汽车制动系统~毕业设计论文(论文)

1 引言汽车制动系的概述
制动系的功用是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，使汽车可靠地停在原地或坡道上。

制动系至少有行车制动装置和驻车制动装置。

前者用来保证第一项功能和在不长的坡道上行驶时保证第二项功能，而后者则用来保证第三项功能。

除此之外，有些汽车还设有应急制动和辅助制动装置。

应急制动装置利用机械力源(如强力压缩弹簧)进行制动。

在某些采用动力制动或伺服制动的汽车上，一旦发生蓄压装置压力过低等故障时，可用应急制动装置实现汽车制动。

同时，在人力控制下它还能兼作驻车制动用。

辅助制动装置可实现汽车下长坡时持续地减速或保持稳定的车速，并减轻或者解除行车制动装置的负荷。

行车制动装置和驻车制动装置，都由制动器和制动驱动机构两部分组成。

防止制动时车轮被抱死，有利于提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离，所以近年来制动防抱死系统(ABS)在汽车上得到很快的发展和应用。

此外，含有石棉的摩擦材料，因存在石棉有致癌公害问题已被逐渐淘汰，取而代之的是各种无石棉型材料并相继研制成功[1]。

1.1汽车制动系统的分类
(1) 按制动系统的作用
制动系统可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。

用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统；在行车制动系统失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统；在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统。

上述各制动系统中，行车制动系统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的。

(2)按制动操纵能源
制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统等。

以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统称为人力制动系统；完全靠由发动机的动力转化而成
图 2 双回路液压系统中的串联式双腔制动主缸 1-套；2-密封套；3-第一活塞；4-盖；5-防动圈；6、13-密封圈 7-垫片；8-挡片；9-第二活塞；10-弹簧；11-缸体；12-第二工作室 14、15-进油孔；16-定位圈；17-第一工作室；18-补偿孔；19-回油孔 图1 制动系统的组成示意图 1-前轮盘制动器；2-制动总泵；3-真空助力器；4-制动踏板机构；5-后轮鼓式制动；6-制动组合阀；7-制动警
的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统[2]。

(3)按制动能量的传输方式
制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。

同时采用两种以上传能方式的制动系称为组合式制动系统。

（4）安回路多少分
单回路制动系双回路制动系。

1.2汽车制动系的组成
下图1给出了一种轿车典型制动系
统的组成示意图，可以看出，制动系统
一般由制动操纵机构和制动器两个主
要部分组成。

1.2.1制动操作机构
产生制动动作、控制制动效果并将制动
能量传输到制动器的各个部件，如图中的2、
3、4、6，以及制动主缸和制动轮缸。

(1)制动主缸
制动主缸分单腔和双腔两种，分别
用于单回路和双回路液压制动系统。

图2
所示为一汽奥迪100型轿车双回路液压
系统中的串联式双腔制动主缸。

缸体11
部装有两个活塞3和9，将主缸腔分为两
个工作腔12和17.第一工作腔17及于有
前轮盘式制动器轮缸相通，还经感载比例
阀与左后轮鼓式制动器轮缸相通。

第二工作
腔12也有两条通路，一是通往左前轮盘式制
动器轮缸；一是经感载比例阀通往右后轮鼓
式制动器轮缸，每套管路的工作腔又分别通过补偿孔18和回油孔19与储油罐相通。

第二活塞9两端均承受弹簧力，但左弹簧
力小于右弹簧力，故主缸不工作时，第二活塞由右端弹簧保持在正确的初始位置，使补偿孔和进油孔与缸相通。

第一活塞3在左端弹簧作用下，压靠在1上，使其处于补偿孔18和回油孔19之间的位置。

密封套2用来防止主缸漏油。

此外每个活塞上都装有密封套，以便两腔建立油压并保证密封。

（2）制动轮缸
制动轮缸的功用是将液体压力转变为制动蹄开的机械推力。

制动轮缸有单活塞和双活塞式两种。

单活塞式制动轮缸主要用于双领蹄
式和双从领蹄式制动器，而双活塞式制动轮缸应
用较广，即可用于领从蹄式制动器，又可用于双
向领从蹄式制动器及自增力式制动器。

图3所示为双活塞式制动轮缸示意图。

在缸体4
部装有两个活塞2，两个皮碗3装在两个活塞2的
端面以实现油腔的密封，弹簧5保持皮碗、活塞、
制动蹄的紧密外，还可以防止水分进入，以免活塞与缸体生锈卡死。

