汽车电控液压制动系统电子控制单元设计

吉林大学远程教育学院2016届本科生毕业论文（设计）汽车电控液压制动系统电子控制单元设计摘要汽车工业伴随着科技进步而高速发展，在欧美等发达国家，汽车已经是只是一件家庭必须品。

随着我国经济发展，汽车的需求量也迅猛增加，我国汽车产业随之不断扩大。

然而，汽车保有量的不断增加，也使得行车安全问题日益凸显，汽车的制动系统是保证行车安全性的重要系统之一，因此，制动系统的研究和开发对于汽车行驶的安全性有着极大的意义。

本文对汽车的液压制动系统的结构、分类以及发展状况进行了分析介绍，主要包括制动器的形式与特征、液压管道的布置形式、制动主缸和制动轮缸的结构、真空助力器的结构以及 ABS 系统的工作过程。

并以奥迪 A4 车型的车身与底盘参数为原始数据，进行了四轮盘式制动器、制动主缸和制动轮缸的设计计算。

关键词制动系统液压ABS 盘式制动器吉林大学远程教育学院2016届本科生毕业论文（设计）目录一、绪论.......................................... 错误！未定义书签。

1.1 制动系统设计意义.......................... 错误！未定义书签。

1.2 制动系统的研究现状 (1)1.3 本次制动系统设计应达到的目标 (2)1.4 本次制动系统的设计要求 (3)二、制动装置与制动机理 (3)2.2制动的基本机理 (3)2.2 液压式脚制动器 (3)三、车轮制动器的形式与特征 (6)3.1 盘式制动器 (6)3.2 鼓式制动器 (9)四、操纵机构 (10)4.1 制动踏板 (10)4.2 制动主缸 (10)4.3 制动器配管方式 (12)4.4 制动轮缸 (13)4.5 制动助力装置 (14)五、防抱死系统（ABS） (16)5.1 ABS 的功用 (16)5.2 ABS 的组成及控制原理 (17)5.3 ABS 的类型 (20)六、制动器及驱动机构的设计计算 (24)6.1盘式制动器的参数确定 (25)6.2 制动轮缸直径的确定 (28)6.3 制动主缸直径的确定 (29)总结 (30)参考文献 (32)致谢 (33)一、绪论1.1 制动系统设计意义汽车的日益大众化带来了对汽车行驶安全问题的思考，从2013年开始实行的新交规就能看出国家非常重视交通安全问题，诚然，人们安全意识的提高能很大程度上的减少交通事故，而汽车本身的安全系统对行车安全也有极大的影响。

汽车的良好的制动系统是行车安全的一个重要保障，当汽车在行驶过程中发生突发事件时，稳定而迅速的制动能很大程度的减小驾驶员以及车外其他人员所受安全威胁。

所以，对汽车制动系统的研究对于交通安全，行车安全都有着重要意义。

1.2 制动系统的研究现状从汽车诞生时起，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。

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。

伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。

新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。

例如电动汽车没有内燃机，无法为真空助力器提供真空源，一种解决方案是利用电动真空泵为真空助力器提供真空。

汽车制动系统的发展是和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切相关的，制动系统的每个组成部分都发生了很大变化。

1.2.1 供能装置的发展人力制动是开始有制动系统时的制动能源，它有机械式制动、液压式制动两种形式。

机械式制动主要用于驻车制动系统中，驻车制动系统中要求用机械锁止方法保证汽车在原地停止不动，在任何情况下不至于滑动。

液压式制动是通过制动踏板推动制动主缸，进而使制动器进入工作状态。

伺服制动兼用人力和发动机作为制动能源，正常情况下制动能量由动力伺服系统供给，动力伺服系统失效时可由人力供给制动能量，这时伺服制动就变为人力制动。

伺服制动可用气压能、真空能(负气压能)以及液压能作为伺服能量，形成各种形式的助力器。

动力制动系统的制动能源是发动机所驱动的油泵或者气泵，人力仅作为控制来源，可分为气压制动、气顶液制动、液压制动。

其中气压制动是发展最早的一种动力制动系统。

它用空气压缩机提供气压，气顶液制动是用气压推动液压动作，产生制动作用。

液压制动是目前得到广泛应用的一种制动系统，技术已经非常成熟。

目前正在发展的电液复合制动以及电子制动中使用了电机作为制动能源，人力踩制动踏板作为控制来源。

1.2.2 控制装置的发展最早的人力制动，通过机械的连接产生制动动作。

发展到人力控制制动，通过踩制动踏板启动制动，再由传力装置把制动踏板力传到真空助力器，经过真空助力器的助力扩大后，传递到制动主缸产生液压力，然后通过油路把液压力传递到每个轮缸，开始制动。

随着清洁能源汽车和电动汽车的研究应用，以及电子技术在汽车上面的广泛应用，制动系统的控制装置也出现了电子化的趋势，其中电制动完全改变了制动系统的控制和管理，会使汽车制动系统发生革命性的变化，它采用电子控制，可以更加准确、更高效率地实现制动。

1.2.3 传动装置的发展人力制动时代是采用机械式的传动装置，气(液)压制动是利用气(液)压力和连接管路把制动力传递到制动器。

电子制动则是利用制动电机产生制动力直接作用到制动器，它的控制信号来自控制单元(ECU)，用信号线传递制动信号和制动力信息。

制动器是制动的主要组成部分，目前汽车制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为鼓式和盘式两大类制动器。

