汽车原理与结构制动系统

,上次课内容回顾,一、独立悬架 结构特点 类型 二、典型独立悬架 麦弗逊式 多轴悬架 主动悬架 三、转向系统 机械转向系 动力转向系 四、转向系统的组成 操纵部分 运动转换部分 传动部分 动力部分 五、两侧轮偏角、最小转弯半径,共28页 第1页,三、转向系角传动比 i,转向的操纵件为方向盘，转向系设计中应确定方 向盘转动的角增量与转向车轮的角增量之比。 转向系角传动比： i i 1 i 2 其中：i1为转向器角传动比； i2为转向传动机构角传动比。 由于组成转向传动机构的传动件为各类连杆，其角 传动比i2近似为1，因此转向系角传动比i的大小取 决于转向器角传动比i1 。 大多数情况：i i1,共28页 第2页,从减速增矩的原理看，方向盘直径一定时，角传动比越大，操作将越省力，但比值太大则操作不够灵活。所以i的选择应兼顾两方面的要求。,经验值：货车i 1632 客车、轿车i 1632 由于要同时满足上述两方面的要求，所以i的选 择是十分局限的，为此动力转向系统已成为现代中型 货车、中小客车（轿车）发展的趋势。 四、转向器 转向器是转向系统中的主要降速装置，通常由12 级减速传动副构成，具有减速、改变运动方向的作用。 （与蜗轮减速器类似）,共28页 第3页,1、转向器效率,正效率：转向器输入功与从转向器 输出端输出功之比。 逆效率：转向器输出功与从转向器 输入端输入功之比。 正效率高的转向器操作省力；逆 效率高的转向器容易将路面反力传递 到方向盘。 可逆转向器：逆效率很高的转向器 不可逆转向器：逆效率很低的转向器 极限可逆转向器：逆效率适中的转向器 显然，为兼顾各方面的需求，极限可逆转向器的运 用最为广泛。,共28页 第4页,1转向齿轮 2转向齿条 3弹簧 4调整螺栓 5螺母 6压块 7防尘罩 8油封 9轴承 10壳体,2、典型转向器 左图是目前普通 车辆中最常用的齿轮 齿条式转向器，具有 结构简单、紧凑；刚 性大质量轻；传动效 率高，制造方便，成 本低的特点。 主动件：1 转动 从动件：2 移动,共28页 第5页,五、转向传动机构,转向传动机构的功能就是将转向器输出的动力和运 动传递到前桥转向节，使车轮偏转。 转向器的输出运动有移动和转动两种形式，因此传 动机构的输入应与其相符合。,1、非独立悬架转向机构 如左图所示： 1转向器 2摇臂 3直拉杆 4转向节臂 5梯形臂 6横拉杆,方向盘,前梁（前桥）,车桥仅为转向桥时，转向梯形杠杆置于前梁之后。,共28页 第6页,转向机构的布置取决于车桥的具体构造和转 向器的输出方式。当汽车发动机前置时，为避免 运动的干涉，大部分转向传动机构要安装在车桥 之前。,转向驱动桥中传动杠杆系置于车桥之前,转向输出方向不同时，直拉杆3可横置,共28页 第7页,2、独立悬架转向传动机构,独立悬架的转向轮相对车架是独立跳动的，车桥也 是分体式，因此相应转向传动机构的转向梯形就必须分 成两段。,车桥后布置式独立悬架转向传动机构（两段式）,车桥前布置式独立悬架转向传动机构（三段式）,转向器,转向器,转向器输 出为转动,转向器输 出为转动,共28页 第8页,六、动力转向系,捷达轿车整体式动力转向器示意图,扭杆,活塞,供能装置,动力缸,左腔,右腔,控制阀,用发动机输出的部分机械能转化成液压（或气压） 能，在驾驶员控制下对转向系某一环节施加不同方向的 动力，以减轻驾驶员的转向操纵力。 液压动力转向系实例,共28页 第29页,（1）齿轮齿条动力转向器,带有动力的转向系统，转向器功能、原理与无动力 时完全相同。 （2）直线行驶 扭杆不动（方向盘不转动），控制阀处于中间位 置，油路完全畅通，液压缸左右腔等压，活塞静止。 （要求有稳定的锁定功能，保证汽车直线行驶时的稳 定性位置。）,共28页 第10页,（3）转向控制,操作方向盘，扭杆转动，此时活塞尚处在锁定状 态（齿轮齿条锁死），转轴微量扭曲，控制阀芯 相对阀套位移造成油路受阻直到中断，液压缸两腔 出现压差，活塞移动，齿条随活塞一体移动； 活塞移动，两腔压力趋于平衡，导致控制阀芯逐渐 回位，此时方向盘上若不继续加力，阀芯复位，液 压缸两腔等压，车轮锁定在转向位置； 以此类推，对方向盘进行不同力度的操作，液压动 力具有随动作用，实现动力转向。,共28页 第11页,第八章 汽车制动系统,汽车制动，就是指使行驶中的汽车减速直至停止或 使静止中的汽车保持不动的作用。 可控制的对汽车进行制 动的外力成为制动力，产生 制动力的一系列专门装置 即制动系统。制动系统是汽 车制动的必备条件之一（制 动效果与地面附着力有关）。,制动系统原理图,共28页 第12页,汽车的制动性,汽车行驶中按需要强制减速直至停止的能力。 汽车制动性是评价汽车安全性的重要指标。同时，汽 车良好的制动性能也是提高平均行驶速度，获取较高运输 生产率的关键因素。 具有一定质、高速行驶的汽车，若需强制减速或及时 停止，需要克服巨大的惯性力，为此所需的最短距离称为 制动的安全距离。 能否及时停车取决于两个因素： 车辆内部产生的制动力矩 车轮与地面的附着力,共28页 第13页,汽车制动过程,制动外力取决于摩擦力，而在短暂的制动过程摩擦力 的变化随相对滑移的变化而变化。 因此制动是一个及其复杂的过程，地面附着系数并非 恒定，而是随着车轮滑移程度不同而不断变化。 实测数据表明，车轮与地面相对滑移在1012时， 附着系数达到最大值。 汽车制动的关键问题 制动跑偏 侧滑 造成的原因： 四轮（或更多）之间存在差异 瞬间、偶发的侧向力 车辆装载中心位置引发的力矩,共28页 第14页,一、制动原理,制动毂8随车轮一起转动，底板11相对车架静止，两个 弧形制动蹄10安装在底板上，表面附有摩擦片9。行驶时摩 擦片9与制动鼓8内圆表面保 留一定间隙，由弹簧保持正 确位置。 制动时踏动制动板1， 推杆2驱动主活塞3，使制动 缸工作，两个轮缸活塞7移 动，摩擦片9与鼓内圆摩擦 产生制动。,共28页 第15页,二、制动系统的组成,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。为制动提供足够的制动力。 2、控制装置 产生制动动作和控制制动效果的各种部件。 3、传动装置 将制动能量传递到制动器的各种部件。 4、制动器 产生阻碍车辆运动或运动趋势的制动力的部件。,共28页 第16页,三、制动系统的类型,1、按功用分类 行车制动系统 驻车制动系统 第二制动系统 辅助制动系统 2、按制动能源分类 人力制动系统 动力制动系统 伺服制动系统,共28页 第17页,四、ABS简介,ABS（Anti-lock Braking System）是一种汽车制动 时，自动防止驱动、从动车轴立刻被抱死的自动化装置。 研究表明，当汽车轮胎相对地面的滑动率在10%-20% 时，轮胎和地面的摩擦力（附着力）最大。在制动期间， 如果司机能控制轮胎的滑动率始终处于10%-20%范围之内， 汽车将在更短的制动距离内停车。 实际上，要人为做到是不可能的。因为紧急制动时间很 短，远低于人的生理反映时间，且驾驶员本身处于巨大的 惯性力场之中而不能自控。 