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浅谈汽车制动系统
作者: 周应军 来源: 网友推荐 日期: 2003年05月25日

毋庸置疑,起着减速、行车制动、驻车制动等作用的制动系统(俗称,刹车)是车辆最重要的安全装置之一,并且在一定程度上制动系统已经成为车辆主动安全性的代名词。制动系统的性能优劣主要可通过可靠性、稳定性、操作力的传递性能、制动感及制动能力等几个方面来衡量。目前,国际上习惯以100公里/小时的车辆实施紧急制动后的制动距离来测定车辆制动系统的制动性能。例如,若制动距离为30米则表明该车具备了30米制动性能。

简单地说,制动系统是通过摩擦衬块夹紧旋转的制动盘或摩擦衬片压紧旋转的制动鼓来产生制动力的,在此过程中将由于摩擦而产生大量的摩擦热。所以,制动作用的原理就是把行驶中的汽车动能转换为热能从而实现使汽车减速的目的。对一辆时速为250公里/小时的重型轿车进行全制动时需要的制动功率高达1000千瓦,可见车辆对制动系统的技术要求是极其苛刻的。

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在每一个制动系统批量使用前,都需要对其进行最恶劣环境下的严格试验

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对一辆时速为250公里/小时的重型轿车进行全制动,需要1000千瓦的制动功率

制动系统分类

制动系统按照功能可分为行车制动系统、驻车制动系统、第二制动系统和辅助制动系统等。行车制动系统的功能是使行驶中的车辆减速,直至停车,是行车途中最频繁使用的制动功能之一;驻车制动系统是使已停驶的汽车驻留原地不动的装置;第二制动系统是在行车制动系统失效的情况下保证汽车仍能实现减速和停车的装置,在许多国家该系统已列为基本装置之一;辅助制动系统用于减缓或稳定车速的额外制动装置。

制动系统的组成

传统的制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个基本部分组成。

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汽车制动系统常见的部件包括:制动鼓、制动蹄片、制动盘、制动钳、摩擦衬块、钢索、液压泵、真空助力器、电子控制单元等等

一.供能装置

供能装置用于产生车辆制动所需的制动力,主要有人体机械能、空气压缩机及液压泵三种。由于汽车制动所需的制动力比较大且比较频繁,所以汽车制动主要采用空气压缩机和液压泵供能,对应的制动系统分别是气压制动系统和液压制动系统;人体机械能则主要用于轿车的驻车制动装置,驾驶者拉动手制动杆或踩压脚踏制动板,通过钢索对后车轮进行有效的驻车制动,以防止车辆停车时滑坡或溜动。另外,轿车由于内部空间紧凑且制动管路短,所以常采用液压制动系统;商用汽车(如客车、卡车、牵引车及挂车等)制动管路长及频繁进行长途市外行驶,所以常采用具有无泄漏污染及气源供应充足等优点的气压制动系统。

二.控制装置

控制装置包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件,其中制动踏板便是最简单的一种控制装置。随着电子技术在汽车中的大量应用,制动控制装置的电子化程度也越来越高,进而满足了各种先进制动功能的控制需要。

三.传动装置

传动装置是将供能装置产生的制动能量传输到制动器的媒介,主要有钢索、液压管路和气动管路。

四.制动器

制动器是产生阻碍车辆运动或运动趋势的力(制动力)的部件。根据制动力矩产生的方式不同,制动器可分为:摩擦制动器(利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦作用产生制动力矩的制动器)和缓速制动器,通常提及的制动器泛指摩擦制动器。目前各类汽车所采用的制动器可分为鼓式制动器和盘式制动器两大类。鼓式制动器的摩擦副中的旋转元件为制动鼓,其工作表面为圆柱面;盘式制动器的旋转元件为制动盘,以端面为工作表面。另外,根据旋转元件的安装位置不同,制动器又可分为车轮制动器和中央制动器两大类。其中,车轮制动器的旋转元件固装在车轮或半轴上,即制动力矩直接分别作用于两侧车轮上,其一般用于行车制动,也可兼用于第二制动(或应急制动)和驻车制动;中央制动器的旋转元件固装在传动系的传动轴上,其制动力矩需经过驱动桥再分配到两侧车轮上,其一般只用于驻车制动和缓速制动。

