汽车服务工程专业课程设计 汽车辅助制动装置的类型和特点.docx
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汽车服务工程专业课程设计汽车辅助制动装置的类型和特点
双膜片离合器结构形式及其力矩传递性能
学院名称:
汽车工程学院
专业:
汽车服务工程
班级:
姓名:
指导教师姓名:
指导教师职称:
副教授
2011年11月
0引言………………………………………………………………………………………1
1国内外相关制动法规……………………………………………….……………1
2辅助制动装置类型及特点………………………………..……………………2
3辅助制动装置………………………………….……………………………………2
3．1排气制动器……………………………………………………………………
3．1．1结 构…………………………………………………………4
3．1．2工作原理………………………………………………………4
3．1．3制动性能………………………………………………………6
3．2发动机缓速器………………………………………………………6
3．2．1结 构………………………………………………………6
3．2．2工作原理…………………………………………………7
3．2．3制动性能…………………………………………………7
3．3电涡流缓速器………………………………………………………9
3．3．1结 构………………………………………………10
3．3．2工作原理………………………………………12
3．3．3电涡流缓速器的控制部分………………………13
3．3．4制动性能………………………………………14
3．4排气制动器…………………………………………………………14
3．4．1结 构……………………………………………14
3．4．2工作原理…………………………………………15
3．4．3制动性能…………………………………………16
3．5发动机制动…………………………………………………………16
3．5．1概述……………………………………………………………17
3．5．2工作原理……………………………………………………………17
3．5．3工作特点……………………………………………………………17
3．5．4制动效能……………………………………………………………17
4 辅助制动装置优缺点……………………………………………………………17
4．1优点……………………………………………………………17
4．2缺点……………………………………………………………17
5 发展趋势……………………………………………………………17
5．1电子控制技术在辅助制动中的应用……………………………17
5．1．1防抱死制动系统（ABS）……………………………………17
5．1．2电控制动系统（EBS）……………………………………17
5．1．3电子制动力分配系统（EBD）………………………………………17
5．1．4电子稳定程序（ESP）………………………………………17
5．2联合制动………………………………………….……………………17
6结 论……………………………………………………………17
参考文献
汽车辅助制动装置的类型和特点
【摘 要】平均行驶速度和载重量的增加,要求车辆具有更大的制动效能,为了有效分流制动负荷常采用辅助制动系统。
介绍国内外制动法规的发展和现状,排气辅助制动装置、发动机缓速器、电涡流缓速器、液力缓速器和发动机制动的结构、工作原理及各辅助制动装置的制动性能;比较各辅助制动装置的优缺点,有利于汽车制动技术的发展,全面提高汽车行驶安全性能;展望未来汽车辅助制动装置的两大发展趋势,一是电子控制技术在汽车制动上的应用,二是多种辅助制动装置的联合制
【关键词】 汽车; 行驶安全; 制动; 辅助制动装置; 发展趋势; 综述