实现这一设想的装置 ABS,共28页 第18页,1、总制动力合成示意图,由力偶产生的旋转作用导致车辆侧滑的趋势。 这是行车紧急制动时的大忌，包括质心较低的轿车，出 现侧滑也容易产生甩尾，甚至侧向翻到。无驾驶经验的司 机，驾驶大型载重车在速度80KM/h以上紧急制动时，由于 中心高，装载不均衡，几乎都要侧翻。,制动过程左右 车轮制动力相等， 无跑偏，维持直 线运行。,制动过程左右 车轮制动力不相等， 将承受附加力矩无法 维持直线运行,车辆质心 位置,共28页 第19页,高速公路紧急制动导致侧翻,紧急制动时因车轴抱死，导致巨大的侧向转矩， 重心高、质量大的货运车极易侧翻,共28页 第20页,2、车轴抱死状态下的受力分析,由于制动一般在短时间内完成，操作不当（或驾驶员根 本无法反映）将出现跑偏，侧滑等危险，而侧滑主要是四 轮状态不同所致。 侧滑与车辆操纵性能有关（后面内容），有关标准对车 辆自身性能有明确规定。 如：ISO/DIS6599中规定，车辆整车性能检定中规定了 制动性的具体参数。 “车辆紧急制动时，前后轴左右轮制动力差值不能大于 轴上荷载的5 。” 造成制动侧滑的另一主要原因是力学因素，即制动时车 辆所受合力的偶然性。,共28页 第21页,3、车轴抱死状态,汽车制动最终必将达到四轮抱死的结果，但抱死的时 间肯定存在有差异。 理论上分析表明，车轴抱死对理想的车辆、理想的路面 来说，不存在危险性。 但实际上由于受力状态不可能均衡，车轴任何情况下被 制动闸抱死都是不利的，制动时前后各车轮皆应保持一定 的转动，方能确保制动的安全性。,车轴抱死 侧滑！,共28页 第22页,紧急制动车轴抱死的两种状态,左图：前轴先于后轴被制动闸抱死 右图：后轴先于前轴被制动闸抱死,左图：前轮先抱死， 车辆受随机侧向力时将 以O为瞬时中心转动,右图：后轮先抱死， 车辆偶受侧向力时将 以O为瞬时中心转动,侧向力与离 心力相反,侧向力与离 心力相同,行车方向,侧滑倾倒,共28页 第23页,4、ABS基本组成,汽车防抱死制动装置（ABS）的四个主要部分组 车轮转速传感器 制动压力调节装置 电子控制装置 ABS警示灯 5、ABS工作原理 在紧急制动时ABS系统能根据车轮相对车轴的转速以 6120次/秒（机械式620；电子式60120）的张合频 率控制制动器的松紧程度，调节制动力矩使车轮保持一定 的滑动率。直到当汽车速度降至58km/h以下，系统自动 停止工作。,紧急处理,共28页 第24页,ABS结构及原理图,上图：安装ABS传感器 的汽车轮毂实物,制动器摩擦部位,下图：ABS四轮系统安装示意图,车速传感器 安装齿轮,共28页 第25页,不同档次的ABS运用于各类国产车型,重庆长安大客,重庆长安微型车,扬州亚星大客,云南东风中型货车,襄樊皮卡,长春一汽大客,共28页 第26页,ABS的发展趋势,有效的ABS系统应用以来，大幅度降低了紧急制动的 风险性，已广泛地被人们所重视。目前世界各国著名汽 车制造商都在投入巨资进行高层次的研究和开发。 第五代ABS的功能扩展 电子牵引系统(ETS) 驱动防滑调整装置(ASR) 电子稳定程序(ESP) 辅助制动器 随着材料科学、计算机技术科学的迅速发展，ABS的 功能进一步过大，成本大幅度降低，为高档次ABS的普及 创造了条件。,共28页 第27页,思考题： 1、什么是转向系角传动比？读懂转向 传动机构的工作原理。（分析非独立悬 架、 独立悬架中转向操作时各构件的 运动趋势） 2、制动系统由哪些部分组成？,思考题,共28页 第28页,