1、汽车制动器概述汽 车 制 动 器 是 指 产 生 阻 碍 车 辆 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 统 中 的 缓 速 装 置 。 目 前 ， 汽 车 所 用 的 制 动 器 几 乎 都 是 摩 擦 式 的 ， 可 分 为 鼓 式 和 盘 式 两 大 类 。鼓 式 制 动 器 摩 擦 副 中 的 旋 转 元 件 为 制 动 鼓 ， 其 工 作 表 面 为 圆 柱 面 ； 盘 式 制 动器 的 旋 转 元 件 则 为 旋 转 的 制 动 盘 ， 以 端 面 为 工 作 表 面 。 鼓 式 制 动 器 根 据 其 结 构
2、都 不 同 ， 又 分 为 ： 双 向 自 增 力 蹄 式 制 动 器 、 双 领蹄 式 制 动 器 、 领 从 蹄 式 制 动 器 、 双 从 蹄 式 制 动 器 。 其 制 动 效 能 依 次 降 低 ， 最低 是 盘 式 制 动 器 ； 但 制 动 效 能 稳 定 性 却 是 依 次 增 高 ， 盘 式 制 动 器 最 高 。 也 正是 因 为 这 个 原 因 ， 盘 式 制 动 器 被 普 遍 使 用 。 但 由 于 为 了 提 高 其 制 动 效 能 而 必须 加 制 动 增 力 系 统 ， 使 其 造 价 较 高 ， 故 低 端 车 一 般 还 是 使 用 前 盘 后 鼓 式 。
3、用 来 让 轮 胎 与 地 面 加 大 摩 擦 系 数 的 设 备 ， 主 要 分 为 鼓 式 和 碟 式 ， 也 是 用来 驻 车 用 的 ， 鼓 式 迅 间 制 动 力 度 大 ， 但 发 热 后 制 动 力 下 降 得 快 ； 碟 式 制 动 技术 性 大 ， 迅 间 制 动 力 不 够 鼓 式 的 大 ， 但 发 热 后 还 是 可 以 保 持 较 为 良 好 的 制 动较 果 ， 而 且 高 级 的 碟 式 杀 车 有 6 个 刹 车 泵 ， 可 以 做 好 很 好 的 制 动 较 果 ， 所 以现 代 小 车 都 是 采 用 碟 式 制 动 器 。 汽 车 上 一 般 都 设 有
4、脚 制 动 和 手 制 动 两 套 独 立 的 制 动 机 构 。 使 用 制 动 的 目的 是 强 制 汽 车 迅 速 减 速 直 至 停 车 ， 或 在 下 坡 时 维 持 一 定 车 速 ， 另 外 ， 还 可 用来 使 停 歇 的 汽 车 可 靠 地 保 持 在 原 地 不 溜 滑 。 在 行 车 中 ， 正 确 使 用 制 动 ， 不 仅有 利 于 保 证 行 车 安 全 ， 而 且 有 利 于 节 约 燃 料 ， 减 少 轮 胎 磨 损 ， 防 止 机 件 损 坏 。盘式制动器组成构造、工作原理盘式制动器以其结构简单、紧凑，制动性能好，在同样大小的制动力矩条件下，其结构尺寸和质量都
5、比鼓式制动器小，热稳定性和水稳定性好等一系列优点，被广泛应用于工程机械和各种汽车上。目前国内已有许多相关研究，如合肥工业大学姜平提出了以制动时间最短和制动盘厚度最小为目标函数，但是未对各分目标的加权系数进行规格化，这样势必会造成各分目标函数在数量级上的差异，从而影响优化结果：又如西北工业大学吴军心提出了以制动时间最短为目标函数，但该设计未考虑制动器的温升，从而在实际应用中难免会因为摩擦片温升过高而影响制动效果，严重的甚至可能导致制动盘的龟裂。为了提高盘式制动器的制动性能和制动效率，下面在分析盘式制动器设计过程中所必须满足的性能指标和约束条件的基础上，建立了以制动温升最低和制动力矩最大为目标函数