0 引 言
良好的制动性能是车辆安全行驶的重要保证,传统的机械摩擦式（盘式或鼓式）制动器长时间连续制动常导致制动性能大幅下降甚至失效,因而引发严重的交通事故,已成为突发性事故主要原因之一。
2006年全国道路交通事故死亡人数占安全事故死亡人数的79.3%,货车发生交通事故的原因分析中,排在第一位的是驾驶违章,其次是车辆的机械故障,而在各种车辆的机械故障中,制动因素占据了相当高的比例。
据统计,由于制动失效和制动不良所导致的机动车事故,占所有事故的比例分别超过20%和40%,制动失效与不良两大原因造成的死亡人数超过总死亡人数的50%。
我国交通死亡事故占全球的15%,已成为交通事故最多发的国家。
由机动车辆制动引发的重特大事故频繁出现在各大报刊及门户网站,2007年5月4日晨,重庆市“冀BG5084”大货车行至祥临线K183+870M处时,尾追同向行驶的“云S20475”解放轻型载货车,同时与迎面驶来的“云S10827”擦碰,致使“云S20475”失控驶出路面,造成多人伤亡。
经查:
“冀BG5084”在6公里的下坡路段连续使用制动,增加了制动蹄片和制动鼓的滑磨时间,使制动鼓温度升高,产生热衰退现象,导致制动失效。
比较典型的有关制动系统失灵引发的交通事故是2005年12月4日八达岭发生的交通事故,一辆装载电石的大货车与一辆载有29人的客车相撞,随后两车翻入道路左侧约20余米的深沟中,这起事故造成24人死亡、9人受伤。
调查表明,装运电石的大货车刹车失灵,追撞前车造成了该起重大交通事故。
国内4级及4级以下等级公路里程120多万公里,由于地形条件多样,道路情况也比较复杂。
陡坡、连续长距离下坡的情况很常见,这些路段往往是事故多发地段,这也为制动失灵事故埋下了隐患。
针对我国现有的汽车制动技术水平和状况,采用点制动易造成行车制动器效能过度下降,为了有效分流制动负荷,切实可行的办法是安装具有连续制动特性的辅助制动装置。
该装置对于提高汽车行驶安全性、减小交通事故发生具有积极意义。
1国内外相关制动法规
关于汽车辅助制动西方发达国家已出台多部相关的法律法规,并已将辅助制动装置作为指定车辆的标准配置。
例如:
德国的交通法规明文规定,总质量在5.5t以上的客车和9t以上的载重汽车,必须装有辅助制动装置;瑞士交通法规规定,超过3.5t的牵引车和总质量8t以上的载重车必须安装辅助制动系统;法国要求载重等于和大于11t的运输危险品的汽车必须装备缓速器。
欧盟关于车辆制动认证的UN2ECER13法规附件4汽车下长坡性能试验标准规定,在平均坡度6%或7%长6公里的坡道上汽车不采用行车制动器车辆最大速度不超过30km/h,该指标如不安装缓速器,目前技术条件下是难以实现的。
2002年6月我国交通部颁布行业标准JT/T325—2002《营运客车类型划分及等级评定》,该标准规定中型客车中高二级,大型客车中高一级、高二级和高三级客车必须安装缓速器。
建设部2002年10月公布执行CJ/T162—2002《城市客车分等级技术要求与配置》也作出了相应的规定;2004年建设部参照“ISO/WD12161Roadvehicle2Endurancebrakingsystemsofmotorvehicleandfowedvehicles2Testprocedures”制定了行业标准《城市客车缓速器制动性能要求与试验方法》,并且计划制订汽车缓速器的行业标准。
2辅助制动装置类型及特点
汽车常用辅助制动装置有以下几种类型:
排气制动器、发动机缓速器、电涡流缓速器、液力缓速器等。
前两种制动器只适用于柴油发动机,后两种对发动机类型无限制条件。
由于结构和工作原理不同,制动特性也不尽相同,辅助制动装置的应用可以切实改变我国汽车制动技术落后现状,正确选用辅助制动装置可以有效分流行车制动器的负荷、提高制动稳定性以及抗热衰退性。
3辅助制动装置
3．1排气制动器
