機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計方案
論證報告
題 目: ZQ1050型商用車制動系設(shè)計
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目錄
1 制動系的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢........................................2
2 制動系結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的論證分析......................................3
2.1 制動系統(tǒng)概述及組成............................................3
2.2 制動器的結(jié)構(gòu)方案分析..........................................4
2.2.1 鼓式制動器結(jié)構(gòu)............................................5
2.2.2 盤式制動器結(jié)構(gòu)............................................8
論證結(jié)果.............................................................9
參考文獻.............................................................9
1 制動系的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
一直以來，車輛制動系統(tǒng)在汽車安全方面就扮演著重要的角色。近年來，隨著車輛技術(shù)的進步，車速的快速提升，汽車安全的重要性越來越明顯。汽車制動系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動裝置，用工作時產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能，以達到車輛制動減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。
當考慮基本的制動功能量，液壓操縱仍然是最可靠、最經(jīng)濟的方法。即使增加了防抱制動(ABS)功能后，傳統(tǒng)的“油液制動系統(tǒng)”仍然占有優(yōu)勢地位。但是就復(fù)雜性和經(jīng)濟性而言，增加的牽引力控制、車輛穩(wěn)定性控制和一些正在考慮用于“智能汽車”的新技術(shù)使基本的制動器顯得微不足道。???
目前，車輛防抱制動控制系統(tǒng)(ABS)已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品，并在各種車輛上得到了廣泛的應(yīng)用，但是這些產(chǎn)品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設(shè)計的。方法雖然簡單實用，但是其調(diào)試比較困難，不同的車輛需要不同的匹配技術(shù)，在許多不同的道路上加以驗證；從理論上來說，整個控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未達到最佳的制動效果。??
? 另外，由于編制邏輯門限ABS有許多局限性，所以近年來在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展了車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)(VDC)。結(jié)合動力學(xué)控制的最佳ABS是以滑移率為控制目標的ABS，它是以連續(xù)量控制形式，使制動過程中保持最佳的、穩(wěn)定的滑移率，理論上是一種理想的ABS控制系統(tǒng)。??
因此，發(fā)展魯棒性的ABS控制系統(tǒng)成為關(guān)鍵?，F(xiàn)在，多種魯棒控制系統(tǒng)應(yīng)用到ABS的控制邏輯中來。除傳統(tǒng)的邏輯門限方法是以比較為目的外，增益調(diào)度PID控制、變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制是常用的魯棒控制系統(tǒng)，是目前所采用的以滑移率為目標的連續(xù)控制系統(tǒng)。模糊控制法是基于經(jīng)驗規(guī)則的控制，與系統(tǒng)的模型無關(guān)，具有很好的魯棒性和控制規(guī)則的靈活性，但調(diào)整控制參數(shù)比較困難，無理論而言，基本上是靠試湊的方法。然而對大多數(shù)基于目標值的控制而言，控制規(guī)律有一定的規(guī)律。????
? 今天，ABS/ASR已經(jīng)成為歐美和日本等發(fā)達國家汽車的標準設(shè)備。??
? 車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術(shù)的發(fā)展。一方面是擴大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。??
??在第一方面，ABS功能的擴充除ASR外，同時把懸架和轉(zhuǎn)向控制擴展進來，使ABS不僅僅是防抱死系統(tǒng)，而成為更綜合的車輛控制系統(tǒng)。制動器開發(fā)廠商還提出了未來將ABS/TCS和VDC與智能化運輸系統(tǒng)一體化運用的構(gòu)想。隨著電子控制傳動、懸架系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展，將產(chǎn)生電子控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，從而產(chǎn)生一些新的功能，如：采用電子控制的離合器可大大提高汽車靜止啟動的效率；在制動過程中，通過輸入一個驅(qū)動命令給電子懸架系統(tǒng)，能防止車輛的俯仰。??
