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1、汽车机械基础 第五节 伺服制动装置伺服制动系兼用人体和发动机作为制动能源，在正常情况下，制动能量大部分由动力伺服系统供给，可以减轻驾驶员施加于制动踏板上的力，增加车轮制动力，达到操纵轻便、制动可靠的目的。在动力伺服系统失效时，伺服制动转变为人力制动。常见伺服制动系以发动机工作时在进气管中形成的真空（或利用真空泵产生的真空）为伺服能量。它可分为增压式和助力式两种形式。增压式是通过增压器将制动主缸的液压进一步增加，增压器装在主缸之后；助力式是通过助力器来帮助制动踏板对制动主缸产生推力，助力器装在踏板与主缸之间。一、真空助力式伺服制动系真空助力伺服制动系是通过真空助力器的动力帮助踏板推力，即伺服气室
2、工作时产生的推力，同踏板力一样作用在制动主缸的活塞上，从而提高制动效能。因真空助力器结构简单，故多用于小型车上，特别是双回路制动系统。1.组成图示为奥迪100型轿车真空助力伺服制动系示意图。其中的液压制动系是双回路的。串联双腔制动主缸4的前腔通往左前轮盘式制动器的轮缸1，并经感载比例阀10通向右后轮鼓式制动器的轮缸8。主缸4的后腔通往右前轮盘式制动器的轮缸2，并经感载比例阀10通向左后轮鼓式制动器的轮缸9。制动主缸4直接装在伺服气室上。真空伺服气室工作时产生的推力，也同踏板力一样直接作用在制动主缸的活塞推杆上。真空管12通发动机进气管。真空伺服气室5和控制阀6组成一个整体件，称为真空助力器。2
3、.真空助力器真空助力器不工作时，弹簧6将推杆连同控制阀柱塞8推到后极限位置(即真空阀开启)，橡胶阀门5则被弹簧压紧在空气阀座上4(即空气阀关闭)。伺服气室前、后腔经通道A、控制阀腔和通道B互相连通，并与空气隔绝。在发动机开始工作、且真空单向阀被吸开后，伺服气室左右两腔内都产生一定的真空度。刚踩下制动踏板时，加力气室尚未起作用，阀体固定不动，来自踏板机构的控制力可以推动推杆和控制阀柱塞相对于阀体左移，当与橡胶反作用盘之间的间隙消除后，控制力便经反作用盘、推杆传给制动主缸。此时，主缸内的制动液以一定压力流入制动轮缸。与此同时，阀门也在弹簧作用下左移，直至与控制阀体上的真空阀接触，使通道A和B隔断。
4、然后，推杆继续推动铰连杆左移到其后端面离开阀门一定距离。于是外界空气经过滤环、控制阀腔和通道B充入助力气室的后腔，使其中真空度降低，在加力气室前、后腔之间产生一个压力差，推动主缸活塞增加制动压力。在此过程中，膜片与阀座也不断左移，直到阀门重新与大气阀座接触而达到平衡状态为止。因此，在任何一个平衡状态下，加力气室后腔中的稳定真空度均与踏板行程成递增函数关系，从而体现控制阀的随动作用。加力气室两腔真空度差值造成的作用力，除一部分用来平衡复位弹簧的力以外，其余部分都作用在反作用盘上。因此制动主缸推杆所受的力为阀体和控制阀柱塞二者所施作用力之和。另经反作用盘反馈过来的力，使得驾驶员有一定的踏板感。真空
5、助力器失效或真空管路无真空度时，制动踏板机构仍能推动制动主缸推杆，使制动主缸产生制动液压实现制动，但踏板力要大。二、真空增压式伺服制动系1.结构及原理图示为跃进NJ1061 A型汽车装用的真空增压式液压制动传动装置。它比普通液压制动传动装置多装了一套真空增压系统，由发动机进气管（真空源）、真空单向阀、真空筒组成的供能装置、控制装置的控制阀、传动装置的加力气室及辅助缸等组成。发动机工作时，在进气歧管中的真空度作用下，真空筒中的空气经真空单向阀吸人发动机，使筒中产生一定的真空度，作为制动伺服的能源（柴油发动机因进气管的真空度不高，需另装一真空泵作为真空源）。单向阀的作用是：当进气管（或真空泵）的真
6、空度高于真空筒的真空度时，单向阀被吸开，将真空筒及加力气室内的空气抽出；当发动机熄火或因工况变化以致使进气管的真空度低于真空筒的真空度时，单向阀即关闭，以保持真空筒及加力气室的真空度。踩下制动踏板时，制动主缸输出的制动油液先进人辅助缸，由此一方面传人前后制动轮缸，另一方面又作为控制压力输入控制阀，控制阀使真空加力气室起作用，这样气室输出的力与主缸传来的液压一同作用于辅助缸活塞上，使辅助缸输送至轮缸的液压变得远高于主缸液压。2.真空增压器加力气室：把进气管（或真空泵）产生的真空度与大气压力的压力差，转变为机械推力。壳体是钢板冲压件，前壳体用螺钉与辅助缸体的后端相连，其间有连接块和密封垫圈。膜片的