制动时，来自制动主缸的制动液经油管接头进入油孔进入两活塞之间的油腔，将活塞向外推开，通过顶块6推动制动蹄。

1.2.2制动器
（一）制动器概述
一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。

凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都成为摩擦制动器。

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的制动器称为车轮
制动器。

旋转元件固装在传动系的传动轴上，其
制动力矩经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制
动器称为中央制动器。

（二）制动器分类
制动器主要分为两类：鼓式制动和盘式制
动。

1.鼓式制动器
图3 双活塞式制动轮缸示意图 1-防尘罩；2-活塞；3-皮碗 4缸体；5-弹簧；6-顶块
图4领从蹄式制动器受力示意图
（1）领从蹄式制动器，如图4所示。

下图为示意图，设汽车前进时制动鼓旋转方向(这称为制动鼓正向旋转)如图中箭头所示。

沿箭头方向看去，制动蹄1的支承点3在其前端，制动轮缸6所施加的促动力作用于其后端，因而该制动蹄开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同。

具有这种属性的制动蹄称为领蹄。

与此相反，制动蹄2的支承点4在后端，促动力加于其前端，其开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反。

具有这种属性的制动蹄称为从蹄。

当汽车倒驶，即制动鼓反向旋转时，蹄1变成从蹄，而蹄2则变成领蹄。

这种在制动鼓正向旋转和反向旋转时，都有一个领蹄和一个从蹄的制动器即称为领从蹄式制动器。

如图4所示，制动时两活塞施加的促动力是相等的。

制动时，领蹄1和从蹄2在促动力FS 的作用下，分别绕各自的支承点3和4旋转到紧压在制动鼓5上。

旋转着的制动鼓即对两制动蹄分别作用着法向
反力N1和N2，以及相应的切向反力T1和T2，
两蹄上的这些力分别为各自的支点3和4的
支点反力Sl 和S2所平衡。

可见，领蹄上的切向合力Tl 所造成的绕
支点3的力矩与促动力FS 所造成的绕同一支
点的力矩是同向的。

所以力T1的作用结果是
使领蹄1在制动鼓上压得更紧从而力T1也更
大。

这表明领蹄具有“增势”作用。

相反，
从蹄具有“减势”作用。

故二制动蹄对制
动鼓所施加的制动力矩不相等。

倒车制动时，虽然蹄2变成领蹄，蹄1变成从蹄，但整个制动器的制动效能还是同前进制动时一样。

在领从式制动器中，两制动蹄对制动鼓作用力N1"和N2"的大小是不相等的，因此在制动过程中对制动鼓产生一个附加的径向力。

凡制动鼓所受来自二蹄的法向力不能互相平衡的制动器称为非平衡式制动器
[3]。

（2）单向双领蹄式制动器，如图5。

1-制动蹄制2-动轮缸 3-支承销 4-制动鼓
图5单向双领蹄式制动器受力图
在制动鼓正向旋转时，两蹄均为领蹄的制动
器称为双领蹄式制动器，其结构示意图如下图所
示。

双领蹄式制动器与领从蹄式制动器在结构上
主要有两点不相同，一是双领蹄式制动器的两制
动蹄各用一个单活塞式轮缸，而领从蹄式制动器
的两蹄共用一个双活塞式轮缸；二是双领蹄式制
动器的两套制动蹄、制动轮缸、支承销在制动
底板上的布置是中心对称的，而领从蹄式制动
器中的制动蹄、制动轮缸、支承销在制动底板
上的布置是轴对称布置的。

