制动器绪论DOC.docx
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制动器绪论DOC
黑龙江工程学院本科生毕业设计1第一章绪论1.1课题研究目的和意义从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。
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。
它不仅是衡量汽车好坏的一个指标,重要的是它还关系到乘车人员的生命安全问题。
在选购汽车方面客户也比较看重此项的好坏,所以研究制动系统对于开拓市场,增加汽车销量也有重要作用。
汽车制动系统种类很多，形式多样。
传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气—液混合式。
它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。
捷达王CT作为轿车，要求制动系统制动平顺，制动距离更短，制动过程中避免因制动效能过高而导致的车轮抱死的情况，满足汽车的安全性和乘员舒适性，因此制动系统的良好设计有利于提高汽车的整体性能。
汽车制动系是汽车底盘上的一个重要系统,它是制约汽车运动的装置，使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车。
在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速。
它还使汽车能可靠的停靠在原地或坡道上。
汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。
随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大,人们对安全性、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全,必须为汽车配备十分可靠的制动系统。
所以研究制动系统有着非常重要的意义。
1.2课题研究现状及发展趋势1）制动控制系统的历史最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，这时的车辆的质量比较小，速度比较低，机械制动虽已满足车辆制动的需要，但随着汽车自质量的增加，助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。
这时，开始出现真空助力装置。
1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm
的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。
林肯公司
黑龙江工程学院本科生毕业设计2也于1932年推出V12轿车，该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。
随着科学技术的发展及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。
DuesenbergEight车率先使用了轿车液压制动器。
克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世。
通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。
到20世纪50年代，液压助力制动器才成为现实。
20世纪80年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最显著的成就就是防抱制动系统（ABS）的实用和推广。
ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产品。
它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。
防抱装置一般包括三部分：
传感器、控制器（电子计算机）与压力调节器。
传感器接受运动参数，如车轮角速度、角加速度、车速等传送给控制装置，控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后，给压力调节器发出指令。
2）制动控制系统的现状当考虑基本的制动功能量，液压操纵仍然是最可靠、最经济的方法。
即使增加了防抱制动（ABS）功能后，传统的“油液制动系统”仍然占有优势地位。
但是就复杂性和经济性而言，增加的牵引力控制、车辆稳定性控制和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术使基本的制动器显得微不足道。
传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。
当制动踏板踏下时，主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路，并通过一个比例阀使前后平衡。
而ABS或其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。
目前，车辆防抱制动控制系统（ABS）已发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。
方法虽然简单实用，但是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，在许多不同的道路上加以验证；从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。
滑移率控制的难点在于确定各种路况下的最佳滑移率，另一个难点是车辆速度的测量问题，它应是低成本可靠的技术，并最终能发展成为使用的产品。
对以滑移率为目标的ABS而言，控制精度并不是十分突出的问题，并且达到高精度
的控制也比较困难；因为路面及车辆运动状态的变化很大，多种干扰影响较大，
黑龙江工程学院本科生毕业设计3所以重要的问题在于控制的稳定性，即系统鲁棒性，应保持在各种条件下不失控。
防抱系统要求高可靠性，否则会导致人身伤亡及车辆损坏。
因此，发展鲁棒性的ABS控制系统成为关键。
现在，多种鲁棒控制系统应用到ABS的控制逻辑中来。
除传统的逻辑门限方法是以比较为目的外，增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制是常用的鲁棒控制系统，是目前所采用的以滑移率为目标的连续控制系统。
