制动系部件及其电控主动助力器

对制动系部件的耐用性、在各种使用环境下的工作可靠性、NVH（噪声、振动、平顺性）和抗失效等提出了高的要求。

1.制动踏板

制动踏板主要是驾驶人和制动系间的接口。通过制动踏板特性（踏板力、行程和减速度之间的功能关系）可以实现制动和制动状态的反馈。

2.制动助力器

制动助力器通过“辅助力”增强作用在制动踏板上的力。它增强了操作的舒适性和行驶安全性。当前，制动助力器主要采用两种方式：

1）真空制动助力器。

2）液压制动助力器。

（1）真空制动助力器　真空制动助力器也称真空制动放大器。虽然它的尺寸比液压制动助力器大，但仍被采用。其主要原因在于低的成本结构和使用不需成本的大多使用自然吸气式发动机的进气真空能量。

真空制动助力器的真空室通过负压管路与发动机进气管或与单独的真空泵（如在柴油机上或在直喷点燃式发动机上进气管负压很小时）相连。

下面由松开位置开始介绍真空制动助力器的工作情况。

1）松开位置（见图7.2-7）：在松开位置，真空室膜片盘两边的负压是相同的。真空室弹簧使膜片盘克服作用在控制体断面上的大气压力而保持在初始位置。

2）部分制动位置（见图7.2-7）：在通过制动踏板操纵活塞杆时，盘形阀首先关闭踏板侧工作室的真空通道。在制动踏板进一步移动时开启外部空气通道。由此在膜片盘前建立大气压力。在真空制动助力器前、后室之间形成压力差，它将膜片盘压向串联制动主缸，以增大驾驶人脚踏力。这个辅助力是压差与膜片盘面积的乘积。

在串联制动主缸上，通过活塞向前运动建立制动液压力。在等脚踏力时，在串联制动主缸中的活塞、压杆和气阀活塞在按脚踏力大小移动后处于静止状态。这时，橡胶作用盘促使气阀活塞落在盘形阀上并停止供入外部空气。

这样就达到真空制动助力器的准备工作位置。在这个位置，对应每一个踏板力的变化可放大或缩小膜片盘两边的压力差，与踏板力相似，从而可增大或减小制动系统中的制动液压力，并调整汽车减速度。放大因数（初始力与输出力之比）由气阀活塞横断面积和橡胶作用盘的横断面积之比确定。

3）全制动位置（见图7.2-7）：在全制动位置，踏板侧的工作室与真空室的通路完全切断，外部空气通道不断开启。这样，外部大气压力完全作用在膜片盘上，以达到可能的最大辅助力。这个状态称为真空制动助力器的“控制点”。进一步提高作用在串联制动主缸活塞上的力只能继续提高操纵力。

4）回程（见图7.2-7）：在松开制动踏板时，真空制动助力器中真空室和工作室两室重新建立负压，真空室弹簧将膜片盘和制动踏板重新压回到初始位置。

除上面的结构型式外，还有扩展的拉杆式制动助力器。它不是通过壳体传递在操纵时产生的拉力，而是通过螺钉（拉杆）传递拉力。这些拉杆完全穿过这种结构，包括膜片和膜片盘。这种设计允许采用较薄的壁和用其他材料（铝、塑料）制成的壳体，从而可较多地减轻重量，并由此可减小壳体的膨胀。

图7.2-7 简单的真空制动助力器工作位置

通常给出真空制动助力器直径作为助力器的尺寸，并用英寸表示，常见的真空制动助力器尺寸为7in和11in。在较大的汽车上，简单的真空制动助力器已不能满足要求，而采用串联制动助力器。它是串联的两个简单的真空制动助力器。其尺寸从7in/8in至10in/10in。图7.2-8是它的电控主动制动助力器。

为确定汽车的装配方案，开发了“前螺钉串联制动助力器结构”方式。这时，拉杆（螺钉）是空心的，这样可以穿过发动机室侧的固定螺钉，并靠它固定在汽车前壁上。

（2）主动制动助力器　为增加功能，采用主动制动助力器，它可以电控（见图7.2-8），并用于ESP（7.2.4小节）、电子制动辅助（7.2.4小节）和ACC（7.2.4小节）上。

主动制动助力器有一个组合在控制体中的电磁铁驱动结构。通过移动套可以借助电控电磁铁驱动机构操纵盘形阀。这时先切断真空室和工作室的连接通路。继续加大电流可以开启工作室与外部空气的通路，并操纵制动助力器。

