微型车后制动器设计与计算
概 述
尽可能提高汽车行驶速度,是提高运输生产率的主要技术措施之一,但必须以保证行驶安全为前提。因此,在道路宽阔平坦,车流和人流又较小的情况下,汽车可以用高速行驶,而在即将转向,或行经不平路面,或两车交会时,都必须减低车速,特别是在遇到障碍物,或是有碰撞行人或其他车辆的危险时,更需要在尽可能短的距离内将车速降到很低,甚至为零(即停车)。如果汽车不具备这一性能,高速行驶就不可能实现。
汽车在下长坡时,在重力作用下,有不断加速到危险程度的趋向。此时应当将车速限制在一定的安全值以内,并保持稳定。
此时,对已停驶(特别是在坡道上停驶)的汽车,应使之可靠的驻留原地不动。
上述使行驶中的汽车减速甚至停车,使下坡行驶的汽车的速度保持稳定,以及使已停驶的汽车保持不动这些作用通称制动。
第一章汽车制动系
1.1 制动系基本组成
对汽车起到制动作用的只能是作用在汽车上,其方向与汽车行驶方向的外力。作用在行驶汽车上的滚动阻力,上坡阻力,空气阻力都能对汽车起制动作用,但这些外力的大小都是随机的,不可控制的。故汽车上必须装设一系列专门装置,以便驾驶员能根据道路和交通等情况,借以使外界(主要是路面)在汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力,对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力。这样的一系列专门装置即称为制动系。
任何制动系都具有以下四个基本部分组成:
1)供能装置----包括供给,调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。其中产生制动能量的部分称为制动能源。人的肌体也可作为制动能源。
2)控制装置----包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。制动踏板机构即是最简单的一种控制装置。
3)传动装置----包括将制动能量传输到制动器的各个部件。象制动器中的制动主刚和制动轮缸。
4)制动器----产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力(制动力)的部件,其中也包括辅助制动系中的缓速装置。
制动系按照制动能源来分类可分为:人力制动系,动力制动系和伺服制动系。
制动系按照制动能量的传输方式又可分为:机械式,液压式,气压式和电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系可称为组合式制动系。在这里我们主要介绍液压式制动系。
1.2 液压式制动系
人力液压制动系的原理是：作为制动能源的驾驶员所施加的控制力,通过作为控制装置的制动踏板机构传到容积式液压传动装置的主要部件——制动主缸。制动主缸属于单向作用活塞式油泵,其作用是将自踏板机构输入的机械能转换成液压能。液压能通过油管输入前、后轮制动器和的制动轮缸。制动轮缸属于单向作用活塞式油缸,其作用是将输入的液压能再转换成机械能,促使制动器转入工作状态。
制动踏板机构和制动主缸都装在车架上。因车轮是通过弹性悬架与车架联系的,而且有的还是转向轮,主缸与轮缸的相对位置经常变化,故主缸与轮缸间的连接油管除金属管(铜管)外,还有特制的橡胶制动软管。各液压元件之间及各段油管之间还有各种管接头。制动前,整个液压系统中应当充满专门配制的制动液。
踩下制动踏板,制动主缸即将制动液经油管压入前、后制动轮缸,将制动蹄推向制动鼓。在制动间隙消失之前,管路中的液压不可能很高,仅足以平衡制动蹄回位弹簧的张力以及油液在管路中的流动阻力。在制动器间隙小时并开始产生制动力矩时,液压与踏板力方能继续增长,直到完全制动。从开始制动到完全制动的过程中,由于在液压作用下,油管(主要是橡胶软管)的弹性膨胀变形和摩擦元件的弹性压缩变形,踏板和轮缸活塞都可以继续移动一段距离。放开制动踏板,制动蹄和轮缸活塞在回位弹簧作用下回位,将制动液压回主缸。
显然,管路液压和制动器产生的制动力矩是与踏板力成线性关系的。若轮胎与路面间的附着力足够,则汽车所受到的制动力也与踏板力成线性关系。制动系的这项性能称为制动踏板感(或称路感),驾驶员可因此而直接感觉到汽车制动强度,以便即使加以必要的控制和调节。
1.3制动液简介