7、外缘装在用卡箍夹紧的壳体之间，中部经托盘等件与推杆紧固在一起，不制动时膜片在复位弹簧作用下处于最右端位置。膜片左腔有孔管经单向阀与发动机的进气管相通，经由辅助缸体中的孔道与控制阀下气室B相通；其右腔室D经通气管与控制阀上腔A相通。辅助缸：把低压油变成高压油。装有皮圈的活塞把辅助缸体分成两部分：左腔经出油管接头通向前后制动轮缸；右腔经进油接头通向制动主缸的出油口。活塞的中部有小孔而保持左、右腔在不制动时连通，加力气室不工作时复位弹簧使活塞靠在活塞限位座的右极限位置。前端嵌装球阀的推杆用来推动活塞移动，杆的后端与加力气室膜片连接。密封圈起密封和导向作用。控制阀：是控制加力气室起作用的随动控制机构。
8、膜片的中部紧固在膜片座上，装有皮圈的控制活塞与座固装在一起，活塞处于与辅助缸右腔相通的孔中。真空阀和空气阀刚性地连接在一起，阀门弹簧在不制动时使空气阀关闭，膜片复位弹簧则使膜片保持在真空阀开启的下方位置。膜片座中央有孔道使气室A和气室B相通，因此，不制动时4个气室A、B,C和D相通且真空度相等。踩下制动踏板时，制动主缸中的制动液即被压人辅助缸，因此时球阀还是开启的，故液压油经活塞上的孔进入各制动轮缸，轮缸液压即等于主缸液压。与此同时，液压还作用在控制阀活塞上，并通过膜片座压缩弹簧，使真空阀的开度逐渐减小，直至关闭，气室A和B即隔绝，这时的控制液压还不足以使空气阀开启，膜片还未开始工作，即所谓增
9、压滞后。随着控制液压升高，液压使膜片座继续升起，压缩阀门弹簧打开空气阀，由空气滤清器进入的空气即进入气室A和D。此时，气室B和C的真空度仍保持原值不变，在D,C两气室压力差作用下，膜片带动推杆左移，使球阀关闭。这样，制动主缸便与辅助缸左腔隔绝，辅助缸内的油液即增加了一个由加力气室膜片两侧气压差造成并经推杆传来的推动力。所以在辅助缸左腔及各轮缸中的压力远高于制动主缸的压力。制动踏板在某一位置不动（维持制动状态）时，随着进入气室空气量的增加，A和B气室的压力差加大，对膜片产生向下的压力，因而膜片座及活塞随之下移，使空气阀的开度逐渐减小，直至落座关闭，此时处于真空阀、空气阀都关闭的状态（“双阀关闭”
10、）。油压作用于活塞向上的压力与气室A,B压力差产生的向下的压力相平衡。气室D,C压力差作用在膜片上的总推力与控制油压作用在活塞右端的总推力之和，与高压油液作用在活塞左端的总阻抗力相平衡。辅助缸活塞即保持平衡。作用力的大小取决于控制活塞下面的液压（主缸液压），即取决于踏板力和踏板行程。放松制动踏板时控制油压下降，控制阀活塞连同膜片座下移，使空气阀关闭，而真空阀开启，于是D、A两气室的空气经B、C两气室被吸出，从而A、B、C和D各气室又互相连通，都具有一定的真空度，以备下次制动之用。此时，所有运动部件都在各自复位弹簧的作用下复位。当真空增压器失效或真空管路无真空度（发动机熄火）时，推杆及活塞不会动
11、作，辅助缸中的球阀将水远开启，保持制动主缸和轮缸之间的油路畅通。此时，整个系统工作原理与人力液压制动系相同，但所需的踏板力要大得多。第七节 驻车制动器驻车制动装置的作用是使停驶后的汽车驻留原地不动；当行车制动效能失效后临时使用或配合行车制动器进行紧急制动。驻车制动装置按其安装位置可分为中央制动式和车轮制动式两种。前者的制动器安装在变速器的后面，制动力矩作用在传动轴上；后者与车轮制动器共用一个制动器总成，只是传动机构是相互独立的，结构简单紧凑，已在轿车上得到普遍应用。一、中央制动式驻车制动装置1.自动增力式制动器制动鼓与变速器第二轴的凸缘盘连接，随第二轴转动。制动底板通过4颗螺栓固定在变速器外壳
