沙、污物等進(jìn)入制動器工作表面，否則會使制動效能降低并加速磨損。某些越野汽車為了防止水和泥沙侵入而采用封閉的制動器。(6)制動時的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動，汽車都不應(yīng)當(dāng)失去操縱性和方向穩(wěn)定性。一般要求在進(jìn)行制動效能試驗(yàn)時，車輛的任何部位不得偏出3.7m的試驗(yàn)道。為此，汽車前、后輪制動器的制動力矩應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤詈媚茈S各軸間載荷轉(zhuǎn)移情況而變化；同一軸上左、右車輪制動器的制動力矩應(yīng)相同。否則當(dāng)前輪抱死而側(cè)滑時，將失去操縱性；后輪抱死而側(cè)滑甩尾，會失去方向穩(wěn)定性；當(dāng)左、右輪的制動力矩差值超過15%時，會發(fā)生制動時汽車跑偏。對于汽車列車，除了應(yīng)保證列車各軸有適當(dāng)?shù)闹苿恿Ψ峙渫?，也?yīng)注意主、掛車之間各軸制動開始起作用的時間，特別是主、掛車之間制動開始時間的協(xié)調(diào)。(7)制動踏板和手柄的位置和行程符合人機(jī)工程學(xué)要求，即操作方便性好，操縱輕便，舒適，能減少疲勞。踏板行程：對轎車應(yīng)不大于150mm；對貨車應(yīng)不大于170mm，其中考慮了摩擦襯片或襯塊的容許磨損量。制動手柄行程應(yīng)不大于160～200mm。各國法規(guī)規(guī)定，制動的最大踏板力一般為500N(轎車)～700N(貨車)。設(shè)計時，緊急制動(約占制動總次數(shù)的5%～10%)踏板力的選取范圍：轎車為200～300N；貨車為350～550N，采用伺服制動或動力制動裝置時取其小值。應(yīng)急制動時的手柄拉力以不大于400～500N為宜；駐車制動的手柄拉力應(yīng)不大于500N(轎車)～700N(貨車)。(8)作用滯后的時間要盡可能地短，包括從制動踏板開始動作至達(dá)到給定制動效能水平所需的時間(制動滯后時間)和從放開踏板至完全解除制動的時間(解除制動滯后時間)。一般要求這個時間盡可能短，對于氣制動車輛不得超過0.6s，對于汽車列車不得超過0.8s。(9)制動時制動系噪聲盡可能小，且無異常聲響。(10)與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動干涉，在車輪跳動或汽車轉(zhuǎn)向時不會引起自行制動。

(11)制動系中應(yīng)有音響或光信號等警報裝置以便能及時發(fā)現(xiàn)制動驅(qū)動機(jī)件的故障和功能失效；制動系中也應(yīng)有必要的安全裝置，例如一旦主、掛車之間的連接制動管路損壞，應(yīng)有防止壓縮空氣繼續(xù)漏失的裝置；在行駛過程中掛車一旦脫掛，亦應(yīng)有安全裝置驅(qū)使駐車制動將其停駐。(12)能全天候使用，氣溫高時液壓制動管路不應(yīng)有氣阻現(xiàn)象；氣溫低時氣制動管路不應(yīng)出現(xiàn)結(jié)冰。(13)制動系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長、制造成本低；對摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求，應(yīng)力求減小制動時飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維。汽車制動系設(shè)計的程序1.

設(shè)計的前提條件（1）汽車的參數(shù)汽車的滿載質(zhì)量、自重以及滿載和空載時的前、后軸負(fù)荷及重心高度，還有軸距和輪胎尺寸。（2）法規(guī)適合性決定制動系統(tǒng)、構(gòu)造和參數(shù)的最低要求是適合指定的法規(guī)。根據(jù)上述兩項(xiàng)最基本的前提條件，再加上市場的需求、使用條件、競爭性及本公司現(xiàn)生產(chǎn)情況確定設(shè)計方向。2.

制動操縱方式和制動系統(tǒng)的確定（1）研究、確定制動控制采用氣壓方式還是液壓（真空助力、真空增壓或油氣混合）方式（2）研究、確定制動系統(tǒng)的構(gòu)成①行車制動系統(tǒng)所采用雙回路或多回路，應(yīng)由那些部件構(gòu)成，這些部件是現(xiàn)有的還是需要選購或新設(shè)計，設(shè)計制動系統(tǒng)示意圖。②駐車制動采用中央制動器還是作用后輪（機(jī)械操縱還是彈簧制動缸）。③應(yīng)急制動的操縱是與行車制動或駐車制動結(jié)合，還是獨(dú)立操縱。④是否需要有輔助制動，采用排氣制動、液力緩速器或電渦流緩速器（3）汽車必需制動力及其前后分配的確定前提條件一經(jīng)確定，與前項(xiàng)的系統(tǒng)的研究、確定的同時，研究汽車必需的制動力并把它們適當(dāng)?shù)胤峙涞角昂筝S上，確定每個車輪制動器必需的制動力。此外，還應(yīng)研究、確定汽車必需的駐車制動力和應(yīng)急制動力。（4）

確定制動器制動力、摩擦片壽命及構(gòu)造、參數(shù)制動器必需制動力求出后，