汽车制动系统的组成和结构

汽车制动系统是一个复杂的制动安全系统，一般由制动传动装置和制动器组成。

1) 制动传动装置

制动传动装置包括向制动器传递制动能量的各种零件和管路，如制动踏板、制动总泵、轮缸和连接管路等。

2) 制动器

制动器是产生阻碍车辆运动或趋势的力的部件。一般是通过固定元件与旋转元件工作面之间的摩擦来实现的。

一个完善的制动系统还要有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装置。

制动系统的工作原理

连接在车身(或车架)上的非旋转元件和连接在车轮(或传动轴)上的旋转元件之间的相互摩擦，用来阻止车轮转动或有转动的趋势。运动汽车的动能转化为摩擦副的热能，耗散到大气中。

现在以液压行车制动系统为例来说明制动系统的工作原理，如图15.1所示。

车轮制动器主要由转动部分、固定部分和开启机构组成。

转动部分是制动鼓，固定在轮毂上，随车轮转动，其工作面是内圆柱面。固定部分主要包括闸瓦和制动底板等。制动器底板用螺栓固定在转向节法兰(前轮)或桥壳法兰(后轮)上。在固定制动底板上，有两个支撑销支撑两个弧形制动蹄的下端。制动蹄的外周面设有摩擦片，上端通过制动蹄回位弹簧张紧压靠在轮缸活塞上。制动蹄可以通过诸如凸轮或制动轮缸的打开机构打开。制动轮缸也安装在制动底板上。液压制动传动机构主要由制动踏板和推杆组成！主缸、制动轮缸和油管等。安装在车身上的制动总泵通过油管与制动轮缸连接，驾驶员可以通过制动踏板操纵制动总泵的活塞。

1) 没有刹车过程。

不制动时，制动鼓的内圆柱面与摩擦片之间保持一定的间隙，使制动鼓能随车轮转动。

2) 制动过程

为了让行驶中的汽车减速停车，需要利用路面对汽车的车轮施加反方向的力，也就是制动力。

制动时，驾驶员踩下制动踏板，推杆推动制动总泵活塞，迫使制动油通过油管进入制动轮缸。机油的压力使制动轮缸的活塞克服回位弹簧的拉力推动制动蹄绕支承销转动，上端向外张开，消除制动蹄与制动鼓之间的间隙后压在制动鼓上。这样，非旋转制动蹄的摩擦件对旋转制动鼓产生一个摩擦力矩 M，其方向与车轮的旋转方向相反，其大小取决于制动轮缸活塞的开启力、制动蹄与制动鼓之间的摩擦系数以及制动鼓和制动蹄的大小。制动鼓将扭矩 M 传递给车轮。由于车轮和路面之间的附着力，车轮在路面上施加一个向前的圆周力 F。同时路面也给了车轮一个向后的切向反作用力 F，即车轮上的路面制动力。各个车轮的路面制动力之和就是汽车的总制动力，通过车轴和悬架从车轮传递到车架和车身，迫使整车产生一定的减速度。制动力越大，减速度越大。

3) 制动器释放过程

松开制动踏板，在回位弹簧的作用下，制动蹄与制动鼓之间的间隙将恢复，从而松开制动器。

制动时，车轮上的制动力 Fb 随着踏板力和制动力矩的增大而增大。但由于轮胎与路面附着力的限制，制动力 f 不能超过附着力 f！f 等于轮胎上的垂直载荷 G 和轮胎与路面的附着系数 Q 的乘积，即 Fb=GQ。当制动力等于附着力时，车轮就会抱死，在路面上被拖行。打滑会严重磨损胎面局部，在路面上留下黑色的痕迹。时间同步拖动造成胎面局部高温和局部变薄，就像轮胎和路面之间隔了一层润滑剂，降低了附着系数。最大制动力和最短制动距离不是出现在车轮抱死的时候，而是出现在车轮即将抱死但没有完全抱死的时候。制动力接近附着力，即在所谓的“临界状态”达到最大值。可以看出，当制动到锁定状态时可以实现的制动力与车轮上的垂直载荷成比例。也就是说，车轮上的负载越大，可能的制动力就越大。因此，应根据各种汽车前轮和后轮轴轮分配质量的差异，包括附着质量和传递质量，从制动器的结构类型，如开启机构、制动鼓、制动蹄的类型和尺寸等方面合理分配制动力。从而获得理想的制动功。

实际上，一般结构的车轮制动器在制动过程中，由于车轮的载荷及其与地面的附着系数并不恒定，很难完全避免车轮抱死和打滑。许多汽车在制动系统中增加了前轮和后轮轴轮的制动力分配和调节装置，可以减少车轮抱死现象。不过最理想的还是电控自动防抱死制动装置，俗称 ABS 装置。