12、上。间隙调整螺栓、螺母、调整套组合成一长度可调的推杆。两制动蹄通过稳定销、稳定弹簧、弹簧座浮动支撑在制动底板上，两制动蹄上端在两拉簧的作用下靠紧支撑销，下端辐板卡在可调推杆两端的凹槽内，并用拉簧拉紧。驻车制动臂上端与右蹄通过销轴铰接，并通过推板和左蹄靠接，臂的下端与驻车制动钢丝绳连接。制动手柄通过钢丝绳和摇臂等与制动器软连接传力，绳的松紧可用螺母调整。制动时，将手柄拉出，使制动臂以销轴为支点顺时针转动，通过推力板将左蹄压向制动鼓，随后制动臂的上端右移，使右蹄也压向制动鼓，产生制动作用。自动增力过程同前述车轮制动器。当棘齿拉杆在全制动位置时，棘爪即在扭簧的作用下将拉杆锁止。放松制动时，应将手柄和
13、棘齿拉杆顺时针转动一个角度，使棘爪脱离啮合，再将手柄推回到不制动位置，并转回一定角度，以便下次制动。2.凸轮张开式鼓式制动器凸轮张开式中央制动器，结构与前述凸轮张开的车轮制动器相同。图示为东风EQ1090E型汽车用机械传动的中央制动器。制动鼓通过螺栓与变速器第二轴后端的凸缘盘紧固在一起，制动底板由底板支座通过螺栓固定在变速器第二轴轴承盖上，两制动蹄下端松套在固定于制动底板的偏心支撑销上，制动蹄上端装有滚轮，制动凸轮轴通过制动底板支座支撑在制动底板上部，其外端与摆臂的一端借细花键连接，摆臂的另一端与穿过压紧弹簧的拉杆相连。拉杆再通过摇臂、传动杆与驻车制动杆相连。驻车制动杆与固定于变速器壳体上的齿
14、扇铰连，驻车制动杆上还连有棘爪，驻车制动器工作时，棘爪嵌人齿扇上的棘齿内，起锁止作用。解除驻车制动时，需按下驻车制动杆上的按钮使棘爪脱离棘齿才能搬动驻车制动杆。3.盘式中央制动器解放CA1091型汽车中央制动器二、车轮制动式驻车制动装置1.鼓式车轮驻车制动装置驻车制动杠杆上端用平头销与后制动蹄相连，其上部卡人驻车制动推杆右端的切槽中，作为中间支点，下端做成钩形，与驻车制动钢索相连。前、后制动蹄的腹板卡在驻车制动推杆两端的切槽中。驻车制动时，将车厢内的驻车制动杆拉到制动位置，制动钢索将制动杠杆下端向前拉，使之绕上端支点（平头销）转动，制动杠杆在转动过程中，其中间支点推动驻车制动推杆向左移动，将前
15、制动蹄压向制动鼓，直到前制动蹄压到制动鼓后，推杆停止移动，则制动杠杆的中间支点成为继续转动的新支点，于是制动杠杆的上端右移，使后制动蹄压靠到制动鼓上。钢索拉得越紧，摩擦片对制动鼓的压力也越大，制动鼓与摩擦片之间产生的摩擦力矩也越大。解除驻车制动时，松开驻车制动杆，在复位弹簧的作用下，制动杆、制动蹄均回复原位。2.盘式车轮驻车制动装置图示为一种带凸轮促动机构的盘式制动器的浮式制动钳。自调螺杆穿过制动钳体的孔旋装在切有粗牙螺纹的自调螺母中，螺母凸缘的左边部分被扭簧紧箍着。扭簧的一端固定在活塞上，而另一端则自由地抵靠螺母凸缘。推力球轴承固定在螺母凸缘的右侧，并被固定在活塞上的挡片封闭。轴承与挡片之间
16、的装配间隙即等于制动器间隙为标准值时完全制动所需的活塞行程。膜片弹簧使螺杆右端斜面与驻车制动杠杆的凸轮斜面始终贴合。施行驻车制动时，在驻车制动杠杆的凸轮推动下，自调螺杆连同自调螺母一直左移到螺母接触活塞的底部。此时，由于扭簧的障碍，自调螺母不可能倒转着相对于螺杆向右移动，于是轴向推力便通过活塞传到制动块上而实现制动。解除驻车制动时，自调螺杆在膜片弹簧的作用下，随着驻车制动杠杆复位。第八节 制动系的自动控制技术一、自动防抱死装置1.作用汽车在制动时不希望车轮制动到抱死状态，而是希望车轮制动到边滚边滑的状态。滑动成分的多少用汽车行驶时实际车速与车轮瞬时圆周速度之间的差异来评价，即车轮滑动率，用S表
17、示。其计算公式为：S(v一v)/v x 100%(v一r0)/v x 100%式中:S滑移率。车轮完全抱死时,S100%；车轮纯滚动时,SO干燥硬实路面上的地面附着系数与滑动率之间的关系如图由试验得知，汽车车轮的滑动率在1520时，轮胎与路面间有最大的附着系数。同时横向附着系数也保持较大值，使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力，因而得到最佳的制动效果。所以为了充分发挥轮胎与路面间的这种潜在附着能力，目前在大多数汽车上装备了车轮防抱死制动系统。车轮防抱死制动系统(AntiLock Brake System)，简称ABS或ALB，它是汽车上的一种主动安全装置。其作用是在汽车制动时，自动
