李立志（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



汽车制动系统设计

李立志
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

近年来我国的汽车行业迅猛发展，汽车的行驶安全性越来越受到人们的关注，自然制动系统的安全性就成为了人们关注的焦点。所以，设计出高性能的制动系统成为我们解决汽车行驶安全性问题的主要目标。本论文主要对现代汽车刹车系统的设计原理、优缺点和发展方向进行了整理研究，鼓式刹车、盘式刹车以及对应的制动器类型一一归纳分析。从结构特征、故障及诊断与分析功能演变方面着手，着重剖析应用于现代汽车的各类制动装置，分析其结构特点、力学性能等。并由此得出各种功能的刹车系统在实际应用中的优缺点，推知其发展前景，进一步对刹车系统设计方面提出自己的见解。

汽车制动；故障；诊断；分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.022

CLC NO.: U463.5Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-72-06

引言

本论文题目是汽车制动系统设计，主要从制动器与传动装置这两方面介绍了汽车制动系统常见的故障及诊断与分析，又在此基础上系统的介绍了ABS制动防抱死系统的常见故障以及汽车故障诊断的一些基本步骤和方法。由构造、工作原理、类型到故障的诊断与分析，一步步深入，具体而又形象。

1、认识汽车制动系统

1.1汽车制动系统的定义

1）汽车制动系统：

能够产生和控制汽车制动力的一套装置。

2）汽车的制动力：

通过驾驶员操纵产生，并由驾驶员控制使汽车以一定的强度减速的力。

3）使汽车减速的外力：

能使汽车减速的外力包括：汽车滚动阻力、上坡阻力、空气阻力等，都具有让汽车减速的作用，但不是制动力。

1.2 汽车制动系统的类型

1）按功能分类：

行车制动系统、驻车制动系统、第二制动系统、辅助制动系统等。

2）按制动能量传输分类：

机械式、液压式、气压式、电磁式、组合式等。

3）按回路多少分类：

单回路制动系统、双回路制动系统。

4）按能源分类：

人力制动系统、动力制动系统、伺服制动系统。

1.3汽车制动系统的工作原理

在汽车车轮上作用一个与汽车行驶方向或趋势相反的力矩，并使路面产生阻碍车轮转动和汽车行驶的阻力。

利用与车身（或车架）相连的固定元件和与车轮（或传动轴）相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。将一个以内圆面为工作表面的金属制动鼓固定在车轮轮毂上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板上，有两个支撑销，支撑着两个孤行制动蹄的下端。制动蹄的外圆面上装有摩擦片。制动底板上还装有液压制动轮缸，用油管与装在车架上的液压制动主缸相连通。主缸中的活塞可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。如图1所示。

2、车轮制动器的设计

2.1车轮制动器的工作原理

汽车车轮制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使旋转元件的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都称为摩擦制动器，目前汽车所用的车轮制动器都是摩擦制动器。

