现代汽车制动器形式与发展方式1

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1、. . . . 现代汽车制动器形式与发展方式06209111 冉以下部分材料摘自汽车设计(清华惟信),汽车工程手册制造篇摘要:现代汽车制动器的制动原理,制动器的具体分类以与制动器发展趋势,未来将有何变化。关键字:制动器,制动原理,刹车原理制动系统是汽车最重要系统之一,是为使高速行驶的汽车减速或停车而设计的。如果该系统不能正常工作,车上的驾驶员和乘客将受到车祸的伤害。制动的原理:轻型汽车大都采用液压制动,液压就要使用管路。双回路制动系统就是指系统有两个分别独立的液压制动管路系统,起保险的作用。一般前轮驱动轿车多采用交叉对角线形式,制动主缸的前腔与右前轮、左后轮的制动管路相通,后腔与左前轮、右后轮

2、的制动管路相通,形成一个交叉的“X”形对角线,其好处是当有一个制动系统发生故障时,另一个系统依然能进行最低限度的制动,且不易发生汽车跑偏现象。而后轮驱动轿车因负荷较大,多采用前后轮分别独立的制动形式,即有两套制动总泵,一套控制的前轮制动,另一套控制后轮制动。盘式制动器:盘式制动器又称为碟式制动器,是取其形状而得名。它由液压控制,主要零部件有制动盘、制动分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轴上,随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用,推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动。这种制动器散热快,重量轻,构造简单,调整方

3、便。特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,而且不怕泥水侵袭。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔,加速通风散热提高制动效率,这样的盘式制动器又称为通风盘式制动器,由于其制造成本较高,一般只用于四轮盘式制动轿车的前轮上。当然,盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高,摩擦片的耗损量较大,成本贵,而且由于摩擦片的面积小,相对摩擦的工作面也较小,需要的制动液压高,必须要有助力装置的车辆才能使用。目前,大多数中、高级轿车采用四轮盘式制动器,而在整个汽车领域,盘式制动器有逐渐取代鼓式制动器的趋向。盘式刹车片(碟)分为普通盘式和通风盘式。普通盘式我们比较容易理解,就是实心的。通

4、风盘式(Vented Disc),顾名思义具有透风功效,指的是汽车在行使当中产生的离心力能使空气对流,达到散热的目的,这是由盘式碟片的特殊构造决定的。从外表看,它在圆周上有许多通向圆心的洞空,这些洞空是经一种特殊工艺(slotteded & drilled) 制造而成,因此比普通盘式散热效果要好许多。由于制造工艺与成本的关系,一般中高级轿车中普遍采用前通风盘、后普通盘的制动片。如Passat,Vento Golf2.0,Corrado等车,部分高级轿车采用前后通风盘。而经济型轿车大多采用前盘后鼓式制动片(刹车片),这里用的前盘,一般也只是普通盘而非通风盘。值得一提的是,在前轮使用通风盘正在逐步

5、取代使用实心盘。鼓式制动器:鼓式制动器是最早形式的汽车制动器,当盘式制动器还没有出现前,它已广泛用于各类汽车上。但由于结构问题,在近30年中,它在轿车领域已逐步让位给盘式制动器。不过由于成本较低,目前它仍然在一些经济类轿车中使用,主要用于制动负荷较小的后轮和驻车制动。轿车鼓式制动器一般用于后轮(前轮用盘式制动器)。鼓式制动器除了成本比较低之外,还有一个好处,就是便于与驻车(停车)制动组合在一起,凡是后轮为鼓式制动器的轿车,其驻车制动器也组合在后轮制动器上。这是一个机械系统,它完全与车上制动液压系统是分离的:利用手操纵杆或驻车踏板(美式车)拉紧钢拉索,操纵鼓式制动器的杠件扩展制动蹄,起到停车制动

6、作用,使得汽车不会溜动;松开钢拉索,回位弹簧使制动蹄恢复原位,制动力消失。在早期的车辆上,通常使用前盘后鼓的设定。即前轮使用盘式刹车,后轮使用鼓式刹车。目前也仍然有很多车沿用此设定,如飞度等。前盘后鼓的优点是由于鼓式制动器成本较低,可以较好的控制整车成本,压低价格。而现在较新的车辆,为了获得更好的制动性能,很多小行车与紧凑型车也开始采用四轮盘式制动的设计。通常来讲,四轮盘式刹车的性能要好于前盘后鼓式刹车,但价格也会稍贵。消费者可以权衡自己需要的性能与经济实力,进行理性选择。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

7、要性表现得越来越明显。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面,包括制动控制的理论和方法,以与采用新的技术。一.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。林肯公司也于1932年推出V12轿车,该车采用通过四根

8、软索控制真空加力器的鼓式制动器。随着科学技术的发展与汽车工业的发展,尤其是军用车辆与军用技术的发展,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。Duesenberg Eight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。

9、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。1936年,博世公司申请一项电液控制的ABS装置专利促进了防抱制动系统在汽车上的应用。1969年的福特使用了真空助力的ABS制动器;1971年,克莱斯勒车采用了四轮电子控制的ABS装置。这些早期的ABS装置性能有限,可靠性不够理想,且成本高。1979年,默本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的ABS制动装置。1985年美国开发出带有数字显示微处理器、复合主缸、液压制动助力器、

10、电磁阀与执行器“一体化”的ABS防抱装置。随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现,以与电子信息处理技术的高速发展,ABS以成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。1992年ABS的世界年产量已超过1000万辆份,世界汽车ABS的装用率已超过20%。一些国家和地区(如欧洲、日本、美国等)已制定法规,使ABS成为汽车的标准设备。二.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

11、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、减速门限与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。另外,由于编制逻辑

12、门限ABS有许多局限性,所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统(VDC)。结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS,它是以连续量控制形式,使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率,理论上是一种理想的ABS控制系统。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;因为路面与车辆运动状态的变化很大,多种干扰影响较大,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

13、性,否则会导致人身伤亡与车辆损坏。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。另外,也有采用其它的控制方法,如基于状态空门与线性反馈理论的方法,模糊神经网络控制系统等。各种控制方法并不是单独应用在汽车上,通常

14、是几种控制方法组合起来实施。如可以将模糊控制和PID结合起来,兼顾模糊控制的鲁棒性和PID控制的高精度,能达到很好的控制效果。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)。ASR是ABS的逻辑和功能扩展。ABS在增加了ASR功能后,主要的变化是在电子控制单元中增加了驱动防滑逻辑系统,来监测驱动轮的转速。ASR大多借用ABS的硬件,两者共存一体,

15、发展成为ABS/ASR系统。目前,ABS/ASR已在欧洲新载货车中普遍使用,并且欧共体法规EEC/71/320已强制性规定在总质量大于3.5t的某些载货车上使用,重型车是首先装用的。然而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用,并可获得较短的制动距离与制动方向稳定性,但是它不能解决制动系统中的所有缺陷。因此ABS/ASR功能,同时可进行制动强度的控制。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。近几年电子技术与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。德国博世公司在1993年与斯堪尼公司联合首次在Scania牵引车与挂车上装用了EBS。然而EBS是全新的系统,它有很大的潜力,必将给现在与将来的制动系统带来革命性的变革。 三.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。在第一方面,ABS功能的扩充除ASR外,同时把悬架和转向控制

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