18、调节制动力的大小，避免车轮完全抱死在路面上产生拖滑，使车轮处于边滚边滑的状态，以保证车轮与地面间有最好的附着状态，从而缩短制动距离，提高汽车制动过程中的方向稳定性及转向操纵能力，使汽车制动更为安全有效。2.ABS系统的优点1.增加了汽车制动时的稳定性。2.能缩短制动距离。这是因为在同样紧急制动的情况下，ABS系统可以将滑移率控制在20左右，从而可获得最大的纵向制动力。3.改善了轮胎的磨损状况。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区别，制动时只要把脚踏在制动踏板上，ABS系统
19、就会根据情况自动进入工作状态，如遇雨雪路滑，驾驶员也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动。3.ABS系统的基本组成车轮防抱死制动系统由传统的普通制动系统和防止车轮抱死的电子控制系统组成，下面提到的ABS单指电子控制系统。电子控制系统一般由传感器（主要指车轮转速传感器）、电子控制器（ECU）、执行器（主要指制动压力调节器）及警告灯等组成。1.车轮转速传感器：车轮转速传感器是ABS系统中最主要的一个传感器，其作用是检测车轮速度信号，简称轮速传感器。2.电子控制器:ABS电子控制器，常用ECU表示，俗称ABS电脑。它是系统的神经中枢，接受传感器信号，通过计算、分析、判断后对执行器发出控制指令，另外还
20、有监测功能。3.制动压力调节器：制动压力调节器的作用是接受ECU的指令，驱动调节器中的电磁阀动作（或电机转动），调节制动轮缸的制动压力，使车轮始终处于边滚边滑状态。4.警告灯：警告灯包括仪表板上的制动警告灯和ABS警告灯。制动警告灯为红色，通常用BRAKE作标识，由制动液面开关、手制动开关及制动液压开关并联控制；ABS警告灯为黄色，由ABS电子控制器控制，通常用ABS或ANTILOCK作标识。ABS系统具有失效保护和自诊断功能，当ECU监测到系统出现故障时，将自动关闭ABS，恢复常规制动；存储故障信息，并将ABS警告灯点亮，提示驾驶员尽快进行修理。4.ABS系统的基本原理在一般的制动情况下，驾
21、驶员踩在制动踏板上的力较小，车轮不会被抱死，ABS不工作，这时就如常规的制动系统，制动力完全由驾驶员踩在制动踏板上的力来控制。当在紧急制动或松滑路面制动时，ABS将工作，制动开始时，制动压力急剧升高，车轮速度迅速下降，车轮的滑移率在极短时间到达稳定区，当轮速传感器检测到车轮的滑移率刚刚超过20 出现抱死趋势时,ABS控制器输出信号到制动压力调节器降低制动压力，减小车轮制动力矩，使车轮滑移率恢复到靠近稳定界限S=1520的稳定区域内，压力保持，车轮速度上升。当车轮的加速度超过某一值时，再次将制动压力提高到使车轮滑移率稍微超过稳定界限，压力保持，车轮速度又下降。ABS系统按上述“压力降低一压力保持
22、一压力升高一压力保持一压力降低”循环反复将车轮滑移率控制在1520附近的狭小范围内，以获得最佳的制动效能和制动时的方向稳定性和转向操纵能力。需要指出的是，为避免ABS在较低的车速下制动时因制动压力的循环调节而延长制动距离，ABS有最低工作车速的限制，一般来说当汽车行驶速度超过8km/h时，ABS才起作用。5.主要部件的结构和工作原理1）轮速传感器轮速传感器的作用是检测车轮运动状态，获得车轮的转速信号。一般安装在车轮处，但有些驱动车轮的轮速传感器则设置在主减速器或变速器中。轮速传感器的结构形式主要有电磁感应式和霍尔效应式，目前用得最多的是电磁感应式，下面仅对电磁感应式结构原理作介绍。（1）结构电
23、磁式轮速传感器由传感头和齿圈（转子）两部分组成。传感头是一个静止部件，一般安装在车轮附近不随车轮转动的部件上，如转向节、半轴套管等。传感头由永磁体、感应线圈、极轴等组成，密封在一个抗腐蚀的外壳内。极轴一端与永磁体相连，另一端靠近齿圈，距齿顶约0.5一2mm，永磁体通过极轴延伸到齿圈，并与齿圈构成磁回路。感应线圈套在极柱外面。齿圈一般安装在随车轮一同旋转的部件上，如轮毂、制动盘、半轴等。（2）原理传感器的永磁体具有一定的磁场，其磁力线经极轴磁隙（极轴与齿圈之间的间隙）齿圈空间永磁体构成回路。当齿圈随车轮一同旋转时，齿顶和齿槽交替对向极轴。当齿顶对向极轴时，磁隙最小，磁路磁阻最小，通过感应线圈的磁