3．1．1结 构
图1是电控气动式排气制动装置结构简图,由执行机构、控制机构和断油机构3部分组成。
1）执行机构:
包括排气制动缸及蝶形阀等;
2）控制机构:
包括排气制动开关、油门踏板和离合器踏板联动开关、排气制动工作指示灯、电磁阀及空气管等;
3）断油机构:
包括停油缸等。
图2为排气制动执行机构总成,由排气制动缸、摇臂机构、蝶形阀及壳体等。
蝶形阀的操纵是由单作用活塞式排气制动缸控制的,当储气筒内压缩空气经气管进入排气制动缸时,活塞在气体压力作用下克服弹簧力,带动推杆沿气缸轴线移动。
在推杆推力作用下,摆臂和蝶形阀绕轴线转动,当蝶形阀转至关闭位置时,发动机排气受阻,总成处于工作状态。
当压缩空气的气源切断后,制动缸内压缩空气被排出,推杆和活塞在弹簧力作用下带动摇臂和蝶形阀转动,当转至阀片平面与壳体轴线平行时,即解除排气制动。
3．1．2 工作原理
制动时,首先切断燃料供给,离合器处于接合状态,同时排气制动阀门将发动机排气管关闭,发动机曲轴在车辆的拖动下被迫进行旋转运动（反拖）,在排气行程空气在气缸内进行压缩,增加了排气阻力,通过传动系传递到驱动轮上,达到降低车速的目的。
在大型载货汽车上应用排气制动，其压力高，制动效果明显，不需其它介质，在现代汽车（商用车和大型客车）设计中应用比较广泛。
排气制动装置由排气制动按钮阀、废气工作缸、排气制动蝶阀、停油气缸组成。
排气制动操纵方便，简单有效。
在冰雪及较滑的泥水路面行驶时，使用排气制动，可以减少侧滑；在下长坡时，使用排气制动可以减少行车制动的次数，降低制动鼓的温升，提高制动的可靠性。
使用排气制动时，能减少发动机油料的供给以至断油，能节省燃料。
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斯太尔汽车的排气制动是采用关闭发动机排气通道的办法，使发动机活塞在排气行程时，受气体的反压力，阻止发动机的运转而产生制动作用，从而达到控制车速的目的。
驾驶员使用排气制动时，用脚踩驾驶室底板上左下方的排气制动按钮阀，按钮阀受力打开气的通道，压缩空气进入废气工作缸。
废气工作缸活塞受压缩空气的压力移动，带动推杆，推杆带动排气制动蝶阀，蝶阀转动将排气管堵死。
同时压缩空气在按钮阀打开同时也进入停油气缸，停油气缸的活塞在压缩空气的作用下移动，推杆通过联动机构带动调速器柄，使油料停止供应。
由于排气管堵死，发动机停止排气，燃料供应中断，排气管中的压力升至0．3～0．4MPa。
发动机活塞在工作中的排气行程必须克服此压力，因而大大增加了发动机制动的功率。
故当采用排气制动时，发动机活塞在发动机排气行程时，活塞受气体的反压力，经过曲轴和传动系传至车轮，增加了车轮的转动阻力，降低了车速。
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当排气歧管内压力达到一定的值后，会克服气门弹簧的阻力，打开排气门，压缩空气进入气缸，由进气管排出，以保证排气歧管内的压力不会继续升高。
此时发动机会发出一种较特殊的声音，此声音对发动机无害。
有的驾驶员认为采用排气制动对发动机有害，这种看法是没有科学根据的。
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在采用排气制动时，由于停止了燃油的供给，发动机实质上变为一台空压机，来消耗能量控制车速。
虽然停止发动机燃油的供给，但发动机润滑、冷却系统在正常的工作，只是由输出能量，变为消耗能量，对发动机无害。
操作时，应注意排气制动装置各部件的完好，如果有损坏，应修理或更换。
在下大坡或下山行驶中，变速器应选用合适的档位，一般选用5、6档，这样可以防止发动机转速过高出现发动机损坏的故障。
使用排气制动时，不能挂空档，也不允许分离离合器，否则排气制动无效，还会出现行车事故。
3．1．3制动性能