（3）双向双领蹄式制动器，如图6。

无论是前进制动还是倒车制动，两制动蹄都是
领蹄的制动器称为双向双领蹄式制动器，下图是其
结构示意图器。

与领从蹄式制动器相比，双向双
领蹄式制动器在结构上有三个特点，一是采用两个
双活塞式制动轮缸；二是两制动蹄的两端都采用浮
式支承，且支点的周向位置也是浮动的；三是制
动底板上的所有固定元件，如制动蹄、制动轮缸、
回位弹簧等都是成对的，而且既按轴对称、又按
中心对称布置。

图7是一种双向双领蹄式制动器的具体结构。

前进制动时，所有的轮缸活塞都在液压作用下向外移动，将两制动蹄4和8压靠到制动鼓1上。

在制动鼓的摩擦力矩作用下，两蹄都绕车轮中心O 朝箭头所示的车轮旋转方向转动，将两轮缸活塞外端的支座9推回，直到顶靠到轮缸端面为止。

此时两轮缸的支座9成为制动蹄的支点，制动器的工作情况便同图d-zd-05所示的制动器一样。

倒车制动时，摩擦力矩的方向相反，使两制动蹄绕车轮中心O 逆箭头方向转过一个角度，将可调支座7连同调整螺母6一起推回原位，于是两个支座7便成为蹄的新支承点。

这样，每个制动蹄的支点和促动力作用点的位置都与前进制动时相反，其制动效能同前进制动
图6双向双领蹄式制动器图 1.制动轮缸 2.制动蹄 3.活塞 4.制动鼓
图7 双向双领蹄式制动器 1.制动鼓 2.制动轮缸 3.制动底板 4、8.制动蹄 5.回位弹簧 6.调整螺母 7.可调支座 9.支座
图10 双向自增力式制动器 时完全一样。

（4）双从蹄式制动器，如图8。

前进制动时两制动蹄均为从蹄的制动器称为
双从蹄式制动器，其结构示意图见下图。

这种制动器与双领蹄式制动器结构很相似，
二者的差异只在于固定元件与旋转元件的相对运
动方向不同。

虽然双从蹄式制动器的前进制动效
能低于双领蹄式和领从蹄式制动器，但其效能对
摩擦系数变化的敏感程度较小，即具有良好的制
动效能稳定性。

双领蹄、双向双领蹄、双从蹄式制动器的固定
元件布置都是中心对称的。

如果间隙调整正确，则
其制动鼓所受两蹄施加的两个法向合力能互相平
衡，不会对轮毂轴承造成附加径向载荷。

因此，这
三种制动器都属于平衡式制动器。

（5）单向自增力式制动器，如图9所示。

单向自增力式制动器的前进制动效能不仅高于
领从蹄式制动器，而且高于双领蹄式制动器。

倒车时
整个制动器的制动效能比双从蹄式制动器的效能
还低。

（6）双向自增力式制动器，如图10所示。

本田-王冠后轮制动器；多用于轿车后轮，兼
充当驻车制动器。

缺点：自增力制动器的效能对摩擦系数的依赖
性大，效能的热稳定性差。

制动力矩的增长在某些
情况下过于急速。

鼓式制动器小结：
以上介绍的各种鼓式制动器各有利弊。

就制动
效能而言，在基本结构参数和轮缸工作压力相同的条件下，自增力式制动器由于对
图8 双从蹄式制动器示意图1.支承销 2.制动蹄 3.制动轮缸 4.制动鼓
图9 单向自增力式制动器
图11 盘式制动器结构图
图12 定钳盘式制动器 摩擦助势作用利用得最为充分而居首位，以下依次为双领蹄式、领从蹄式、双从蹄式。