模糊控制法是基于经验规则的控制，与系统的模型无关，具有很好的鲁棒性和控制规则的灵活性，但调整控制参数比较困难，无理论而言，基本上是靠试凑的方法。
然而对大多数基于目标值的控制而言，控制规律有一定的规律。
车轮的驱动打滑与制动抱死是很类似的问题。
在汽车起动或加速时，因驱动力过大而使驱动轮高速旋转、超过摩擦极限而引起打滑。
此时，车轮同样不具有足够的侧向力来保持车辆的稳定，车轮切向力也减少，影响加速性能。
由此看出，防止车轮打滑与抱死都是要控制汽车的滑移率，所以在ABS的基础上发展了驱动防滑系统（ASR）。
ABS只有在极端情况下（车轮完全抱死）才会控制制动，在部分制动时，电子制动使可控制单个制动缸压力，因此反应时间缩短，确保在任一瞬间得到正确的制动压力。
近几年电子技术及计算机控制技术的飞速发展为EBS的发展带来了机遇。
德国自20世纪80年代以来率先发展了ABS/ASR系统并投入市场，在EBS的研究与发展过程中走到了世界的前列。
3）制动控制系统的发展今天，ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。
车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。
一方面是扩大控制范围、增加控制功能；另一方面是采用优化控制理论，实施伺服控制和高精度控制。
经过了一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本固定下来。
随着电子，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。
如凯西-海斯（K-H）公司在一辆实验车上安装了一种电-液（EH）制动系统，该系统彻底改变了制动器的操作机理。
通过采用4个比例阀和电力电子控制装置，K-H公司的EBM就能考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况，而不需另外增加任何一种附加装置。
EBM系统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力，从而使制动距离缩短5%。
一种完全无油液、完全的电路制动BBW（Brake-By-Wire）的开发使传统的液压制动装置成为历史。
4）全电路制动
（BBW）
黑龙江工程学院本科生毕业设计4BBW是未来制动控制系统的L发展方向。
全电制动不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。
全电制动的结构如图2所示。
其主要包含以下部分：
（a）电制动器。
其结构和液压制动器基本类似，有盘式和鼓式两种，作动器是电动机；（b）电制动控制单元（ECU）。
接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号，控制驻车制动；接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。
由于各种控制系统如卫星定位、导航系统，自动变速系统，无级转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制；（c）轮速传感器。
准确、可靠、及时地获得车轮的速度；（d）线束。
给系统传递能源和电控制信号；（e）电源。
为整个电制动系统提供能源。
与其他系统共用。
可以是各种电源，也包括再生能源。
从结构上可以看出这种全电路制动系统具有其他传统制动控制系统无法比拟的优点：
（a）整个制动系统结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置。
液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低；（b）制动响应时间短，提高制动性能；（c）无制动液，维护简单；（d）系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构；（e）采用电线连接，系统耐久性能良好；（f）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。
全电制动控制系统是一个全新的系统，给制动控制系统带来了巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供条件。
但是，要想全面推广，还有不少问题需要解决：
电制动控制系统首先用在混合动力制动系统车辆上，采用液压制动和电制动两种制动系统。
这种混合制动系统是全电制动系统的过渡方案。
由于两套制动系统共存，使结构复杂，成本偏高。
随着技术的进步，上述的各种问题会逐步得到解决，全电制动控制系统会真正代替传统的以液压为主的制动控制系统。
5）结论综上所述，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。
全电制动
控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。
同时，
黑龙江工程学院本科生毕业设计5随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降。
汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。
但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。
有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。
同时需要各种国际及国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。
1.3汽车制动系的设计要求本设计研究的主要内容：
设计完成汽车制动系统，包括制动系统的类型选择、总体布置形式，制动系统各零部件的结构设计和性能分析。
设计要求：
（1）各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家要求、法规制定的有关要求外，也要考虑到我的制动系统应符合现在国内汽车市场的低成本和高性能的要求。
（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。
行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速器和制动距离两项指标来评定的。
制动距离直接影响着汽车的行驶安全性。
（3）工作可靠。
为此，设计两套系统：