6、的多目标优化数学模型，然后采用MATLAB优化工具箱中的遗传算法进行优化求解，得到了较理想的优化结果。轿车盘式制动器热稳定性、水稳定性好，无机械衰退问题，高温下不易形成热裂和热点，也不会因热膨胀引起制动踏板行程损失，并具有尺寸紧凑、重量轻、维修方便等一系列优点，被广泛应用于各国轿车前轮上为了提高制动器的制动效果、缩短制动时间，在制动盘设计时应同时考虑制动时间和制动器尺寸两个优化目标，建立混合多目标优化的数学模型，并利用MATLAB优化软件对其进行优化设计。与传统的鼓式制动器相比，盘式制动器有如下优点：1)盘式制动器无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即制动效能稳定；2)盘式制动
7、器中摩擦块对制动盘的单位压力较高，易于将水挤出。在车轮涉水后，制动效能变化较小，且由于离心力的作用及衬块对制动盘的摩擦作用，出水后只需一二次制动，性能即可恢复。3)在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量较小。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。容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。除了以上制动性能的优势外，盘式制动器在使用中还有噪音低、振动小等特点，改善了乘坐舒适性。欧、美、日等发达国家已把盘式制动器作为标准件装备在多级别的轿车、客车、中型、重型汽车上。我国的轿车、微型车已广泛应用液压盘式制动器。预计未来几年，盘式制动器
8、在国内将会得到快速的推广和应用。盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。二 、 盘 式 制 动 器二 、 盘 式 制 动 器结 构 ：结 构 ： 制 动 盘制 动 钳 体一 汽 奥 迪 100轿 车 前 轮 制 动 器制 动 块活 塞制 动 钳 导 向 销金 属背 板与 摩擦 块组 成结 构 ： 制 动 钳 导 向 销 制 动 盘 活 塞 制 动 钳 体 制 动 块 分 类 ：1、 钳 盘 式 制 动 器 :a、 定 钳 盘 式 制 动 器 b、 浮 钳 盘 式 制 动 器2、 全 盘 式 制 动 器应 用 ：轿 车 、 轻 型 货 车（ 一 ） 钳 盘 式 制 动 器 （ 固 定 式 制
9、动 钳 制 动 器 ）1、 定 钳 盘 式 制 动 器、 定 钳 盘 式 制 动 器（ 固 定 式 制 动 钳 制 动 器 ）（ 固 定 式 制 动 钳 制 动 器 ）结 构 ：结 构 ：活 塞制 动 钳 体制 动 块车 桥进 油 口制 动 盘缺 点 ： 油 缸 多 、结 构 复 杂 、 制 动钳 尺 寸 大油 路 中 的 制 动液 受 制 动 盘 加热 易 汽 化 。（ 一 ） 钳 盘 式 制 动 器一 些 盘 式 制 动 器一 些 盘 式 制 动 器中 装 设 专 门 的 间 隙 自中 装 设 专 门 的 间 隙 自调 装 置 ， 大 多 是 摩 擦调 装 置 ， 大 多 是 摩 擦限 位
10、 一 次 调 准 式 ， 如限 位 一 次 调 准 式 ， 如图 所 示 。图 所 示 。定 钳 盘 式 制 动 器 缺 点 ：（ 1） 液 压 缸 较 多 ， 使 制 动 钳 结 构 复 杂 。（ 2） 液 压 缸 分 置 于 制 动 盘 两 侧 ， 必 须 用 跨 越 制 动 盘 的 钳 内 油 道 或 外 部 油 管来 连 通 ， 使 得 制 动 钳 的 尺 寸 过 大 ， 难 以 安 装 在 现 代 轿 车 的 轮 辋 内 。（ 3） 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 ；（ 4） 若 要 兼 用 于
11、 驻 车 制 动 ， 则 必 须 加 装 一 个 机 械 促 动 的 驻 车 制 动 钳 。 2、 浮 钳 盘 式 制 动 器 （ 浮 动 式 制 动 钳 制 动 器 ）结 构 ：2、 浮 钳 盘 式 制 动 器、 浮 钳 盘 式 制 动 器（ 浮 动 式 制 动 钳 制 动 器 ）（ 浮 动 式 制 动 钳 制 动 器 ）结 构 ：结 构 ：车 桥导 向 销进 油 口活 塞 制 动 钳制 动 块制 动 盘特 点 ： 与 定 钳 盘 式 制 动 器 相 比 ， 浮 钳 盘 式 制 动 器 轴 向 和 径 向 尺 寸 小 ，制 动 液 受 热 汽 化 的 机 会 较 少 ； 此 外 ， 在 兼