? 在第二個方面，一些智能控制技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是現(xiàn)在比較新的控制技術(shù)，已經(jīng)有人將其應(yīng)用在汽車的制動控制系統(tǒng)中。ABS/ASR并不能解決汽車制動中的所有問題。因此由ABS/ASR進一步發(fā)展演變成電子控制制動系統(tǒng)(EBS)，這將是控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要的方向。但是EBS要想在實際中應(yīng)用開來，并不是一個簡單的問題。除技術(shù)外，系統(tǒng)的成本和相關(guān)的法規(guī)是其投入應(yīng)用的關(guān)鍵。????
? 綜上所述，現(xiàn)代汽車制動控制技術(shù)正朝著電子制動控制方向發(fā)展。全電制動控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動控制系統(tǒng)。同時，隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。?
2 制動系結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的論證分析
2.1 制動系統(tǒng)概述及組成
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。
制動系統(tǒng)作用是：使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使已停駛的汽車在各種道路條件下(包括在坡道上)穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)。
對汽車起制動作用的只能是作用在汽車上且方向與汽車行駛方向相反的外力，而這些外力的大小都是隨機的、不可控制的，因此汽車上必須裝設(shè)一系列專門裝置以實現(xiàn)上述功能。
為了保證汽車安全行駛，提高汽車的平均行駛車速，以提高運輸生產(chǎn)率，在各種汽車上都設(shè)有專用制動機構(gòu)。這樣的一系列專門裝置即稱為制動系。
汽車制動系功用:
?保證汽車行駛中能按駕駛員要求減速停車;
?保證車輛可靠停放;
?保證汽車在下坡時具有一定的速度。
汽車制動系統(tǒng)的類型：
（1）按功用分：行車制動系統(tǒng)，駐車制動系統(tǒng)，第二制動系統(tǒng)，輔助制動系統(tǒng)。
?行車制動系——是由駕駛員用腳來操縱的，故又稱腳制動系。它的功用是使正在行駛中的汽車減速或在最短的距離內(nèi)停車。
?駐車制動系——是由駕駛雖用手來操縱的，故又稱手制動系。它的功用是使已經(jīng)停在各種路面上的汽車駐留原地不動。
?第二制動系——在行車制動系失效的情況下，保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車的一套裝置。在許多國家的制動法規(guī)中規(guī)定，第二制動系也是汽車必須具備的。
?輔助制動系——經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車以及某些特殊用途的汽車，為了提高行車的安全性和減輕行車制動系性能的衰退及制動器的磨損，用以在下坡時穩(wěn)定車速。
（2）按制動能量傳輸分：機械式，液壓式，氣壓式，電磁式，組合式。
（3）按回路多少分：單回路制動系統(tǒng)，雙回路制動系統(tǒng)。
（4）按能源分：人力制動系統(tǒng)，動力制動系統(tǒng)，伺服制動系統(tǒng)。
?人力制動系——以駕駛員的肌體作為唯一的制動能源的制動系。
?動力制動系——完全靠由發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的制動系。
?伺服制動系——兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系。
任何制動系統(tǒng)都具有以下四個基本組成部分：
（1）供能裝置：包括供給、調(diào)節(jié)制動所需能量以及改善傳動介質(zhì)狀態(tài)的各種部件。
（2）控制裝置：產(chǎn)生制動動作和控制制動效果各種部件，如制動踏板。 （3）傳動裝置：包括將制動能量傳輸?shù)街苿悠鞯母鱾€部件如制動主缸、輪缸。 （4）制動器：產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的部件。
為了保證汽車行使安全，發(fā)揮高速行使的能力，制動系必須滿足下列要求。
（1）制動效能好。評價汽車制動效能的指標有：制動距離、制動減速度、制動時間 。
（2）操縱輕便，制動時的方向穩(wěn)定性好。制動時，前后車輪制動力分配合理，左右車輪上的制動力應(yīng)基本相等，以免汽車制動時發(fā)生跑偏和側(cè)滑。
（3）制動平順性好。制動時應(yīng)柔和、平穩(wěn)；解除時應(yīng)迅速、徹底。
（4）散熱性好，調(diào)整方便。這要求制動蹄摩擦片抗高溫能力強，潮濕后恢復(fù)能力快，磨損后間隙能夠調(diào)整，并能夠防塵、防油。
(5）帶掛車時，能使掛車先于主車產(chǎn)生制動，后于主車解除制動；掛車自行脫掛時能自行進行制動。
(6) 在任何速度下制動時，汽車都不應(yīng)該喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
(7) 防治水河污泥進入制動器表面。
(8) 制動時，制動系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。
(9) 作用滯后性應(yīng)盡可能好。作用滯后性是指制動反應(yīng)時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需的時間來評價。
(10 )摩擦襯片應(yīng)具有足夠的使用壽命。
(11) 當制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應(yīng)有音響或信號等報警提示。
2.2制動器的結(jié)構(gòu)方案分析
制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。電磁式制動器雖然有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點，但因成本高，只有一部分總質(zhì)量較大的商用車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只用作緩速器。目前廣泛使用的為摩擦式制動器。
摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式有多種。
2.2.1 鼓式制動器結(jié)構(gòu)