制动液的质量在保证液压系统工作可靠性方面是很重要的。对制动液的要求是: 1)高温下不易汽化,否则将在管路中产生汽阻现象,使制动系失效; 2)低温下有良好的流动性; 3)不会使与之经常接触的金属(铸铁、钢、铝或铜)件腐蚀,橡胶件发生膨胀、变硬和损坏; 4)能对液压系统的运动件起良好的润滑作用; 5)吸水性差而溶水性良好,即能使渗入其中的水汽形成微粒而与之均匀混合,否则将在制动液中形成水泡而大大降低汽化温度。
目前国内使用的制动液大部分是植物制动液,用50%左右的蓖麻油和50%左右的溶剂(丁醇酒精或甘油等)配成。用酒精作溶剂的制动液粘度小,但汽化温度只有70度左右,用丁醇作溶剂时汽化温度可到100度。但植物制动液的汽化温度都不够高,且在70度的低温下都易凝结,蓖麻油又是贵重的化工原料,故今后势将逐步被合成制动液和矿物制动液所取代。我国生产的合成制动液的汽化温度已超过190度,在-35度的低温下流动性良好,适用于高速汽车制动器,特别是盘式制动器。此外,合成制动液对金属件(铝件除外)和橡胶件都无伤害,溶水性也很好,但目前成本还较高。矿物制动液在高温和低温下性能都很好,对金属也无腐蚀作用,但溶水性较差,且易使普通橡胶膨胀。故用矿物制动液时,活塞皮碗及制动软管等都必须用耐油橡胶制成。
1.4制动系防抱死系统(ABS系统)
现代汽车上大量安装防抱死制动系统，简称ABS。ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防 止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。
普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而安全抱死。完全抱死的车轮会使轮胎与地面的附着摩擦力下降，驾驶员无法控制汽车的行驶方向，制动过程中极易出现侧滑、甩尾和冲到公路外的危险情况。随着高速公路的发展，汽车的速度越来越快，制动时车轮安全抱死会出现更大的危险性。因此，出于安全考虑，汽车必须安装防抱死制动系统。
ABS工作原理：它是利用阀体内的一个橡胶气囊，在踩下刹车时，给予刹车油压力，充斥到ABS的阀体中，此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回，使车轮避过锁死点。当年轮即将到达下一个锁死点时，刹车油的压力使得气囊重复作用，如此在一秒钟内可作用60~120次，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械的“点刹’。因此，ABS防抑死系统，能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑，使车轮在刹车时不被锁死，不让轮胎在一个点上与地面摩擦，从而加大磨擦力，使刹车效率达到90%以上。
汽车防抱死系统一般由车轮速度传感器、发动机速度传感器、电磁阀、计算机（电脑）和液压控制单元（液压调节器）组成。
防抱死系统的特点主要有四个：
1、增加制动时的稳定性
汽车在制动时，四个轮子上的制动力是不一样的。如果汽车的前轮先抱死，驾驶员就无法控制车轮的行驶方向，容易出现撞车的危险。倘若汽车的后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至出现汽车“掉头”的严重事故。ABS可防止四个轮子制动时被完全抱死，从而提高了汽车在制动过程中的稳定性。
2、能缩短制动距离
在紧急制动的状态下，ABS能使车轮处于既滚动又拖动的状况，拖动的比例占20%左右，这时轮胎与地面的摩擦力最大，即所谓的最佳制动点或区域。普通的制动系统无法做到这一点。
3、防止轮胎过度磨损
事实上，车轮完全抱死会造成轮胎杯型磨损，轮胎表面磨耗不均匀，使轮胎损耗增加。经测定，汽车在紧急制动时车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费，已超过一套防抱死制动系统的造价。
4、使用方便，工作可靠
ABS系统的使用与普通制动系统的使用几乎没有什么不同，制动时只要把脚踏在制动板上进行正常的制动即可。遇到雨雪路滑，驾驶员再也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动，ABS会使制动保持在最佳点。要注意的一点是：ABS工作时，驾驶员会感到制动踏板有颤动，并听到一些噪音，都属于正常现象，不用过分紧张。ABS工作十分可靠，并有自诊断能力。