但蹄鼓之间的摩擦系数本身是一个不稳定的因素，随制动鼓和摩擦片的材料、温度和表面状况(如是否沾水、沾油，是否有烧结现象等)的不同可在很大围变化。

自增力式制动器的效能对摩擦系数的依赖性最大，因而其效能的热稳定性最差。

在制动过程中，自增力式制动器制动力矩的增长在某些情况下显得过于急速。

双向自增力式制动器多用于轿车后轮，原因之一是便于兼充驻车制动器。

单向自增力式制动器只用于中、轻型汽车的前轮，因倒车制动时对前轮制动器效能的要求不高。

双从蹄式制动器的制动效能虽然最低，但却具有最良好的效能稳定性，因而还是有少数华贵轿车为保证制动可靠性而采用(例如
英国女王牌轿车)。

领从蹄制动器发展较早，其效能
及效能稳定性均居于中游，且有结构较简单等优点，故目前仍相当广泛地用于各种汽车[4]。

2．盘式制动器
盘式制动器概述：
盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，被称为制动盘。

如图11。

其固定元件则有着多种结构型式，大体上可分
为两类。

一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背
板组成的制动块，每个制动器中有2～4个。

这些
制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹
钳形支架中，总称为制动钳。

这种由制动盘和制动
钳组成的制动器称为钳盘式制动器。

另一类固定元
件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形，制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，这种制动器称为全盘式制动器。

钳盘式制动器过去只用作中央制动器，但目前则愈来愈多地被各级轿车和货车用作车轮制动器。

全盘式制动器只有少数汽车(主要是重型汽车)采用为车轮制动器。

这里只介绍钳盘式制动器。

钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。

图13 浮钳盘式制动器 定钳盘式制动器，如图12。

制动时，制动油液由制动总泵(制动主缸)经进油口进入钳体中两个相通的液压腔中，将两侧的制动块压向与车轮固定连接的制动盘，从而产生制动。

这种制动器存在着以下缺点：油缸较多，使制动钳结构复杂；油缸分置于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳油道或外部油管来连通，这使得制动钳的尺寸过大；热负荷大时，油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化。

浮钳盘式制动器，如图13。

钳体2通过导向销6与车桥7相连，可以相对于制动盘1轴向移动。

制动钳体只在制动盘的侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。

制动时，液压油通过进油口5进入制动油缸，
推动活塞4及其上的摩擦块向右移动，并压到制
动盘上，并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向
左移动，直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘
上夹住制动盘并使其制动[5]。

盘式制动器小结：
盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优
点：
一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系
数的影响较小，即效能较稳定；
浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；
在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；
制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；
较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便；
对于钳盘式制动器而言，因为制动盘外露，还有散热良好的优点。

盘式制动器不足之处是效能较低，故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。

目前，盘式制动器已广泛应用于轿车，但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外，大都只用作前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期汽车有较高的
1.制动盘
2.制动钳体
3.摩擦块
4.活塞
5.进油口
6.导向销
7.车桥
制动时的方向稳定性。

在货车上，盘式制动器也有采用，但离普及还有相当距离[6]。

1.3 汽车制动系的工作原理
制动系统的一般工作原理是，利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。

可用一种简单的液压制动系统示意图来说明制动系统的工作原理。

一个以圆面为工作表面的金属制动。

鼓固定在车轮轮毂上，随车轮一同旋转。

在固定不动的制动底板上，有两个支承销，支承着两个弧形制动蹄的下端。

制动蹄的外圆面上装有摩擦片。

制动底板上还装有液压制动轮缸，用油管5与装在车架上的液压制动主缸相连通。

主缸中的活塞3可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。

当驾驶员踏下制动踏板，使活塞压缩制动液时，轮缸活塞在液压的作用下将制动蹄片压向制动鼓，使制动鼓减小转动速度，或保持不动。

使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。

制动力矩是设计、选用制动器的依据，其大小由机械的型式和工作要求决定。

制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。

摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。

摩擦材料分金属和非金属两类。

前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。

在了解某款车型的刹车系统时，您可能经常会听到“前盘后鼓”或“前碟后鼓”这四个字，那么，它到底是什么意思呢？最近就有读者通过电子询问有关汽车制动系统的问题，比如盘式制动器和鼓式制动器的区别，通风盘和实心盘的不同之处等等。

目前车市中很多发动机排量较小的中低档车型，其制动系统大多采用“前盘后鼓式”，即前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓式制动器，比如常见的一汽大众捷达、长安铃木奥拓及羚羊、比亚迪福莱尔、东风悦达起亚千里马、通用赛欧等等。