文献[11]对亚星JS6820中型客车进行实验分析。
试验得到变速器分别处于Ⅲ档、Ⅳ档时,制动力随汽车行驶速度变化的关系曲线如图3所示。
图中可见处于同档位时,制动力随车速的增加而增加,且低速档时制动力上升幅度较大;在相同车速时制动力随档位的升高而下降。
该特性说明采用排气制动时可通过变速度器档位调节制动力,车速较高时具有较大的制动力也是符合汽车制动要求的。
3．1．4排气制动应用
排气制动操纵方便，简单有效。
在冰雪及较滑的泥水路面行驶时，使用排气制动，可以减少侧滑；在下长坡时，使用排气制动可以减少行车制动的次数，降低制动鼓的温升，提高制动的可靠性。
使用排气制动时，能减少发动机油料的供给以至断油，能节省燃料。
斯太尔汽车的排气制动是采用关闭发动机排气通道的办法，使发动机活塞在排气行程时，受气体的反压力，阻止发动机的运转而产生制动作用，从而达到控制车速的目的。
驾驶员使用排气制动时，用脚踩驾驶室底板上左下方的排气制动按钮阀，按钮阀受力打开气的通道，压缩空气进入废气工作缸。
废气工作缸活塞受压缩空气的压力移动，带动推杆，推杆带动排气制动蝶阀，蝶阀转动将排气管堵死。
同时压缩空气在按钮阀打开同时也进入停油气缸，停油气缸的活塞在压缩空气的作用下移动，推杆通过联动机构带动调速器柄，使油料停止供应。
由于排气管堵死，发动机停止排气，燃料供应中断，排气管中的压力升至0．3～0．4MPa。
发动机活塞在工作中的排气行程必须克服此压力，因而大大增加了发动机制动的功率。
故当采用排气制动时，发动机活塞在发动机排气行程时，活塞受气体的反压力，经过曲轴和传动系传至车轮，增加了车轮的转动阻力，降低了车速。
当排气歧管内压力达到一定的值后，会克服气门弹簧的阻力，打开排气门，压缩空气进入气缸，由进气管排出，以保证排气歧管内的压力不会继续升高。
此时发动机会发出一种较特殊的声音，此声音对发动机无害。
有的驾驶员认为采用排气制动对发动机有害，这种看法是没有科学根据的。
在采用排气制动时，由于停止了燃油的供给，发动机实质上变为一台空压机，来消耗能量控制车速。
虽然停止发动机燃油的供给，但发动机润滑、冷却系统在正常的工作，只是由输出能量，变为消耗能量，对发动机无害。
操作时，应注意排气制动装置各部件的完好，如果有损坏，应修理或更换。
在下大坡或下山行驶中，变速器应选用合适的档位，一般选用5、6档，这样可以防止发动机转速过高出现发动机损坏的故障。
使用排气制动时，不能挂空档，也不允许分离离合器，否则排气制动无效，还会出现行车事故。
3．2发动机缓速器
3．2．1 结 构
顶置式发动机缓速器的结构如图4所示,它由电磁阀、调节阀、调节螺钉、主副活塞、排气摇臂及低压、高压油路等组成。
为控制电磁阀动作,需设置相关控制电路。
图4顶置式发动机缓速器原理图
当发动机缓速器工作时,主开关闭合,电磁阀通电并打开低压油路,机油从进油口进入缓速器低压油区。
在机油压力作用下球形节流阀上升,低压油路与高压油路连通,机油进入高压油区。
机油压力使主活塞下移,与摇臂末端接触。
随着发动机运转,推杆上行,推动主活塞上移,压缩高压油区的机油并将控制阀中的单向阀关闭,主/副活塞之间高压油区的机油被隔离。
由于机油的不可压缩性,使副活塞随着主活塞的上移而下行,在压缩上止点前将排气门打开。
3．2．2 工作原理
发动机制动如果仅依靠排气损失及活动部件摩擦损失,其辅助制动效果是非常有限的,尤其是随着发动机技术的发展,这些损失逐渐减小。
在切断燃油供给后发动机做功行程变成压缩行程终了时的压缩气体膨胀做功过程,发动机缓速器设置的气门控制机构,通过控制排气门的开闭,将压缩终了的气体排出,消除了压缩气体在膨胀行程的做功,极大地提高了辅助制动效果。
JakeBrake发动机辅助制动装置正是基于解决这一问题，设置了气门控制机构，通过控制排气的开闭，将压缩终了的气体排出，消除了压缩气体在膨胀过程中的做功。
