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iω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：iω＝iω1iω2其中：iω1为转向器角传动比；iω2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iω2近似为1，因此转向系角传动比iω的大小取决于转向器角传动比iω1。大多数情况：iω≈iω1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iω的选择应兼顾两方面的要求。经验值：货车iω＝16～32客车、轿车iω＝16～32由于要同时满足上述两方面的要求，所以iω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1～2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10～12％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-lockBrakingSystem）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6～120次/秒（机械式6～20；电子式60～120）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5～8km/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