12、做 驻 车 制 动 器 的 情 况 下 ， 不 用 加 设驻 车 制 动 钳 ， 只 须 在 行 车 制 动 钳 液 压 缸 附 近 加 装 一 些 推 动 液 压 缸 活 塞 的 驻 车制 动 机 械 传 动 零 件 即 可 。（ 二 ） 全 盘 式 制 动 器（ 二 ） 全 盘 式 制 动 器盘 式 制 动 器 特 点 优 点 ：1、 制 动 效 能 稳 定 。2、 浸 水 后 制 动 效 能 降 低 较 少 。3、 输 出 制 动 力 矩 相 同 情 况 下 ， 尺 寸 和 质 量 较 小 。4、 制 动 盘 沿 厚 度 方 向 的 热 膨 胀 量 小 。5、 较 容 易 实 现 间 隙
13、 自 动 调 整 ， 其 他 保 养 修 理 作 业 也 较 简 单 。缺 点 ：1、 制 动 效 能 差 ， 导 致 液 压 制 动 管 路 中 油 压 较 高 ， 一 般 要 用 伺 服 装 置 。2、 兼 用 于 驻 车 制 动 时 ， 需 要 加 装 的 驻 车 制 动 传 动 装 置 复 杂 ， 使 后 轮 上 应 用受 到 限 制 。盘式制动器性能分析制 动 系 型 式 制 动 器 起 作 用 时 间 ( s)气 控 气 动 鼓 式 制 动 器 0. 65 0. 75电 控 气 动 盘 式 制 动 器 0. 33 盘式与鼓式制动器的性能对比欧洲多家制动器生产厂家和汽车制造商都对盘
14、式和鼓式制动器作过全面的对比试验 , 其结果见表 2 。盘式和鼓式制动器在相同的制动工况下有显著 的特性差异 。 常规制动时鼓式制动器的减速度在达 到峰值后会有所下降 , 这是由于载荷增加时各部件 变形带来的制动衰退 , 而盘式制动器制动时的减速 度是稳定提高的 (见图 7) , 最初的峰值在盘式制 动 器的减速度曲线上消失了 , 这意味着制动过程更加 平 顺 , 且 在 易 滑 路 面 制 动 时 车 轮 抱 死 的 可能 性 变 小。图 7 盘 式 / 鼓 式 制 动 减 速 度 曲 线众所周知 , 制动距离与汽车的行驶安全有直接关系。汽车的制动过程可用制动减速度与制动时间的关系曲线来表达
15、 , 制动器起作用的时间与制动器的结构型式也有密切的关系，因此改制制动系结构，减小制动器起作用时间，是缩短制动 的一项有效措施。见表 3用制动器效能因数与摩擦系数的关系曲线来说 明两种结构制动器的效能及其稳定程度,见图8.类 别 项 目盘 式 鼓 式制 动 温 度 ( ) 900 400制 动 因 数 0. 75 0. 80 2. 0 4. 0拆 换 衬 片 所 需 时 间 ( h) 1 000图 8 盘 / 鼓 式 制 动 器 效 能 因 数 与 摩 擦 系 数 的 关 系从图 8 可见 , 盘式制动器的制动效能比鼓式制 动器小 , 它的稳定性最好 。 为了祢补制动效能小的 问题 ,一般盘式制动器都采用大直径制动分泵 ,且加 装助力装置 ,使之具有较大的制动效能 。 迟滞性能是衡量机械装置传动效率和重复性能 优劣的一个重要指标 , 由于盘式制动器直接由制动 缸驱动衬片压向制动盘 , 省却了鼓式制动器中的制 动轴 推杆及制动缸架 ,传力部件少 ,受力简单 ,反应 灵敏 ,迟滞量仅为 10 % ,而鼓式则为 30 % ,这也是盘 式 制 动 器 制 动响 应 快 且 效 能 稳 定 的 结 构 保 障 之 一 (见图 9) 。由此可见 , 盘式制动器在汽车制动性能的三项 评价指标即制动效能 、 制动效能的稳定性以及制动 时汽车的方向稳定性上比鼓式制动器具有明显的优 势。