我们先来简单了解一下后轮经常采用的鼓式制动器。

实际应用差别很明显，盘刹比鼓刹好用。

刹车鼓中的石棉材料会致癌。

鼓刹与盘刹各有利弊。

在刹车效果上，鼓刹与盘刹的相差并不大，因为刹车时，是轮胎和地面的摩擦力让车子逐渐停止下来的。

如果车身小巧，车身重量轻，后轮采用鼓刹
就足以使轮胎和地面产生足够的摩擦力了。

如果后轮使用盘刹，ABS和EBD系统也会自动降低其刹车力度，以保证后轮不会失去抓地力出现打滑、抱死现象[7]。

散热性上，盘刹要比鼓刹散热快，通风盘刹的散热效果更好；在灵敏度上，盘刹会更高些，不过在下雨天道路泥泞的情况下当刹盘沾了泥沙后刹车效果就会大打折扣，这也是盘刹的缺点；费用方面，鼓刹较盘刹更低，而且使用寿命更长，因此一些中低档车多会采用鼓刹，中高档以上的车型基本采取四轮盘刹。

汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。

四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。

轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。

四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。

毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。

随着材料科学的发展及成本的降低，在轿车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。

一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。

凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都成为摩擦制动器。

目前汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。

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的制动器称为车轮制动器。

旋转元件固装在传动系的传动轴上，其制动力矩经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器称为中央制动器[8]。

1.4提高制动性能的措施
1.4.1提高汽车安全性的制动控制系统
有汽车参与的交通事故中，事故的预防、事故的回避、乘客保护等安全领域与汽车的运动性能有密切的关系。

事故预防中起主要作用的是驾驶员，事故发生瞬间对乘客保护主要是汽车的被动安全设备起作用，而事故的回避则与汽车的制动控制系统有紧密的关系。

在事故预防环节中人和环境的作用是主要的，在事故回避环节中车的作用是主要的。

在汽车中，提高安全性的制动控制系统除了ABS、TCS、ESP （VSC、VDS）等，另外还有BAS（Brake Assist System，制动器辅助系统）。

制动辅助系统BAS是当紧急刹车时，根据踩的速度、力度，制动系统自动感知而输出更强的制动力。

它的工作原理是，令刹车泵里的真空量增加，使你一脚踩下去，制动力度大大提高，从而提高了驾驶安全性。

即使车子已经熄火了，它还会使刹车制动能力保持一段时间。

它的功能是在紧急制动时，提供一个附加的制动力来帮助没能及时形成较大制动力的驾驶员，制动助力加快制动踏板的移动；当司机施加在制动踏板上的制动力不太大时，增加制动力，使车辆的紧急制动性能最佳。

有关调查显示，约有90％的汽车驾驶员紧急情况刹车时缺乏果断，而BAS则能从驾驶员踩下制动踏板的速度，探测车辆行驶情况。

紧急情况下，当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时，BAS便会启动，并在不足1秒的时间把制动力增至最大，从而缩短紧急制动刹车距离。

ABS虽然能够缩短刹车距离，但如果驾驶员采用点刹时，车轮往往不会抱死，ABS没有机会发挥作用。

而制动辅助BAS，则让现有的ABS具有一定的智能。

当驾驶者迅速用力踩下刹车踏板时，BAS就会判断车辆正在紧急刹车，从而启动ABS，迅速增大制动力。

1.4.2 ABS系统的保养与正确使用
ABS(防抱死制动系统)作为一种主动安全装置，在现代汽车上运用已经很广泛了。

由于其在制动过程中的控制方式及工作过程与以往普通的制动系统有所区别，因此在使用保养方面也与传统的制动系统有所不同，否则会引发ABS系统故障。

车主在使用装有ABS系统的汽车时要做到“四要”、“四不要”。

四要
(1)要始终将脚踩住制动踏板不放松。

这样才能保证足够和连续的制动力，使ABS 有效地发挥作用。

(2)要保持足够的制动距离。

当在良好路面上行驶时，至少要保证前面的车辆有3s的制动时间；在不好的路面上行驶，要留给制动更长一些的时间。

(3)要事先练习使用ABS，这样才能使自己对ABS工作时的制动踏板振颤有准备和适应能力。

(4)要事先阅读汽车驾驶员手册。

这样才能进一步理解各种操作。

四不要。