2.2车轮制动器的类型

车轮制动器的类型通常分为鼓式和盘式，鼓式和盘式又有多种。

2.3常见故障及诊断与分析

1.制动失效。

(1)现象：

制动时某个制动器或同步制动器完全无制动。

(2)原因：

①管道漏油。②轮缸漏油。

(3)诊断：

①如果是同步制动器（双管路中同一个主缸的两个制动器）无制动，通常为管道漏油，可先检查制动器底板连接软管，然后再检查系统管道。

②如果是单个制动器无制动，则为轮缸漏油，可检查制动鼓边缘有些泄漏油。

2.制动不良。

(1)现象：

制动时汽车跑偏，某个车轮制动效能差。

(2)原因：

①制动摩擦片与制动鼓接触面过少。

②制动摩擦片有油污，烧焦或质量等原因。

③制动轮缸微量泄漏。

④制动摩擦片与制动鼓的间隙不当。

⑤制动蹄回位弹簧过强。

(3)诊断：

①首先检查制动鼓边缘是否有油渍，如有则是摩擦片油污，再摸制动鼓温度，如烫手故障为制动片质量，间隙不当、接触面积过少等问题；如不热则为制动蹄回位弹簧过强。

②如果是刚修过的制动器，通常是制动摩擦片接触面积过少、质量差和间隙调整不当；不是刚修过的制动器通常是摩擦片有油污，烧焦和轮岗微量泄漏等。

3.制动拖滞。

(1)现象：

单个制动器制动不能完全解除及单个制动鼓温度过高。

(2)原因：

①制动轮缸活塞或制动蹄支承空卡滞。

②制动蹄回位弹簧过弱。

(3)诊断：

①支起车桥转动车轮，如果阻力大或转不动则为该制动拖滞故障。

②松动制动蹄支撑销固定螺母，车轮转动阻力减小则为支撑孔卡滞，如果阻力相同则必须拆卸制动鼓检查。

4.制动异响。

(1)现象：

①汽车行驶时制动器内有异响。

②踩制动时制动器内有异响。

(2)原因：

①行驶时制动器有异响：制动蹄回位弹簧折断：摩擦片断裂或脱落：制动蹄压紧弹簧脱落：制动蹄支承销松旷。

②制动时制动器内有异响：制动给接触位置不正确；摩擦片材质不合格；摩擦片磨损超过极限。

(3)诊断：

①行驶时制动器有异响：支起车桥转动车轮如果有异响说明故障在改制动器，必须进行拆卸检查。

②踩制动时制动器内有异响：必须在行驶中踩著制动来确定哪个车轮发响，然后拆卸检查。

3、驻车制动器的设计

3.1驻车制动器的工作原理

不制动时，驻车制动杆处于最前位置。在定位弹簧及拉簧的作用下，两制动蹄摩擦片与制动盘之间保持一定间隙，制动器无制动作用。制动时，将制动杆移压向制动盘。同时通过蹄臂拉杆拉动后制动蹄臂压缩定位弹簧，使后制动蹄前移，两制动蹄即夹紧制动盘，产生制动作用，并有棘爪将手制动杆锁止在制动位置，前、后两蹄在定位弹簧作用下回位到不制动位置。

3.2驻车制动器的类型

驻车制动器的类型有蹄盘式制动器、鼓式驻车制动器、凸轮张开式驻车制动器、自动增力式驻车制动器、弹簧式驻车器。

3.3常见故障及诊断与分析

1.驻车制动器失灵。

(1)原因：

①造成失灵的主要原因是摩擦片与制动鼓间隙过大，摩擦片和制动鼓上有油污或摩擦片磨损严重、铆钉露出、表面硬化造成打滑。

②驻车制动器销轴磨损严重，间隙过大，驻车制动器拉杆调整过长。

(2)诊断：

在行车使用之前，应进行检查调整，使之能在28%坡度实现驻车制动器操纵停住或二档不能起步。

2.驻车制动器操纵杆不能固定。

诊断：

当用驻车制动器制动时，将驻车制动器操纵杆拉到制动位置后松手，不能固定在制动位置卜检查时先按下松开操纵杆头，握紧、放松操纵杆把柄，进行上、下移动试验，检查操纵杆是否弯曲、卡住或弹簧折断，如果没发现问题，检查扇齿与销是否磨损严重而导致滑牙。

3.发出异响。

诊断：

①在柴油汽车行驶中驻车制动器发出一种“嘎啦、嘎啦”的碰击声，应停车检查，用手摆动驻车制动器，看是否固定螺钉松动、操纵杆变形或固定销轴松动、操纵杆弹簧损坏等，应及时修复和调整。如果没有发现问题，就应检查挡尘盘是否因变形或固定不牢而与制动鼓碰撞。

②若听到一种“唰、唰”的摩擦声，在行驶一段路程后，用手摸制动鼓表面感到热，说明摩擦片与制动鼓间隙过小，应重新调整，一般应有 0.2～0.4mm 的间隙。

4、液压制动系统的设计

4.1液压制动系统的构造

主要由制动踏板、制动主缸、制动轮缸和油管等构成。

4.2液压制动系统的工作原理

液压制动装置利用液压油，将驾驶员肌体的力量通过制动踏板转换为液压力，再通过管路传至车轮制动器，车轮制动器再将液压力转变为制动蹄张开的机械推力，使制动蹄摩擦片与制动鼓产生摩擦（将机械能转换成热能而消耗），从而产生阻止车轮转动的力矩。当驾驶员踏下制动踏板时，推杆推动制动主缸活塞使制动液升压，通过管道将液压力传至制动轮缸，轮缸活塞在制动液挤压的作用下将制动蹄片压紧制动鼓形成制动，根据驾驶员施加于踏板力矩的大小，使车轮减速、恒速或停车。当驾驶员放开踏板，制动蹄和分泵活塞在回位弹簧作用下回位，制动液压回到制动总泵，制动解除。