24、通最大；当齿槽对向极轴时，磁隙最大，磁路磁阻最大，通过感应线圈的磁通最小，磁通呈周期性变化在感应线圈的两端便产生交变电压信号，通过线圈末端的电缆将此信号送到控制器。交变电压信号的频率与齿圈的齿数和转速成正比，因齿圈的齿数一定，因而轮速传感器输出的交流电压信号频率只与相应的车轮转速成正比，控制器的运算电路即可以根据信号的频率求出车轮的转速。2）制动压力调节器制动压力调节器一般设在制动主缸与车轮制动轮缸之间，其主要任务是根据ABS ECU的控制指令，自动调节制动轮缸的制动压力。制动压力调节器有机械柱塞式和电磁阀式两种。（1）机械柱塞式（2）电磁阀式6.ABS的类型ABS系统有液压制动ABS、气压制
25、动ABS、气顶液制动ABS，并且可按控制通道及传感器数进行分类。在ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为通道。如果某个车轮的制动压力占用一个控制通道，可以单独进行调节，称为独立控制或单轮控制。如果两个车轮的制动压力是一同进行调节的，称为同时控制或一同控制。在两个车轮一同控制时，有低选择和高选择两种。如果以保证附着系数较小的车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按低选择原则一同控制；如果以保证附着系数较高的车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按高选择原则一同控制。根据通道数ABS可分为4通道、3通道,2通道和1通道4种。根据传感器数又可分为4传感器和3
26、传感器两种。目前汽车上应用较多的为3通道（前轮独立控制、后轮低选择控制）4传感器式、3通道3传感器式和4通道4传感器式。1）四通道ABS对应于双制动管路的H型(前后)或X型(对角)两种布置形式，四通道ABS也有两种布置形式，为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，在每个车轮上各安装一个转速传感器，并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置(通道)。由于四通道ABS可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，因此汽车的制动效能最好。但在附着系数分离(两侧车轮的附着系数不相等)的路面上制动时，由于同一轴上的制动力不相等，使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。因此，ABS通常不对四
27、个车轮进行独立的制动压力调节。2）三通道ABS四轮ABS大多为三通道系统，而三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移(前轴荷增加，后轴荷减小)，使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多。对前轮制动压力进行独立控制，可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，并且汽车的方向稳定性却得到很大改善。另外，3通道或4通道ABS系统中，制动调节器有整体式和分离式两种。整体式：各个制动调节器与制动主缸制成一体；分离式：每个制动压力调节器单独制成一个整体，通过制动管路与制动主缸相连。前者结构紧凑，管路接头少，但成本高；后者在汽车上布置灵活，对汽车结构改动小，成本较低，但管路复杂，接头较多。二、ASR的概述三、ESP的概述四、EBD的概述第九节 机械设计概述一、机械设计的概念1.机械设计的两种类型2.机械设计的两种要求3.机械设计的主要内容和思路4.设计者的任务5.机械零件设计6.机械设计的名词解释7.机械零件设计的步骤二、零件整体强度1.名词解释2.应力的状态三、许用应力1.静应力下的许用应力2.变应力下的许用应力作业1.制动系的作用有哪些？2.动力制动系与伺服制动系的区别在哪里？3.简述制动系的工作原理。