图7.2-8 在串联制动助力器结构中的电控主动制动助力器

（3）机械制动辅助　全面的机械制动辅助的介绍见7.2.4小节。

机械制动辅助是利用制动助力器的惯性，在快速操纵制动踏板（紧急制动）时导致盘形阀超过规定的开启行程，从而阻止盘形阀关闭，并一直保持开启状态到脚踏力再次少许下降时（图7.2-9）。

图7.2-9 机械式制动辅助

（4）液压制动助力器　与真空制动助力器相比，液压制动助力器的优点是在能量密度（这样就有较高的控制点）和安装空间方面，其缺点是较高的成本和在至今的液压制动助力器中存在的“迟钝（不灵敏）的感觉”（不能快速充入制动液）。液压制动助力器（图7.2-10）特别用于重型乘用车（如特种装甲防护汽车）上，它要求在制动踏板特性方面有大的助力。

图7.2-10 特种防护汽车用的液压制动助力器

3.真空泵

在装配点燃式发动机的汽车上，在进气行程可用的真空能量是制动助力器的廉价能源。在喷射发动机上（柴油机和汽油直接喷射发动机）则需要真空泵。这些真空泵大多为叶片式泵，通过发动机曲轴机械驱动或电子驱动。

4.（串联）制动主缸

串联制动主缸的任务是将制动助力器的输出力转换为制动液的液压。

由于法规要求，制动系要有双回路。简单的制动主缸只用在赛车制动系的特殊场合。

当前常用的串联制动主缸（THz）是将两个串联制动主缸组合在一个体中。它可在制动系中建立和卸去制动液的压力。在制动系容积变化时，如温度变化或制动摩擦衬片磨损时，通过补偿孔和补偿容器补偿容积的变化。

活塞是一次制动回路（也称压杆回路）室和二次制动回路（也称浮式回路）室的边界。如果一个回路失效（如泄漏），则由于踏板行程增大而可感觉到，因为在另一个完好的制动回路建立制动液压力前这时的活塞会向前移动，直至挡块。按结构型式，串联制动主缸有：

1）放液孔式串联制动主缸；

2）中心阀式串联制动主缸。

3）柱塞式串联制动主缸。

（1）放液孔式串联制动主缸　放液孔式串联制动主缸（图7.2-11）通过制动主缸筒上的小的放液孔与补偿容器相连。在操纵活塞时，密封圈越过制动主缸筒上的放液孔，从而中断制动主缸室和补偿容器室间的联系。从这位置开始制动主缸中建立制动液压力。在松开制动时，活塞回到静止位置，这时制动液从车轮制动缸中又流回到制动主缸。

图7.2-11 放液孔式串联制动主缸

（2）中央阀式串联制动主缸 与电子制动功能结合（如ABS、ASR、ESP）可将串联制动主缸活塞压回到松开制动位置。在制动液压力下活塞超过上面所说的放液小孔就会损坏密封圈。

为此，在车轮滑转控制系统中（ASR），使用中心阀（或柱塞结构型式的串联制动主缸）替代放液孔式的串联制动主缸。在后面的这两种结构型式中，在高制动液压力下也可开启与补偿容器的联系而不损坏密封圈。在中心阀式串联制动主缸上（图7.2-12），两个室通过安装在压杆活塞和浮动活塞上的两个“中心阀”与补偿容器相连。在不操纵制动踏板时，通过挡块（制动主缸销）而保持两个室在连通位置。

在操纵制动踏板时，压杆活塞通过制动助力器压杆预先移动，浮动活塞跟着移动。在中心阀还开启时，压杆活塞通过它和浮动活塞间的预紧弹簧操纵浮动活塞。束缚弹簧几乎在同时关闭两个中心阀。这样，串联制动主缸的总的关闭行程要比顺序关闭两个中心阀的行程缩短一半。整个制动踏板空行程的减小可改善制动系的响应。

随着中心阀的关闭，串联制动主缸到补偿容器的回流也就切断。

（3）柱塞式串联制动主缸 作为空间结构优化的柱塞式串联制动主缸的结构型式（图7.2-13）首先用于部件的总长很短的场合。这种短结构的型式是通过专门布置的压簧、密封件和导向件实现的。