行车制动系统和驻车制动系统，且它们的驱动机构是独立的，而行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时，另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的30%；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。
（4）制动效能热稳定性好。
汽车的高速制动、短时间的频繁重复制动，尤其使下长坡时的连续制动，均会引起制动器的温升过快，温度过高。
提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施。
（5）制动效能的水稳定性好。
制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用而使摩擦副的摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。
一般规定在出水
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相配合，成本较低。
这种分路布置方案在各类汽车上均有采用，但在货车上用得最广泛。
这一分路方案总后轮制动管路失效，则一旦前轮制动抱死就会失去转弯制动能力。
对于前轮驱动的轿车，当前轮管路失效而仅由后轮制动时，制动效能将明显降低并小于正常情况下的一半，另外，由于后桥负荷小于前轴，则过大的踏板力会使后轮抱死而导致汽车甩尾。
2、 X型回路
后轮制功管路呈对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属于一个回路，称交叉型，简称X型。
其特点是结构也很简单，一回路失效时仍能保持50％的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。
此时前、后各有一侧车轮有制动作用，使制动力不对称，导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动，使汽车失去方向稳定性。
因此，采用这种分路力案的汽车，其主销偏移距应取负值（至20 mm），这样，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车的方向稳定性。
3 、其他类型回路
左、右前轮制动器的半数轮缸与全部后轮制动器轮缸构成一个独立的回路，而两前轮制动器的另半数轮缸构成另一回路，可看成是一轴半对半个轴的分路型式，简称KI型。
两个独立的问路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的瑚式，简称LL型。
两个独立的回路均由每个前、后制动器的半数缸所组成，即前、后半个轴对前、后半个轴的分路型式，简称HH型。
这种型式的双回路系统的制功效能最好。
HI、LL、HH型的织构均较复杂。
LL型与HH型在任一回路失效时，前、后制动力的比值均与正常情况下相同，且剩余的总制动力可达到正常值的50％左占。
HL型单用回路，即一轴半时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，在紧急制动时后轮极易先抱死。
综合以上各个管路的优缺点最终选择X型管路。
2.4液压制动主缸的设计方案
为了提高汽车的行驶安全性，根据交通法规的要求，一些轿车的行车制动装置均采用了双回路制动系统。
双回路制动系统的制动主缸为串列双腔制动主缸，单腔制动主缸已被淘汰。
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轿车制动主缸采用串列双腔制动主缸。
如图2—3所示，该主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起而构成。
储蓄罐中的油经每一腔的进油螺栓和各自旁通孔、补偿孔流入主缸的前、后腔。
在主缸前、后工作腔内产生的油压，分别经各自得出油阀和各自的管路传到前、后制动器的轮缸。
主缸不制动时，前、后两工作腔内的活塞头部与皮碗正好位于前、后腔内各自得旁通孔和补偿孔之间。
当踩下制动踏板时，踏板传动机构通过制动推杆推动后腔活塞前移，到皮碗掩盖住旁通孔后，此腔油压升高。
在液压和后腔弹簧力的作用下，推动前腔活塞前移，前腔压力也随之升高。
当继续踩下制动踏板时，前、后腔的液压继续提高，使前、后制动器制动。
图2—3 制动主缸工作原理图
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撤出踏板力后，制动踏板机构、主缸前、后腔活塞和轮缸活塞在各自的回位弹簧作用下回位，管路中的制动液在压力作用下推开回油阀流回主缸，于是解除制动。
若与前腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，只有后腔中能建立液压，前腔中无压力。
此时在液压差作用下，前腔活塞迅速前移到活塞前端顶到主缸缸体上。
此后，后缸工作腔中的液压方能升高到制动所需的值。
若与后腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，起先只有后缸活塞前移，而不能推动前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液压。
但在后腔活塞直接顶触前缸活塞时，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液压而制动。
由此可见，采用这种主缸的双回路液压制动系，当制动系统中任一回路失效时，串联双腔制动主缸的另一腔仍能工作，只是所需踏板行程加大，导致汽车制动距离增长，制动力减小。
大大提高了工作的可靠性。
2.5 本章小结
本章介绍了制动器、制动回路等的类型。
并确定了本次制动系设计的基本结构。
黑龙江工程学院本科生毕业设计25的制动鼓（见图3-3（a））；轻型货车和一些轿车则采用由钢板冲压成型的的辐板与铸铁鼓筒部分铸成一体的组合式制动鼓（见图3-3（b））；带有灰铸铁内鼓筒的铸铝合金制动鼓（见图3-3（c））在轿车上得到了日益广泛的应用。
铸铁内鼓筒与铝合金制动鼓也是铸到一起的，这种内镶一层珠光体组织的灰铸铁作为工作表现，其耐磨性和散热性都很好，而且减小了质量。
制动鼓相对于轮毂的中如图3-3所示，是以直径为cd的圆柱表面的配合来定位，并在两者装配紧固后精加工制动鼓内工作表面，以保证两者的轴线重合。
两者装配后还需进行动平衡。
其许用不平衡度对轿车为15～20N·cm；对货车为30—40N·cm。
微型轿车要求其制动鼓工作表面的圆度和同轴度公差0.03mm£。
制动鼓鼓壁厚的选取主要是从其刚度和强度方面考虑。
