王嘉興 王健

摘要：現(xiàn)代化汽車產(chǎn)品在質(zhì)量和性能上均提出了更高的要求，而汽車制動性能作為關(guān)乎到汽車駕駛安全性的一個關(guān)鍵指標(biāo)，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對汽車制動系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了概述，尤其是對其制動過程中表現(xiàn)出來的主要性能進(jìn)行了重點(diǎn)分析，然后在此基礎(chǔ)上就如何對性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：汽車;制動系統(tǒng);性能分析;優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、研究意義

經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展使汽車產(chǎn)品走進(jìn)了千家萬戶，這一方面證明了我國改革開放以來取得的巨大成就，另一方面也對汽車產(chǎn)品的使用性能和安全性提出了新的和更高的要求。而在汽車的眾多性能要求中，制動系統(tǒng)的性能非常關(guān)鍵，這直接關(guān)系到行駛中汽車能否穩(wěn)定減速并可靠汽車，對汽車的使用安全至關(guān)重要。目前汽車主要采用的制動系統(tǒng)有氣壓動力制動和電控液壓制動（如圖1所示），兩種制動系統(tǒng)都可以有效地在汽車停車過程中進(jìn)行緩沖，使得行駛中汽車的慣性得到緩釋。重型汽車制動主要采用的是氣壓制動方式，它可以氣壓動力制動系統(tǒng)主要安裝在車輛后輪處，并通過強(qiáng)力彈簧的作用以實(shí)現(xiàn)對汽車的有效制動。而電控液壓制動則是將液壓制動和液壓執(zhí)行元件進(jìn)行結(jié)合，通過對踏板轉(zhuǎn)角信號的檢測來控制電液控制閥，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制動效果。本文對汽車制動系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了概述分析，尤其對其在制動過程中表現(xiàn)出來的主要性能進(jìn)行了重點(diǎn)分析，然后在此基礎(chǔ)上就如何對性能進(jìn)行優(yōu)化改善進(jìn)行了探討，希望通過本文探討可以為業(yè)界提出了一些有意義的參考借鑒。進(jìn)而促使汽車的制動過程更加協(xié)調(diào)與安全可靠。

二、制動系統(tǒng)的工作原理概述

對于采用氣壓動力制動系統(tǒng)的汽車產(chǎn)品而言，如果駕駛員沒有采取制動行為，則系統(tǒng)的前、后制動氣室會經(jīng)制動閥和快放閥與外界大氣連通，因?yàn)榇藭r制動氣室和儲氣罐中的壓縮空氣處于相互隔絕的狀態(tài)，所以駕駛員可以對行駛中的汽車進(jìn)行安全可靠的操控;反之，如果汽車駕駛員采取了制動行為，那么制動踏板會被踩下，使受踏板控制的制動閥關(guān)閉，這樣就實(shí)現(xiàn)了對前、后制動氣室的相互隔絕，并且同步阻斷了制動氣室與外界大氣的連通，在此基礎(chǔ)上將制動氣室接通壓縮空氣。在壓縮空氣的作用下，前、后制動器會與后車輪產(chǎn)生摩擦作用，進(jìn)而達(dá)到制動效果。

而對于采用電控液壓制動系統(tǒng)的汽車，車輪制動力由電控單元和執(zhí)行器控制，踏板轉(zhuǎn)角傳感器會對踏板轉(zhuǎn)角信號進(jìn)行檢測，并將檢測到信號轉(zhuǎn)為電信號輸送至電控單元。電控單元則將控制信號與電流分別輸入閥驅(qū)動器和電液控制閥，并依據(jù)這兩個信號中較大者產(chǎn)生控制電流輸入至電液控制閥中。電液控制閥則對輸入電流進(jìn)行接受并據(jù)此對制動器的壓力大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。在采用電控液壓制動的過程中，電控單元還根據(jù)車輛行駛速度以及其他信號進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)ABS、ASR等多種功能。

三、主要性能分析

對于汽車動力制動系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)對其主要性能的分析，需要從三個角度進(jìn)行闡述。首先是制動系統(tǒng)的制動效能;其次是制動系統(tǒng)的恒定性;最后則是制動系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。下面將對這三個方面進(jìn)行分別闡述和分析。