图7.2-12 中心阀式串联制动主缸

图7.2-13 柱塞式串联制动主缸

此外，这种柱塞式的阀门机构也适用于ABS、ASR、ESP的电控制动系统。在初始位置，安装在活塞中的阀孔总是将串联制动主缸室与相应的补偿容器室连在一起。在通过压杆操纵时，这些阀孔从操纵方向看位于密封圈前，在密封圈的密封唇中移动，从而使制动主缸室与补偿容器室连通中断。在继续操纵制动踏板时密封圈室侧的这些阀孔被打开而不损伤密封圈，因为在这位置，在密封唇两侧的制动液压力是相同的。这一特点在松开制动踏板时特别重要，这样可预先充满制动液。如在ASR和ESP制动闭环控制系统中，在松开制动踏板时制动主缸中就充满高压制动液。

5.补偿容器

1）补偿容器包括由于制动摩擦衬片磨损而附加的制动液容积补偿的储备容积。

2）保证在各种环境条件下制动系内部的制动液容积补偿。

3）阻止在各种行驶状态将空气吸入制动系。

4）减少制动液中的泡沫。

5）在制动液面下降时将储备容积与制动主缸回路分开。

利用所谓的“容器塞子”从上部将补偿容器（制动液）“按入”串联制动主缸。加强的串联制动主缸可在第一次用高压给制动系加灌制动液。还有，在发生交通事故时还要确保不流出可燃的制动液。此外：

1）补偿容器还可用作液压操纵离合器的容积储存器和ESP制动液预充泵的容积储存器，以及必要时储存制动液，这是为充灌液压储能罐所需要的（如液压制动助力器，图7.2-10）。

2）为确保在制动踏板松开位置制动系中没有制动液压力，补偿容器内部空间通过容器螺纹连接件与大气相通。

制动液面应从外面可见，因为补偿容器是由透明材料制成的。这样在液面低于“Min（最低）”标记时可看出制动液损失。另外还要通过补偿容器液面报警装置，在仪表板的制动液面报警灯上显示。

6.制动液

在制动系的液压部分，制动液是串联制动主缸、（必要时）液压控制部件和车轮制动器之间的能量传输介质。制动液的其他任务是润滑密封件、活塞和阀等运动件和防止腐蚀。

在温度低于-40℃时制动液仍有良好的流动性（粘度），以实现好的制动响应、制动踏板松开性能和好的制动电子闭环控制功能。制动液的沸点温度应高，这样即使在高的制动系热负荷时不会出现蒸气泡。蒸气泡的可压缩性会由于串联制动主缸的有限的排出容积而无法在制动系中建立起足够的制动液压力。制动液可分乙二醇和硅两种制动液。

（1）乙二醇制动液　聚乙二醇和聚乙二醇—乙醚醛的乙二醇制动液是吸湿性的（亲水性的），它吸收水并与水化合。所以要避免未溶解的、残留的水（即游离的水）渗入，并在沸腾时形成蒸汽泡。众多的国际标准（如DOT3、DOT4、DOT5.1）要求对按规定浓缩处理水的制动液有尽可能高的“湿沸点温度”。为在工作时保证制动液中足够少的含水量，需要定期更换制动液。

（2）硅制动液　按DOT5标准，硅制动液是基于不溶于水的（厌水的）硅油。但硅油可吸收微量的水，所以还可能存在非溶性（游离）的水，并蒸发形成蒸汽并腐蚀零部件。硅制动液的抗压缩性、吸水性和抗吸气量比乙二醇制动液差。由于硅制动液的性能特别稳定，在汽车生产厂家明确同意后可以使用。它主要用于多年存放的汽车上（如军用汽车）。

当前，制动液一般可再生。基本前提是要按品种收集、净化和化学处理。

7.制动管路和制动软管

为连接制动系的各液压部件，采用耐高压的制动管路、制动软管和钢丝加强的软管（柔性管路）。主要要求是耐压、抗机械载荷、低的容积变化、耐化学品（如耐机油、燃油、盐水）和对热的不敏感性。

（1）制动管路　是非运动连接点之间的液体连接件。它由双缠绕的、硬钎焊钢管组成。为防止环境影响，在制动管路表面涂锌，并装有塑料覆盖层。

（2）制动软管　位于固定件到运动件、有很大动态应力件（如转向节或制动钳）的过渡处。制动软管保证完美地（即便在严酷的条件下）将制动液压力传到制动器。制动软管由内部软管、作为承压体的双层编织物和为防止承压体免受外部影响的外部橡胶层组成。