4.3常见故障及诊断与分析

1.液压制动不良。

(1)现象：

①制动时不能迅速减速或停车。

②第一次踏下制动踏板时制动不灵；连续踩踏制动踏板，踏板逐渐升高，但踏触感软弱，并且制动效果不佳。

(2)原因：

①油路故障。油路故障包括油液不足、变质，管路漏油。

②制动总泵（主缸）、分泵（轮缸）故障。

这类故障包括两种情况：液压制动总泵和分泵的橡胶碗或橡胶圈老化、发胀、磨损或变形，活塞与缸壁磨损过大；出油阀、回油阀密封不严，贮液室内制动液不足。

③制动踏板自由行程故障。

这类故障通常包括制动踏板自由行程过大，制动主缸和工作刚推杆调整不当或松动，踏板传动机构送狂等。

④真空增压装置故障。

这类情况包括三种情况：真空管路漏气；控制阀阀门密封不严，气室膜片破损，控制阀活塞和橡胶圈磨损；增压缸活塞磨损过多，橡胶圈磨损，回位弹簧过软。

⑤制动器故障。

这类情况包括多种情况：制动蹄摩擦片与制动鼓解除状态不佳；制动盘翘曲变形，制动鼓圆度、圆柱度超差；制动蹄片表面烧焦，蹄片松动、脱落，铆钉露出；鼓式车轮制动器浸水；制动蹄回位弹簧过强，制动蹄轴锈蚀卡死；制动蹄摩擦片磨损严重，摩擦片与制动鼓之间的间隙过大，制动盘磨损得过薄或制动鼓制动盘工作表面有油污。

（3）诊断：

2.液压制动失效故障。

(1)现象：

汽车行驶中，将制动踏板踩到底，制动装置根本不起作用，或在使用一次或几次制动后，制动装置突然不起作用，都属于制动失效故障。制动失效故障又分为整车制动失效和个别车轮制动失效两种。制动失效故障突发型强，往往会造成严重后果，属于恶性故障。

(2)原因：

①液压制动总泵（主缸）故障。

这类故障包括四种情况：制动总泵内制动液严重不足；制动总泵橡胶皮碗、橡胶圈严重磨损，或橡胶皮碗被踏翻；制动总泵和制动分泵之间的管路断裂，或接头松脱，严重漏油；制动踏板传动机构脱落、断裂。

②液压制动分泵（轮缸）故障。

这种故障也分为四种情况：制动分泵橡胶皮碗严重破损，或橡胶皮碗被顶翻；制动分泵活塞在缸筒内卡死；制动分泵进油管被压扁、卡死；制动分泵排空气螺钉松动、脱落或丢失。

③车轮制动器故障。

这种故障分两种情况：制动蹄摩擦片大面积脱落，摩擦片严重烧蚀；制动鼓或制动盘开裂、破碎。

(3)诊断：

3.液压制动脱滞故障。

(1)现象：

制动脱滞故障也称制动发咬故障。

这类故障表现为：使用制动后，再放松制动踏板，清楚不能立即起步；在行驶中感到无力，行驶一段距离后，尽管未使用制动器，但仍有某一制动鼓（盘）或全车制动鼓（盘）发热。制动脱滞故障分为全车制动脱滞和个别车轮制动拖滞两种。

(2)原因：

①液压制动总泵（主缸）故障。

这类故障可分为以下几种情况：制动踏板没有自由行程，以及踏板回位弹簧松脱、折断或太软；制动踏板锈蚀或磨损而发卡，回位弹簧不能使其回位；制动液太脏或粘度太大，使得回油困难；制动总泵回油孔、旁通孔被脏物堵塞；制动总泵活塞发卡或橡胶皮碗发胀使其回位不灵活，堵住总泵回油孔；制动总泵活塞回位弹簧过软或折断；制动总泵回油阀弹簧过硬。

②液压制动分缸（轮缸）故障。

这类故障可分为以下三种情况：制动分泵香蕉皮碗粘住或因发胀而被卡住；制动分泵活塞变形、磨损或卡住；制动油管被压扁或制动软管老化，内壁脱落堵塞导致回油不畅。

③车轮制动器故障。

这类故障可分为以下六种情况：制动蹄摩擦片与制动鼓（盘）间隙过小；制动蹄摩擦片与制动鼓（盘）烧结、粘住；制动蹄摩擦片脱落，其碎片夹在制动蹄摩擦片与制动鼓（盘）之间；制动蹄回位弹簧脱落、遮断或弹力过小；制动蹄轴与衬套配合间隙过小、润滑不良或被锈蚀，引起回位转动困难；制动鼓失圆，制动盘翘曲变形。