鼓式制动器有内张型和外束型两种。前者的制动鼓以内圆柱面为工作表面,在汽车上应用广泛;后者制动鼓的工作表面则是外圆柱面,目前只有极少数汽车将其用于驻车制动器。内张型鼓式制动器主要由制动鼓(形状似锅,安装在轮毂上,并与车轮同步旋转)、制动蹄片(圆弧状部件,两个一组,蹄片外侧粘有产生制动力矩的摩擦衬片)、固定销及制动分缸等。制动时,位于制动鼓内部的制动蹄片一端承受来自制动分缸的促动力后,绕其另一端的支点向外旋转,压靠到制动鼓内圆面上,进而产生摩擦力矩(制动力矩)。

盘式制动器主要由制动盘(安装在轮毂上与车轮形成整体旋转)和制动钳(固定在转向节等悬架构件上)组成。其中,制动盘有通风式和实心式两种;制动钳主要有浮动钳夹式(单活塞)、浮动叉式、固定钳夹式等几种。

与鼓式制动方式相比,盘式制动装置的机械部分外露,散热性能好,减少了由于摩擦热而产生了制动衰退现象,制动性能较稳定,所以现代轿车大多采用了盘式制动器,但是为了降低车辆成本,部分轿车在前轮采用盘式制动器的同时,后轮仍保留了鼓式制动器。

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液压盘式制动器的制动钳

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鼓式制动器及其摩擦衬片

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气压盘式制动系统的制动器总成

制动系统新技术

随着人们对汽车安全性要求的不断提高和电子技术的飞速发展,现今的汽车制动系统已经发生了革命性的进步。一方面,制动系统通过各种传感器的实时监控为制动系统的高效制动提供了更有效的安全保证;另一方面,制动系统与汽车其它系统构成了纵横交错的区域化网络,在实现智能化的制动控制的同时,还能进一步降低汽车的能源消耗;另外,随着新材料和新结构的大量应用,制动系统自身的可靠性也得到了进一步的改善。

一.防抱死制动系统ABS

防抱死制动系统ABS(Anti-lock Brake System)通过轮速传感器实时检测各车轮的转速,当车轮出现抱死/滑动的趋势/现象时,ABS电子控制单元ECU根据轮速传感器传送的信号实时调节对应车轮的制动力,以避免车轮发生抱死/滑动,进而提高车辆紧急制动工况下的转向操纵性及行驶稳定性,确保驾驶者能够进行有效地紧急避让操纵及缩短大多数路况下的紧急制动距离。

二.电子稳定程序控制系统ESP

电子稳定程序控制系统ESP(Electronic Stability Program)的车载微型计算机通过对来自转向、轮速、侧滑及加速度等传感器的信号监控车辆的运行状况,ESP系统一旦诊断出车辆存在侧滑倾向时,系统就立即通过制动、发动机和变速器等方面采取修正措施,以实现车辆平稳行驶。

三.线控制动系统

线控制动系统(Brake by-wire System)可分为电液制动系统EHB、全电制动系统EMB和混合制动系统三大类。

电液制动系统EHB(Electro-Hydraulic Brake)采用电子控制功能取代了传统制动系统中制动踏板与轮边制动器之间的机械及液压连接,即由电气控制替代了原先的杆系及液压管路连接。EHB系统在正常的制动过程中:首先,由踏板行程模拟器中集成的行程传感器及压力传感器感应驾驶者施加在踏板上制动力的速度及强度,以获得(识别)驾驶者的制动意图;然后,EHB计算机根据系统电气线路传输来的感应信号计算出各车轮所需的制动力;接着,液压执行单元根据EHB计算机输出的控制指令通过高压蓄能器分别向各车轮精确施加所需的制动力,使得车辆更快速、更稳定地制动或减速。车辆安装EHB系统后,便可以取消原先的真空制动增压器及发动机真空泵。同时,EHB系统的高压蓄能器中持续稳定的制动液压力可达140巴,完全能够快速响应驾驶者的制动指令。