当打开JakeBrake发动机辅助制动装置且油门踏板松开停止燃油供给及离合器处于结合状态时，JakeBrake发动机辅助制动装置即开始工作。
JakeBrake发动机辅助制动装置起作用时，进气门仍按正常工作的状态开闭，但排气门的开闭受到发动机辅助制动装置的控制，吸气和压缩行程与正常工作时相同，而在压缩行程终了时，发动机辅助制动装置控制排气门打开，将压缩气体排出后关闭，这样，在膨胀行程时，气缸内压力很低，不存在压缩空气向活塞做功（见图2）。
随着气缸中工作循环的继续，车辆前进的能量消耗殆尽，从而达到制动目的。
从本质上讲此时发动机已变成吸收能量的空气压缩机。
3．2．3制动性能
JakeBrake辅助制动装置可缩短车辆在平坦路面上的减速时间和距离（如图4所示）。
在下坡时具有更高的受控车速（如图5所示）。
JakeBrake辅助制动装置所提供的制动力矩可以满足车辆总制动需求的85％，因此能够明显减少行车制动器的磨损，并确保其不会过热，这样，不仅能够大幅度提高车辆的安全性能，还有助于节省行车制动器的保养次数和维修成本，并减少因此导致的停运时间；帮助驾驶员安全地提高平均车速，从而节省旅途时间；可与车辆的所有其他
功能相匹配（如ECM、ABS、巡航控制、碰撞警告系统及自动变速器等）；成本低廉，维修简便（通常在发动机维修时进行调试即可）；
图5.1为发动机缓速器制动特性曲线,从曲线看出:
处于相同档位时制动力随车速的增加而增加,且低速档制动力上升幅度较大;在相同车速时制动力随档位的升高而下降。
上述特性与排气辅助制动
器类似。
各档位制动力曲线与不同坡度的坡道上汽车下坡稳定行驶所需的制动力曲线的交点即为汽车以该档位在此坡道上下坡行驶的稳定车速,即不使用行车制动器汽车可以以此稳定车速滑行至坡底。
图5.1发动机缓速器制动特性及稳定车速
3．3 电涡流缓速器
3．3．1 结 构
电涡流缓速器结构如图6所示,由定子、转子及固定架等组成。
定子由8个高导磁材料制成的铁心组成,呈圆周分布,均匀安装固定架上。
线圈绕组套装在铁心上,共同构成磁极。
圆周上相对两个励磁线圈串联或并联成一组磁极,相邻磁极极性相反;转子由前转子盘、后转子盘和转子轴构成。
转子盘呈圆环状,用导磁性能高且剩磁率低的铁磁材料制成。
转子通过连接凸缘与传动轴相连,并随传动轴转动。
前后转子盘和定子磁极间存在一极小的气隙。
图3所示为径向气隙缓速器结构示意图,定子总成中有圆周分布的铁芯和线圈,沿径向分布磁力线。
转子总成和定子总成在径向留有1～3mm的气隙。
转子的外面加工有斜槽,转子随传动轴转动时斜槽有气流通过而起到散热作用。
3．3．2工作原理
利用法拉第电磁感应原理,把汽车行驶的动能转化为成电涡流并且以热量的形式散发掉,从而实现车辆的减速。
当接通缓速器的控制手柄开关（或踩下制动踏板）进行减速或制动时,励磁线圈通以直流电流励磁,产生的磁场在定子磁极、气隙和前后转子盘之间构成回路。
旋转的转子盘作切割磁力线运动,其内部无数个闭合导线所包围的面积内磁通量发生变化,从而在转子盘内部产生无数涡旋状的感应电流,
即涡电流。
涡电流产生后,磁场对带电的转子盘产生阻止其转动的阻力（即制动力）,阻力的方向可由弗莱明（Flemin）左手法则来判断。
阻力的合力沿转子盘周向形成与其旋转方向相反的阻力矩。
涡流在具有一定电阻的转子盘内部流动时,产生焦耳热。
车辆行驶的动能转变成热能,实现车辆的减速。
图2所示为电涡流缓速器的工作原理。
当线圈根据需要通电时,有磁场产生,转盘转动时,将切割磁力线,根据电磁感应在转盘上形成电涡流,该电涡流在磁场中运动形成阻力矩。
从能量守恒定律分析,
缓速器实际上就是把汽车运动的动能转化成转盘的热能,从而起到辅助制动的作用。
3．3．3 电涡流缓速器的控制部分
随线圈电流的大小不同,产生的阻力矩也不同。
按人们的操作习惯和汽车车速,可以预先设定几个不同的线圈电流数值。
电子控制器根据输入的车速信号和手动开关信号分析计算后输出不同的电流给定子线圈和工作状态指示灯。