④主力伺服机构故障。

这类故障也可分为以下六种情况：真空增压器伺服气室膜片回味弹簧过软；真空增压器的控制阀膜片弹簧过软；真空增压器的控制阀、空气阀与真空阀三者间距过大，使真空阀与阀座距离过小；真空增压器的控制阀活塞发卡或橡胶碗发胀，使活塞运动不灵活；真空助力器的伺服气室活塞回位弹簧过软；真空助力器的伺服气室壳体变形使活塞回位困难。

⑤其它原因。

有以下两点：轮毂轴承调整不当，使制动鼓歪斜而与制动蹄摩擦片接触；行车制动兼驻车制动的手刹杆未放松，或钢索调整不当。

(3)诊断：

4.液压制动跑偏故障。

(1)现象：

汽车制动时自动向一侧偏时，即为制动跑偏。

(2)原因：

①某轮缸的进油管被压扁、堵塞。或因进油管软管老化、发胀而造成进油不畅或进油管接头松动漏油。

②某轮缸的缸筒、活塞、橡胶碗磨损漏油，导致压力下降。

③制动系统某个支路或轮缸内有空气未排除。

④个车轮制动器的制动间隙不一致。

⑤各车轮制动器的制动鼓的圆度、圆柱度，盘式制动器的制动盘厚度不符合标准。

⑥各车轮制动器的制动蹄回位弹簧力相差过大。

(3)诊断：

5、气压制动系统的设计

5.1气压制动系统的构造

气压制动传动装置由能源和控制装置两部分组成。能源部分包括空气压缩机、调压装置、双针气压表、前后桥储气筒、气压过低报警装置、油水放出阀和取气阀、安全阀等部分。控制装置包括制动踏板、拉杆、双腔控制阀、快放阀继动阀等。

5.2气压制动系统的工作原理

由发动机驱动的空气压缩机将压缩空气经单向阀首先输入湿储气罐，压缩空气在湿储气罐内冷却、并进行油水分离只后，分成两个回路：一个回路经出气筒、双腔制动阀的中腔通向后制动器室；另一个回路经储气筒、双腔制动阀的下腔通向前制动气室。当其中一个回路发生故障失效时，另一个回路仍能继续工作，以保证汽车具有一定的制动能力，从而提高了汽车行驶的安全性。

5.3常见故障及诊断与分析

1.气压制动不良故障

(1)现象：

气压制动不良的故障现象与液压制动不良故障现象类似。

(2)原因：

①空气压缩机故障：皮带断了或打滑，活塞与缸筒严重磨损，卸荷阀关闭不严，气压调节阀起不到很好的调节作用。

②储气筒上的安全阀失效导致气压过低。

③制动阀故障：进、排气阀关闭不严，膜片破裂，活塞的密封圈密封性不好，排气间隙过大。

④快放阀膜片破裂。

⑤制动气室膜片破裂。

⑥车轮制动器发生故障，这类故障可分为以下几种情况：制动鼓与制动蹄之间间隙过大或接触面积太小；制动蹄片上沾有油污或水；制动蹄片上铆钉松动；制动鼓失圆或磨有沟槽；凸轮轴、制动蹄的支撑销锈死或磨损松旷；调节臂上的调整握杆调整不当；制动管路漏气。

(3)诊断：

2.气压制动失效故障

（1）现象：

气压制动失效的故障现象与液压制动失效故障现象类似。

（2）原因：

①出气筒无气或充气量不足。这这类故障包括以下五种情况：空气压缩机传动带折断或打滑；空气压缩机与出气桶之间的供气管道破损、堵塞，或管道接头松脱、漏气严重；卸荷阀卡死；挂车制动分离开关未关或关闭不严；出气筒破裂，出气筒各功能阀失效、漏气。

②制动阀故障。这类故障可分为以下三种情况：制动阀的进气阀被卡住或关闭不严造成进气阀不能打开，压缩空气从排气口排出；制动踏板传动机构折断；制动管路折断。接头松脱或管道堵塞。

③制动气室故障。主要包括：制动器室膜片破裂、壳体破损、接合面松动或推赶在壳体孔中卡死而不能移动；调整臂调整不当导致制动气室推杆行程过小。

④车轮制动器故障。发生这类故障的原因如下：制动凸轮轴与支架衬套卡死，导致凸轮轴不能转动，或转角过小；制动蹄摩擦片、制动鼓磨损后间隙过大；制动蹄摩擦片大面积脱落或严重烧蚀；制动鼓开裂、破碎。