（3）钢丝加强软管（柔性管路）与制动软管相似，安装在固定件与动态应力件的过渡处。钢丝加强软管由带不锈钢丝编织物的聚四氟乙烯（氟树脂）管作为承压体和必要时还有作为保护层的热塑性合成橡胶组成。这样就有一定的柔性，它只用于与很小运动的零件连接，如用于制动钳上，以补偿制动摩擦衬片磨损。柔性管路可阻尼物体噪声传播，因此可改善抗噪声的舒适性，如安装在串联制动主缸和液压部件之间。

8.制动力分配装置

在制动时，动态轴载分配引起后轮载荷减小（图7.2-14）。这样后轮只能传递一部分的制动力；而前桥和前轮的动态载荷和可以传递的前轮制动力则以相同的值增加。为此，要实现较短的制动距离，重要的是要充分利用后轮制动力份额，而不会出现后轮早于前轮抱死。对这项法规要求，首先要考虑后轮制动器的尺寸要小。由于理想制动力的非线性分配特性线，光这样一个措施通常还是不够的，所以要采用“制动力分配装置”（图7.2-15）。自20世纪90年代起，制动力分配装置不断地被电子制动力分配（EBV-elektronische Bremskraft-verteilung）替代（见7.2.4小节）。

图7.2-14 与载荷有关的压力限制器

1—真空制动助力器 2—带补偿容器的串联制动主缸 3—制动力调节器 4—前桥车轮制动器 5—后桥车轮制动器

图7.2-15 制动力分配装置特性线

图7.2-16 ABS控制系统

1—带法兰的电动机 2—液压模块 3—线圈支架和电控单元

电子制动力分配有三种结构型式：

（1）制动（压）力限制器　将车轮制动器出口侧的制动液压力限制在设计上确定的断开压力。

（2）与制动压力有关的（固定调整的）制动力缓减器　用在轴载只有很小变化的汽车上。这种被称为制动力调整的缓减器有一个固定调整的转换点。从这个转换点开始，可用一个与前桥（前轮）制动力成固定比值的制动力调整后桥（轮）制动力。

（3）与载荷有关的制动力缓减器　主要用在轴载有很大变化（由于大的装载变化）的汽车上。同样，在高汽车重心、短轴距和由此受减速度影响很大的轴载分配的小型汽车上需要采用与载荷有关的制动力缓减器。这时，由于汽车的弹性振动引起弹力的增加而提高了转换点。

9.液压/电子控制单元（HECU）

当前，ABS/ASR/ESP制动系统的液压/电子控制单元（如TEVES MK60，图7.2-16）是由带电磁阀的中心液压模块、带凸缘连接电动机的组合泵（液压控制单元HCU-hydraulic control unit）、线圈支架[包括其中的电控单元（ECU-electronic control unit）]组成的。在线圈支架上有“磁插头”。

通过两个液压管路将液压/电子控制单元与串联制动主缸（THz）的制动回路相连。制动管路从液压控制单元（HCU）到车轮制动器。

图7.2-17是ABS液压控制图与ASR附加功能。

图7.2-17 ABS液压控制图（黑）与ASR附加功能（灰）。前驱动和对角线制动回路布置的乘用车

图7.2-18 ABS控制系统阀门配置

1—进液阀（SO） 2—排液阀（SG） P—至操纵机构的接头 R—回液 Rv—单向阀

（1）阀　所有的进液、排液电磁阀都集中在液压体中。这些阀可以调整车轮制动。每个制动控制回路配置一个带并联单向阀的出液阀和一个排液阀。从图7.2-18可见，进液阀为常开阀（无电流时开启SO），排液阀为常闭阀（无电流时关闭SG）。

（2）泵　在ABS电子闭环控制时，由车轮制动器中排出的制动液体积储存到低压储存室中间储存。组合在液压控制单元（HCU）中的双回路柱塞泵将低压储存室的制动液体积输回到串联制动主缸的制动回路。在ABR或ESP电子闭环控制过程中，驾驶人没有操纵制动踏板，泵单元可以在建立制动液压力阶段提供必要的制动液体积。