鼓式制动器又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。

盘式制动器有定钳式，浮钳式，浮钳式包括滑动钳式和摆动钳盘式两种型式。

滑动钳式是目前使用广泛的一种盘式制动器。

由于盘式制动器热和水稳定性以及抗衰减性能较鼓式制动器好，可靠性和安全性也好，而得到广泛应用。

但是盘式制动器效能低，无法完全防止尘污和锈蚀，兼做驻车制动时需要较为复杂的手驱动机构，因而在后轮上的应用受到限制，很多车是采用前盘后鼓的制动系统组成。

电动汽车和混合动力汽车上具有再生制动能力的电机，在回收制动能量时起制动作用，它引入了新型的电制动系统制动器。

作为一种新的制动器型式，势必引起制动器型式的变革。

电制动系统制动器是基于传统的制动器，也分为盘式电制动器和鼓式电制动器，鼓式电制动器由于制动热衰减性大等缺点，将来汽车上会以盘式电制动器为主。

1.3 本次制动系统设计应达到的目标（1）制动效能良（2）制动效能的恒定性良好（3）抗热衰退性能良（4）制动时的方向稳定性良好1.4 本次制动系统的设计要求学习汽车制动系统的的结构和工作原理，确定制动系统的结构，选择适当的设计方案，设计计算制动器和操纵机构主要元件的结构，根据ABS的工作原理和工作过程绘出制动系统的液压回路图形。

整理设计方案和计算过程及结果，完成毕业论文。

二、制动装置与制动机理2.1 制动的基本机理制动装置是利用摩擦将汽车运动能量转换为热能，通过在大气中散热，将能量传递出去。

对于汽车的制动装置应具有以下的要求：（1）以较短的制动距离停车（2）制动效果稳定（3）制动装置具备足够的刚性，且耐久性良好（4）检测及更换简单在汽车行驶过程中踩下制动踏板，制动片挤压盘片，制动片与盘片摩擦产生摩擦热，此时产生的摩擦热与消失的运动能相当，因此而得到的摩擦力矩成为制动盘片转动的制动力矩，是汽车的制动力。

因此，整个制动程序就是运动能→摩擦热（热能）→盘片中蓄热→散热于大气中。

2.2 液压式脚制动器脚制动器是汽车所使用的主要刹车系统，是利用驾驶员的脚踏力进行制动的。

制动器中包括利用液压、压缩空气、以及液压与空气混合的几种制动器。

其中轿车一般采用液压式制动器。

2.2.1 液压式脚制动器的基本工作机理如图2-1所示，将施加到制动踏板的踏力传递给制动主缸，在制动主缸内产生液压，该液压通过制动业管在传递给各个车轮的制动轮缸，通过挤压各个制动轮缸的活塞，将垫片推向制动盘，利用此时产生的摩擦力得到制动力。

2-1 液压制动系统图2.2.2 液压装置的构成液压装置利用了帕斯卡定律，如图2-2所示，由制动踏板、产生液压的制动总缸、向各制动轮缸传递传递液压的制动液管，以及制动软管、将制动压力转换为作用力的轮缸与活塞等构成。

2-2 制动系统液压装置简图在盘式制动的情况下，由于垫片的推力必须大于鼓式制动中对制动蹄的推力，所以制动主缸与制动分缸的面积比要大于鼓式的面积比，并且要将盘式制动中的液压装置设计成在同样踏板力的作用下，作用于活塞的推力要大于鼓式制动中的推力。

2.2.3 帕斯卡定律帕斯卡定律就是：加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体各个方向传递。

2-3 帕斯卡定律原理图如图2-3所示，在活塞A施加外力F1，则力F2作用于活塞B上，此时容器内产生的液压与力的关系如下示（1）液压:p =F 1 S 1其中，p为液压，单位为Pa；F1为外力，单位为N；S1为活塞A的截面积，单位为m2。

（2）作用力： F = p ⨯ S= F ⨯S 2 S2211其中，F2为作用于活塞B的力，单位为N；S2为活塞B的截面积，单位为m2。

三、车轮制动器的形式与特征3.1 盘式制动器3.1.1 盘式制动器的特征盘式制动器是在与车轮成为一体进行转动的盘片两侧附着垫片，通过摩擦力产生制动力矩，从而达到制动车轮的目的。

盘式制动器几乎不产生鼓式制动器那样的自动增力，因此摩擦力与挤压垫片的外力以及垫片与制动盘之间的摩擦系数近似成正比，因而盘式制动器的制动作用比较稳定，而且转动的制动盘暴露在大气中，有利于散热，故在高速行驶的车辆中，盘式制动器是最合适的制动装置。

盘式制动器的特征如下:（1）优点：a制动稳定b散热性能优越c浸水恢复快d自动调节设备简单（2）缺点：a挤压垫片的作用力必须较大b垫片磨损快3.1.2 工作原理如图3-1所示，盘式制动器是在与车轮成为一体进行转动的圆板状盘片两侧附着垫片，通过产生摩擦力而获得制动力矩的结构。