壁厚取大些也有利于增大其热容量，但实验表明，壁厚由11mm增至20mm时，摩擦表面的平均最高温度变化并不大。
一般铸造制动鼓的壁厚：
轿车为7~12mmmm；中，重型载货汽车为13~18mmmm。
制动鼓在闭合一侧外缘可开小孔，用于检查制动器间隙。
本次设计采用的材料是HT20-40。
5、制动蹄轿车和微型，轻型载货汽车的制动蹄广泛采用T形型钢碾压或钢板冲压—焊接制成；大吨位载货汽车的制动蹄则多用铸铁，铸钢或铸铝合金制成。
制动蹄的结构尺寸和断面形状应保证其刚度好，但小型车用钢板制的制动蹄腹板上有时开有一，两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，以便使制动蹄摩擦衬片与制动鼓之间的解除压力均匀，因而使衬片的磨损较为均匀，并可减少制动时的尖叫声。
重型汽车制动蹄的断面有工字形，山字形几种。
本设计中制动蹄采用T形型钢辗压焊接制成。
制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车的约为3mm～5mm；货车的约为5mm～8mm。
摩擦衬片的厚度，轿车多为4．5mm～5mm；货车多为8mm以上。
衬片可铆接或粘贴在制动蹄上，粘贴的允许其磨损厚度较大，使用寿命增长，但不易更换衬片；铆接的噪声较小。
本次制动蹄采用的材料为HT200。
7、制动底板制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。
制功底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。
为此，由钢板冲压成形的制动底板均只有凹凸起伏的形状。
重型汽车则采用可联铸铁KTH370—12的制动底板。
刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。
本次设计采用45号钢。
黑龙江工程学院本科生毕业设计268、制动蹄的支承二自由度制动筛的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。
为了使具有支承销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使支承位置可调。
例如采用偏心支承销或偏心轮。
支承销由45号钢制造并高频淬火。
其支座为可锻铸铁（KTH370—12）或球墨铸铁（QT400—18）件。
青铜偏心轮可保持制动蹄腹板上的支承孔的完好性并防止这些零件的腐蚀磨损。
具有长支承销的支承能可靠地保持制动蹄的正确安装位置，避免侧向偏摆。
有时在制动底板上附加一压紧装置，使制动蹄中部靠向制动底板，而在轮缸活塞顶块上或在张开机构调整推杆端部开槽供制动蹄腹板张开端插入，以保持制动蹄的正确位置。
9、制动轮缸制功轮缸为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。
轮缸的缸体由灰铸铁HT250制成。
其缸简为通孔，需镗磨。
活塞由铝合金制造。
活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插人槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。
轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。
多数制动轮缸有两个等直径活塞；少数有四个等直径活塞；双领路式制动器的两蹄则各用一个单活塞制动轮缸推动。
本次设计采用的是HT250。
10、制动主缸制动主缸由灰铸铁制造，也可采用低碳钢冷挤压成型，活塞可由灰铸铁、铝合金或中碳钢制造。
11、制动器间隙的调整方法及响应机构制动鼓与摩擦衬片之间或制动盘与摩擦衬快之间在未制动的状态下均应有工作间隙，以保证制动鼓或制动盘能自由转动。
制动鼓制动间隙为0.2mm～0.5mm；盘式制动器的为0.1mm～0.3mm（单侧为0.05mm～0.15mm）。
此间隙的存在会导致踏板或手柄的行程损失，故间隙要越小越好。
另外，制动器杂工作过程中会由于摩擦衬片或摩擦衬块的磨损而使间隙加大，因此制动器必须设有间隙调整机构。
鼓式制动器工作间隙的调节的方法是在两蹄片间装有一个调整机构，主要元件为调整杆，当摩擦材料有磨损时，可以通过调整调整机构的调整杆来减小间隙。
盘式制动器工作间隙的调整，钳盘式制动器不仅制动间隙小（单侧0.05mm～0.15mm）
，而且制动盘受热膨胀后对轴向间隙几乎没有影响，所以一般都采用一
黑龙江工程学院本科生毕业设计27次调准式间隙自调装置。
最简单且常用的结构是在缸体和活塞之间装有一个兼起复位和间隙自调作用的带有斜角的橡胶密封圈，制动时密封圈的刃边是在活塞给予的摩擦力的作用下产生弹性变形，与极限摩擦力对应的密封圈变形量即等于设定的制动间隙。
当衬块磨损而导致所需的活塞形成增加时，在密封圈达到极限变形之后，活塞可在液压作用下克服密封圈的摩擦力，继续前移到实现完全完全制动为止。
活塞与密封圈之间这一不可恢复的相对位移便补偿了这一过量间隙。
解除制动后活塞在弹力作用下退回，直到密封圈的变形完全消失为止，这时摩擦块与制动盘之间重新恢复到设定间隙。
12、凸轮式张开机构凸轮式张开机构的凸轮及其轴是用45号钢锻造成一体的毛坯制造，在精加工后高频淬火处理，凸轮及其轴可由可锻铸铁活球墨铸铁的支架支撑，而支架则用螺栓或螺钉固定在制动地板上，凸轮采用偏心凸轮。
3.8本章小结本章主要是对制动器进行了设计，确定了前盘后鼓的结构型式。
然后确定了鼓、盘式制动器的主要参数。
最后对鼓式制动器和盘式制动器的主要零部件进行了设计。
黑龙江工程学院本科生毕业设计38结论本次毕业设计是以捷达CT轿车的制动系统为研究对象，通过对轿车制动系统的结构和形式进行分析后，对制动系统的前、后制动器，制动管路布置，制动主缸进行了设计及计算，使该制动系统有足够的制动效能来保证汽车的安全性。
本次设计在保证汽车的安全性和舒适性的同时也适当的提高了经济性，所以设计的捷达CT轿车经过理论和实际分析采用了前盘、后鼓式制动器；串联双腔的液压主缸；采用X型双管路制动系统。
由计算可知人力无法满足制动力的要求，加装了真空助力器。
采用的驻车制动满足国家对汽车驻车坡度的要求，其他相关评价指标也完全符合。
最后设计的汽车制动系统基本达到了预期的目标。
此次毕业设计通过查阅大量的有关汽车制动系统资料后，使我学到了很多先进的制动系统的相关知识，这对我是一次十分重要的学习经历。
此次设计也是一次难得理论联系实际的机会，在这期间克服了许多困难，也是对大学学习成果的一次检验，使我受益匪浅。
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