1.制動效能

所謂的制動效能主要指讓處于正常行駛狀態(tài)的汽車可以平穩(wěn)減速并實(shí)現(xiàn)可靠停車，如果汽車正行駛在斜坡上，則體現(xiàn)為可以讓汽車在斜坡上駐停。根據(jù)汽車制動的功能和安全要求，制動效能的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)朝著盡量縮短制動距離和時間的方向進(jìn)行，這也是車輛行駛安全的重要保障。

2.恒定性

對于制動系統(tǒng)的恒定性，主要強(qiáng)調(diào)汽車制動效果的持續(xù)性，要求汽車能夠長時間實(shí)現(xiàn)制動并有效保持制動狀態(tài)，這既是汽車制動系統(tǒng)恒定性設(shè)計(jì)的評判標(biāo)準(zhǔn)，也是后續(xù)優(yōu)化改善的主要目的和方向。

3.穩(wěn)定可靠性

對于汽車制動系統(tǒng)而言，穩(wěn)定可靠性也非常重要，假如這方面的性能不夠優(yōu)秀，那么汽車在制動中就可能出現(xiàn)偏移和打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，進(jìn)而影響到其安全駕駛。鑒于此，現(xiàn)代汽車對制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求非常高。因此，在進(jìn)行制動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時，穩(wěn)定性是一項(xiàng)必須重視的性能指標(biāo)，必須采取措施對其進(jìn)行重點(diǎn)保證。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

1.氣壓制動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

氣壓制動過程涉及到兩個關(guān)鍵點(diǎn)：第一，制動閥的建模仿真和分析。當(dāng)駕駛員做出制動行為后，制動系統(tǒng)會將收到的制動信號通過制動閥轉(zhuǎn)變成壓力信號。接著在壓力的驅(qū)動下，制動系統(tǒng)做出相應(yīng)響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)制動。第二，考慮到前、后制動氣室是直接控制制動器的關(guān)鍵部件，所以也必須對其進(jìn)行重點(diǎn)建模分析。此外，前、制動氣室是根據(jù)制動系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓力來控制操作推桿的，所以系統(tǒng)內(nèi)氣路管道的壓力強(qiáng)度也是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容之一。

本文主要選擇對制動系統(tǒng)響應(yīng)速度具有重要影響作用的幾個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行討論分析，具體包括以下兩個方面：第一，補(bǔ)充氣體延長時間。從補(bǔ)充氣體延長時間的角度來看，制動閥的彈簧強(qiáng)度和活塞回位的彈簧強(qiáng)度均會對該參數(shù)造成較大影響，而通過對這種影響進(jìn)行分析比較得出，制動閥和活塞回位的彈簧強(qiáng)度都宜控制在10N/mm。第二，排氣延長時間。從該參數(shù)的角度來看制動閥和繼動閥的排氣間隙是關(guān)鍵影響因素，因?yàn)榕艢忾g隙會對排氣時間產(chǎn)生直接影響，因此需要對連個閥門的排氣間隙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般選擇間隙為1.5m較為合適。

2.電控液壓制動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對于電控液壓制動系統(tǒng)，其制動踏板和制動器之間的動力傳遞相互分離，制動力由電控單元驅(qū)動電控液壓泵供給，這替代了傳統(tǒng)的機(jī)械傳遞方式。依靠電信號傳遞動力簡化了傳統(tǒng)的制動管路，具有節(jié)省空間的作用，但信號傳遞的準(zhǔn)確性和及時性則至關(guān)重要，必須對制動系統(tǒng)的電控單元、傳感器及連接線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證制動信號傳遞的準(zhǔn)確性和響應(yīng)的及時性。此外，電控液壓制動系統(tǒng)的使用成本比較高，而且在工作中容易受到電磁干擾，如何通過采用新技術(shù)、材料來降低使用成本以及在設(shè)計(jì)中采用抗干擾和屏蔽技術(shù)都是未來優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

五、結(jié)束語

現(xiàn)代化汽車產(chǎn)品在質(zhì)量和性能上均提出了更高的要求，而汽車制動性能作為關(guān)乎到汽車駕駛安全性的一個關(guān)鍵指標(biāo)，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，必須引起充分的重視。誠然，受到筆者自身水平和文章篇幅限制，以上相關(guān)討論難免有所局限，這里希望能夠在業(yè)內(nèi)同行之間起到拋磚引玉的效果。

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作者簡介：王嘉興（1991.3-），男，漢族，浙江杭州人，杭州漢騰汽車研發(fā)有限公司，大學(xué)本科，研究方向：汽車制動系統(tǒng)