汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)§0

概述

汽車制動(dòng)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(dòng)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(dòng)系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動(dòng)性能良好、制動(dòng)系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動(dòng)力性能。

汽車制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)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(dòng)裝置及輔助制動(dòng)裝置；牽引汽車應(yīng)有自動(dòng)制動(dòng)裝置。

行車制動(dòng)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(shí)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速。其驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置用于使汽車可靠而無時(shí)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(dòng)裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置用于當(dāng)行車制動(dòng)裝置意外發(fā)生故障而失效時(shí)，則可利用應(yīng)急制動(dòng)裝置的機(jī)械力源(如強(qiáng)力壓縮彈簧)實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)。應(yīng)急制動(dòng)裝置不必是獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，它可利用行車制動(dòng)裝置或駐車制動(dòng)裝置的某些制動(dòng)器件。應(yīng)急制動(dòng)裝置也不是每車必備，因?yàn)槠胀ǖ氖至︸v車制動(dòng)器也可以起應(yīng)急制動(dòng)的作用。

輔助制動(dòng)裝置用于山區(qū)行駛的汽車上，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)、電渦流或液力緩速器等輔助制動(dòng)裝置，則可使汽車下長坡時(shí)長時(shí)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(dòng)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(dòng)減速裝置。

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

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

過去，大多數(shù)汽車的駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)都使用中央制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)位于主減速器之前的變速器第二軸或傳動(dòng)軸的制動(dòng)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(dòng)時(shí)，往往使傳動(dòng)軸超載?，F(xiàn)代汽車由于車速提高，對應(yīng)急制動(dòng)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(dòng)器上附加手操縱的機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使之兼起駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)的作用，從而取消了中央制動(dòng)器。重型載貨汽車由于采用氣壓制動(dòng)，故多對后輪制動(dòng)器另設(shè)獨(dú)立的由氣壓控制而以強(qiáng)力彈簧作為制動(dòng)力源的應(yīng)急兼駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不再設(shè)置中央制動(dòng)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(dòng)的中央制動(dòng)器，以便提高制動(dòng)系的可靠性。制動(dòng)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(jì)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(dòng)系結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》、GB7258《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》。(2)具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車制動(dòng)效能和駐坡制動(dòng)效能。