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电液制动系统EHB布置图

图中英文的中文翻译:Electrohydraulic actuator for EHB, ABS, ASR, ESP——EHB、ABS、ASR及ESP的电液执行器;EHB-ECU——电液制动的ECU;Active, direction-sensitive WSS——轮速传感器;Brake operation unit with integrated pedal stroke sensor——集成了踏板行程传感器的制动控制单元;Steering wheel angle sensor——转向角传感器;Yaw rate and lateral acceleration sensor——侧滑率及横向加速度传感器;Engine management ECU——发动机管理ECU

全电制动系统EMB (Electro-Mechanical Brake)没有电液制动系统的高压储能器,其通过电机驱动将摩擦片推向制动盘,直接在制动钳上产生相应的制动力。由于EMB工作时无需液压,因此也被称为“干式”线控制动系统。

混合制动系统(Hybrid Brake System)是指前轮采用电液制动、后轮采用全电制动的混合式线控制动系统,是干式线控制动系统之前的过渡方案。因为,如果全套制动系统都采用全电制动技术,则需要42伏的电源以取得较高的前轮制动力,事实上该技术条件在未来的几年内还不可能成为现实。采用混合制动系统后,后轮的全电制动系统可沿用传统的12伏电压,同时,后轮制动回路可采用“即插即用(Plug and Play)”的安装方式,不仅安装和维护极为容易,而且还大大降低了技术创新的风险。

上述的线控制动系统都能够根据实际需要对各车轮制动力进行独立计算及控制,所以,线控系统能够缩短车辆制动距离,提高行车安全性。另外,线控制动系统还能够通过软件集成诸如防抱死制动ABS、电子稳定程序控制ESP及辅助制动BAS等功能,以进一步提高车辆制动的安全性及舒适性。

缓速制动技术

经常在山区行驶的汽车,如果单靠行车制动系统来达到下长坡时稳定车速的目的,则可能导致行车制动系统的制动器因过热而降低制动效能,甚至完全失效而导致危险事故的发生。所以那些经常出入山区的商用汽车和需要频繁制动的公交车及客车一般会增设辅助制动系统。这种以在不使用或少使用行车制动系统的条件下使车辆速度降低或保持稳定(但不能使汽车紧急制动)的辅助制动系统常被称为缓速制动装置。现在,汽车工程中使用的缓速制动技术主要有:

一. 发动机缓速

发动机缓速(制动)技术利用液压原理将车辆动力之源的发动机暂时转换为吸收(消耗)能量的缓速装置。这种安装在发动机顶部的缓速装置被称为发动机缓速器。发动机缓速器在运行过程中会产生一定的发动机制动噪声,其产生的缓速(制动)能量与发动机的转速成正比。

二. 排放缓速

排放缓速是利用安装在发动机排放系统上的缓速器通过约束(限制)排放气体的流量提高排放系统的背压,背压的提高约束了活塞的运动,进而降低了曲轴的转速,最终起到了制动的效果。排放缓速器在运行过程中不会产生制动噪声,其产生的缓速(制动)能量与发动机的转速RPM成正比。

三. 液力缓速

液力缓速是利用专设的液力缓速器来产生缓速作用。液力缓速器中有固定叶轮和旋转叶轮,后者一般由变速器驱动。其通过液力缓速器内的液力阻尼作用将由旋转叶轮输入的汽车动能转换为热能来实现缓速制动作用。

四. 电磁缓速

电磁缓速是利用专设的电磁缓速器来产生缓速作用。电磁缓速器的主要元件是由驱动轮通过传动系带动的盘状金属转子和由若干个固定不动的电磁铁组成的定子。当有电流通过定子的励磁线圈时,便产生了磁场,并对在此磁场中旋转的转子造成阻力矩,即制动力矩,进而产生了阻缓汽车运动的制动力。

五. 空气动力缓速

空气动力缓速通过使车身的某些活动表面钣件伸展来增加汽车空气阻力的方法起到缓速作用。目前,这种方法只用于竞赛汽车。

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制动系统的状况如何是性命攸关的大事,一旦出现故障,千万不可敷衍了事或轻信他人

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:elizabeth)

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