图4是缓速器的控制原理图。
3．3．4 制动特性
图7是台架试验测得的电涡流缓速器分档控制制动力矩随转子转速变化的特性曲线。
随着转速增加制动力矩迅速增大,达到一定转速时存在极大值,转速继续增加制动力矩有所下降。
制动力矩近似按
电磁极对数（档位数）比例增加。
图8是转子盘以稳定转速700r/min运转时制动力矩随时间变化关系。
曲线表明力矩随制动时间增加而逐渐下降,最大降幅可达40%左右。
3．4液力缓速器
3．4．1结构
液力缓速器主要由本体、智能控制装置、操作装置等部分组成,本体中装有转子、定子、动力连接法兰（与传动轴相连）、散热器、工作液管道、工涂液贮槽、壳体等组成,如图9所示。
转子与定子对置,定子固定在缓速器壳体上,转子后端经连接法兰与传动轴连接,前端通过花键与变速器输出轴相连。
转子和定子均铸出叶片。
转子随传动轴转动,定子和转子对置形成工作腔,并与工作液贮槽相通。
散热器冷却水管与发动机冷却系统相连,利用发动机冷却系统散热。
3．4．2工作原理
液力缓速器主要由一对电子控制的叶轮总成组成，分别称为固定叶轮（定子）和旋转叶轮（转子）。
缓速器工作时，油泵将制动液泵进入缓速器叶轮腔，旋转的转子使油液沿叶轮叶片加速并冲向定子。
定子叶片使油液减速，经定子叶片导向作用使油液流回转子，形成油液在叶轮总成内的循环，油液流动产生的惯性阻力和流动阻力通过增速齿轮装置形成汽车的制动力。
由于车辆减速过程中将动能转化为油液热能，这些热能需要通过热交换器消散在发动机冷却的系统中。
见图1
由于缓速器结构紧凑，能与变速器共用油道，所以常与变速器集成为一体。
对于装用带液力变扭器的自动变速器车辆来说，原变速器系统已配备了储油罐、油泵和散热器等部件，加装缓速器的成本更低，因此，液力缓速系统在自动变速的客车上一直备受青睐。
制动时通过控制阀向油池施加气压,使工作液充入转子与定子间的空腔内。
由于工作液的阻尼作用在转动的转子上产生阻力矩,使转子和传动轴的转动减速,车辆的动能转变成热能,实现缓速作用。
吸收热能的工作液流经散热器将热量散发在周围环境中。
缓速力矩的大小取决于工作腔内工作液的物理性质、压力和数量,转子和定子的叶片结构形式,以及传动轴的转速等参数。
3．4．3制动特性
ZF液力缓速器的制动特性如图10所示。
随着转速的增加,制动力矩迅速上升,到某一定值后达到稳定。
处于低制动强度级时制动力矩稳定在较宽的速度内,处于高制动强度时,制动力矩随转速的稳定范围变窄。
从整个特性曲线来看,制动力矩几乎与制动强度成正比例。
该特性对于车辆的稳定减速是有益的。
3．5发动机制动
3．5．1概述
众所周知，采用发动机制动是驾驶员常用的一种制动方法，它是利用发动机被动运转时产生的阻力，达到降低l车速的目的。
这种方法操作简便，实用可靠，尤其是长时间下坡效果更为明显消除了周制动摩擦片长时间动，使利动效能减低所带来的缺陷，并能保持足够的制动气压．从而提高了行车的安全性。
3．5．2工作原理
利用发动机制动是指抬起油门踏板，但不脱离开发动机，利用发动机的压缩行程产生的压缩阻力，内摩擦力和进排气阻力对驱动轮形成制动作用。
发动机制动就是拖档走，挂着档不给油，发动机对车没有牵引力。
相反由于车轮转动带动了发动机，发动机对车有一个反作用的阻力，档位越高发动机对车的作用越小，反之越大。
先说说车速的降低我们就要相应的降挡才能有效的发动机制动，这里新手特别要注意，就是换挡的时候容易发生事故。
再说发动机制动刹车灯不会点亮对后车没有提示更易发生事故。
在说说发动机制动是不是保护发动机省油呢，发动机制动就是车轮克服发动机阻力的制动，发动机只要运转都会磨损费油就不存在什么保护发动机和省油了。
不过发动机制动倒是可以增加刹车片的寿命。
当然不
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