鼓式制動器具有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，不同形式鼓式制動器的主要區(qū)別有：（1）蹄片固定支點的數(shù)量和位置不同。（2）張開裝置的形式與數(shù)量不同。（3）制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件作為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪轂上。制動時，利用制動鼓的圓柱內(nèi)表面與制動蹄摩擦蹄片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)，鼓式制動器按蹄的類型分為:
1、領(lǐng)從蹄式制動器
如圖2-1所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向（制動鼓正向旋轉(zhuǎn)），則蹄1為領(lǐng)蹄，蹄2為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應(yīng)得使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對調(diào)了。這種當制動鼓正、反反向旋轉(zhuǎn)時總具有一個領(lǐng)蹄和一個從蹄的內(nèi)張型鼓式制動器稱為領(lǐng)從蹄使制動器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有減勢作用，故又稱為減勢蹄。增勢作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而減勢作用使從蹄所受的法向反力減小。
圖2-1 領(lǐng)從蹄式制動器
領(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于服裝駐車制動機構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中,特別是乘用車和總質(zhì)量較小的商用車的后輪制動器用得較多。
2、雙領(lǐng)蹄式制動器
若在汽車前進時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器，則稱為雙領(lǐng)蹄使制動器（如圖2-2所示）。顯然，當汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領(lǐng)蹄式制動器。如圖所示，兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄、制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動器。
雙領(lǐng)蹄式制動器有高的正向制動效能，因而得到比較廣泛的應(yīng)用。如用于后輪，則還需要另設(shè)中央駐車制動器。
圖2-2 雙領(lǐng)從蹄式制動器
3、雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
當制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時，兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器（如圖2-3所示）。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛應(yīng)用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動器時，則需另設(shè)中央制動用于駐車制動。
圖2-3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
4、單向增力式制動器
單向增力式制動器如圖2-4所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動地板上的支承銷上，由于制動時兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式的制動器。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。
圖2-4 單向增力式制動器
5、雙向增力式制動器
將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動器(如圖2-5所示)。對雙向增力式制動器來說不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。
雙向增力式制動器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動與駐車制動功用的制動器，但行車制動是由液壓經(jīng)制動輪缸產(chǎn)生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應(yīng)急制動時也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。
但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降。因此，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。
圖2-5 雙向增力式制動器
2.2.2 盤式制動器
盤式制動器按摩擦副中定位元件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。
鉗盤式
鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等,如圖2-6所示.
1、定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現(xiàn)鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動系的要求。
2、浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。
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（a）浮鉗盤式 （b）定鉗盤式
圖2-6 盤式制動器
2）全盤式
在全盤制動器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應(yīng)用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。
論證結(jié)果
通過上述的論證分析，ZQ1050型商用車，由于該商用車的質(zhì)量為五噸，質(zhì)量較大，為了能在制動時具有很好的制動效能，前輪采用鼓式制動器，后輪采用鼓式制動器。
參考文獻
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