行車制動(dòng)效能是用在一定的制動(dòng)初速度下或最大踏板力下的制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離兩項(xiàng)指標(biāo)來評定，它是制動(dòng)性能最基本的評價(jià)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(dòng)效能試驗(yàn)時(shí)的制動(dòng)減速度j，轎車應(yīng)為5.8～7m/s2（制動(dòng)初速度v=80km／h）；載貨汽車應(yīng)為4.4～5.5m／s2(制動(dòng)初速度見表1)。相應(yīng)的最大制動(dòng)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(dòng)距離，ST單位為m；v單位為km／h。我國一般要求制動(dòng)減速度j不小于0.6g(5.88m／s2)，其條件如下：轎車制動(dòng)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(dòng)初速度50～80km/h、踏板力不大于500N;其它汽車制動(dòng)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(dòng)時(shí)，制動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)和駐車制動(dòng)兩套制動(dòng)裝置，且它們的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。行車制動(dòng)裝置的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(shí)，另一套應(yīng)保證汽車制動(dòng)效能不低于正常值的30%；駐車制動(dòng)裝置應(yīng)采用工作可靠的機(jī)械式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。(4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。汽車的高速制動(dòng)、短時(shí)間內(nèi)的頻繁重復(fù)制動(dòng)，尤其是下長坡時(shí)的連續(xù)制動(dòng)，都會(huì)引起制動(dòng)器的溫升過快，溫度過高。特別是下長坡時(shí)的頻繁制動(dòng)，可使制動(dòng)器摩擦副的溫度達(dá)300℃～400℃，有時(shí)甚至高達(dá)700℃。此時(shí)，制動(dòng)摩擦副的摩擦系數(shù)會(huì)急劇減小，使制動(dòng)效能迅速下降而發(fā)生熱衰退現(xiàn)象。制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)，以約0.3g的減速度重復(fù)進(jìn)行15～20次制動(dòng)到初速度的1/2的衰退試驗(yàn)后，其熱態(tài)制動(dòng)效能應(yīng)達(dá)到冷態(tài)制動(dòng)效能的80%以上。(5)制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好。制動(dòng)器摩擦表面浸水后，會(huì)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(dòng)5～15次，即應(yīng)恢復(fù)其制動(dòng)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(dòng)器工作表面，否則會(huì)使制動(dòng)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(dòng)器。(6)制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動(dòng)，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(dòng)效能試驗(yàn)時(shí)，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(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?，最好能隨各軸間載荷轉(zhuǎn)移情況而變化；同一軸上左、右車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)相同。否則當(dāng)前輪抱死而側(cè)滑時(shí)，將失去操縱性；后輪抱死而側(cè)滑甩尾，會(huì)失去方向穩(wěn)定性；當(dāng)左、右輪的制動(dòng)力矩差值超過15%時(shí)，會(huì)發(fā)生制動(dòng)時(shí)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?dòng)力分配外，也應(yīng)注意主、掛車之間各軸制動(dòng)開始起作用的時(shí)間，特別是主、掛車之間制動(dòng)開始時(shí)間的協(xié)調(diào)。(7)制動(dòng)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(dòng)手柄行程應(yīng)不大于160～200mm。各國法規(guī)規(guī)定，制動(dòng)的最大踏板力一般為500N(轎車)～700N(貨車)。設(shè)計(jì)時(shí)，緊急制動(dòng)(約占制動(dòng)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(dòng)或動(dòng)力制動(dòng)裝置時(shí)取其小值。應(yīng)急制動(dòng)時(shí)的手柄拉力以不大于400～500N為宜；駐車制動(dòng)的手柄拉力應(yīng)不大于500N(轎車)～700N(貨車)。(8)作用滯后的時(shí)間要盡可能地短，包括從制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到給定制動(dòng)效能水平所需的時(shí)間(制動(dòng)滯后時(shí)間)和從放開踏板至完全解除制動(dòng)的時(shí)間(解除制動(dòng)滯后時(shí)間)。一般要求這個(gè)時(shí)間盡可能短，對于氣制動(dòng)車輛不得超過0.6s，對于汽車列車不得超過0.8s。(9)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)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(dòng)干涉，在車輪跳動(dòng)或汽車轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng)。

(11)制動(dòng)系中應(yīng)有音響或光信號等警報(bào)裝置以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)件的故障和功能失效；制動(dòng)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(dòng)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(dòng)將其停駐。(12)能全天候使用，氣溫高時(shí)液壓制動(dòng)管路不應(yīng)有氣阻現(xiàn)象；氣溫低時(shí)氣制動(dòng)管路不應(yīng)出現(xiàn)結(jié)冰。(13)制動(dòng)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(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維。汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)的程序1.

設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)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(jì)方向。2.

制動(dòng)操縱方式和制動(dòng)系統(tǒng)的確定（1）研究、確定制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成①行車制動(dòng)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(jì)，設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)示意圖。②駐車制動(dòng)采用中央制動(dòng)器還是作用后輪（機(jī)械操縱還是彈簧制動(dòng)缸）。③應(yīng)急制動(dòng)的操縱是與行車制動(dòng)或駐車制動(dòng)結(jié)合，還是獨(dú)立操縱。④是否需要有輔助制動(dòng)，采用排氣制動(dòng)、液力緩速器或電渦流緩速器（3）汽車必需制動(dòng)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(shí)，研究汽車必需的制動(dòng)力并把它們適當(dāng)?shù)胤峙涞角昂筝S上，確定每個(gè)車輪制動(dòng)器必需的制動(dòng)力。此外，還應(yīng)研究、確定汽車必需的駐車制動(dòng)力和應(yīng)急制動(dòng)力。（4）

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