(3)诊断：

3.气压制动跑偏故障

(1)现象：

气压制动跑偏故障的现象与液压制动跑偏故障现象类似。

(2)原因：

①车轮制动器故障。该部位产生故障的原因分为以下几种：各车轮制动促动凸轮轴转角相差过大，或制动促动凸轮轴与支架配合、磨损程度不一致，又或者某制动促动凸轮轴转动不灵活；各车轮制动器的制动间隙、制动蹄摩擦片的质量以及制动蹄摩擦片与制动鼓的接触贴合状况相差过大；各车轮制动鼓的直径、圆度、圆柱度等技术指标以及各制动鼓工作表面状况相差过大；车轮制动器的蹄片回位弹簧弹力相差过大，或者各制动蹄轴与衬套配合、磨损程度不一致。

②制动气室故障。某车轮制动器的制动气室进气管被压扁、锈蚀或堵塞，或进气软管老化发胀，进气管接头松动、漏气；某制动器室壳体连接螺栓松动引起漏气。或制动气室的膜片老化、破裂；各车轮制动器的制动间隙不一致，或某制动气室推杆有卡滞现象。

③其他故障。其他常见故障原因有以下几种：车辆眼中偏载，使车身偏斜；车辆左右轮胎气压不一致；车辆左右轮胎规格不一致，各轮胎花纹磨损程度相差过大；车辆两侧悬架弹簧的弹力不一致；车架变形，车桥发生位移；前轮定位失准或转向系松旷；路面两侧附着系数相差大，路面向一侧倾斜，致使车身倾斜。

(3)诊断：

4.气压制动拖滞故障

(1)现象：

抬起制动踏板，制动阀排气缓慢或不排气，不能迅速解除制动，致使车辆起步困难、行驶无力等都是气压制动发生脱滞故障的常见现象。

(2)原因：

①制动阀故障：制动阀排气间隙太小；制动阀排气阀座橡胶发胀，堵塞排气口；排气阀导向座锈蚀、发卡。

②传动机构故障。引发这类故障的原因可能是：踏板传动机构卡住不回；制动踏板无自由行程或自由行程太小。

③车轮制动器故障：制动器气室推杆卡住不回；制动凸轮轴支架固定螺栓松动，使凸轮先后不同心而导致转动不灵活；制动蹄摩擦片与制动鼓间隙过小；制动蹄摩擦片与制动鼓烧结、粘住、脱落，回位弹簧脱落、折断或弹力过小；制动蹄轴因锈蚀、润滑不良或与衬套配合间隙过小而导致转动困难。

④其它故障：半轴套管与轮毂轴承配合松旷导致制动鼓偏斜；轮毂轴承外圈与毂配合松旷导致制动鼓偏斜；制动气室膜片老化、膨胀、变形，制动软管老化、发胀、堵塞；制动踏板轴发卡，踏板回位弹簧脱落、折断引起踏板不回位。

(3)诊断：

6、总结

汽车制动（俗称刹车），是汽车的主动安全系统，它从诞生至发展与汽车从诞生至发展是完全同步的。没有哪种汽车不是以良好的制动性能为保证来发展它优良的行驶性能。良好的制动性能是车辆安全行驶的重要保证。因为制动性能下降或失效而引发严重的交通事故，已成为突发性交通事故的主要原因之一。因而在汽车检测与维修中，制动系统的检测与维修显得尤其重要，我国公安部、交通运输部规定对汽车制动实行定期的强制检测与维护。

[1]陈家.《汽车构造》[J].北京人名交通出版社.2005.

[2]赵福堂.《现代汽车检测诊断与维修》[J].北京理工大学出版社.2005.

[3]邹小明.《汽车检测与诊断技术》[J].北京机械工业出版社.2000.

[4]GB12676-1999《制动性能试验》4.1.3.

Automobile Braking System Design

Li Lizhi
(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601)

Automobile brake (known as the brake),is the active safety system,car since its creation to development and bus from birth to development is completely in sync.No other car is not good for guarantee the brake to develop it good driving performance.Good braking performance is the important guarantee of safe driving vehicles.Because the braking performance decline or failure of a serious traffic accident caused by sudden accidents,has become one of the main reasons.Thus in automobile detection and maintenance,braking system testing and maintenance are especially important in the ministry of public security,traffic transportation,brake,the fixed provisions of the compulsory inspection and maintenance.Keywords: automobile braking; fault; diagnosis and analysis; design

U463.5

A

1671-7988（2016）08-72-06

李立志，男，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，从事产品开发工作。