（3）制动控制系统的电子控制单元 由传感器检测的信号（车轮转速、横摆率、转向盘角度等），电控单元（ECU）可按综合性的逻辑控制对制动干预和发动机干预的执行机构进行控制。干预的目标是按汽车的当时行驶状况对车轮进行最佳的滑转控制。电控单元的其他重要任务是输入、输出电信号的电平匹配和转换，电子控制系统的安全性监控和故障诊断。电控单元采用微处理器系统。输入参数如：

1）传感器信号（车轮转速、ABS泵电动机转速、转向盘角度、横摆率等）。

2）开关信号（如制动灯开关）。

3）内燃机信息，用于发动机管理的控制系统。

4）工作电压。

输出参数如：

1）开关信号[电磁阀、液压控制单元（HCU）的ABS泵电动机、报警和功能灯等]。

2）内燃机倒拖力矩和驱动力矩的匹配信号。

3）重要安全性部件的监控信号。

4）故障状况信息。

在逻辑控制中实现的结构也可称为自适应的电控单元，即通过连续搜索的方法可以使控制系统的工作点与最佳的受控系统匹配。逻辑控制包括：

1）与汽车无关的基本算法。

2）有效地调整各参数，使算法与各车型匹配。

3）开发汽车生产厂家的或车型的专门逻辑控制准则。

算法用高级编程语言“C”编写，且分成很多模块（程序块）。这样可实现与软件快速匹配，典型的、综合性软件的可维护性以及不同模块（程序块）的可组合性，如ABS、ASR和横摆力矩闭环控制（GMR）。

10.盘式制动器

盘式制动器在车轮上产生制动力。几乎所有的乘用车前轮制动器都采用盘式制动器。在当今的汽车上，后桥的行车制动器也采用盘式制动器。

盘式制动器是轴向制动器，制动钳的夹紧力通过液压缸轴向地作用在制动摩擦衬片上。制动摩擦衬片作用在制动盘（也称制动转子）两侧的摩擦面上。制动活塞和摩擦衬片固定在钳状的、在制动盘外圆上面的制动体上。在制动盘转动方向上将制动摩擦衬片支撑在固定在车桥臂上的一个零件上。(www.xing528.com)

图7.2-19 制动器特征值

1—双向伺服鼓式制动器 2—双领蹄鼓式制动器 3—单作用式鼓式制动器 4—盘式制动器

制动摩擦衬片平面只是整个制动盘环面的一部分（部分盘式制动器）。通常“盘式制动器”概念只是部分盘式制动器。全盘式制动器（即整个的制动盘与环形的制动摩擦衬片接触）在乘用车上不常用。盘式制动器可分固定钳、浮动架钳和浮动钳盘式制动器。固定钳盘式制动器包括制动盘两侧的制动活塞（图7.2-23）。浮动架盘式制动器和浮动钳盘式制动器只在制动盘一侧，它们可推移地支撑（图7.2-24、图7.2-25）。

盘式制动器特征值C*随制动摩擦衬片的摩擦系数增加而线性增大（图7.2-19）。

盘式制动器的其他特征是：

1）高的热负荷能力。

2）对制动摩擦衬片的摩擦系数波动敏感性很小。

3）稳定的响应（可再现性）。

4）制动摩擦衬片磨损均匀。

5）制动摩擦衬片更换简单。

活塞在制动钳中的密封是通过在成型的钳体槽中的矩形断面密封环实现的（图7.2-20）。在制动后（松开制动踏板）密封环回拉活塞（rollback），并形成所谓的“抽气间隙”（很小的残余制动力矩）。在制动盘严重的轴向变形或移动时（如车轮轴承间隙），密封件的几何形状可再次拉出活塞（knock-back）。

保护罩可防止在活塞和钳体筒范围渗入湿气和脏污物。它为波纹管式（皮老虎式）结构，因为它还要适应由于制动摩擦衬片和制动盘摩擦而产生的磨损以及公差使活塞行程发生变化。

图7.2-20 活塞密封环变形（矩形环）

为制动系放气（如在车间）时，在制动缸最高位置上装有一个放气螺钉，以除去制动液和制动系中可能渗入的空气。

（1）制动钳材料　浮动钳体一般由GGG50～60球墨铸铁铸成。在对低重量要求时可使用螺钉连接的浮动钳体。这时制动缸侧为高强度铸铝，浮动钳体为优质球墨铸铁。浮动钳体通过制动盘作用在轮辋侧的制动摩擦衬片上。在对特别低重量要求时，整个制动钳的一部分采用铝（见图7.2-26，浮动架钳）。

图7.2-21 不同材料的制动钳活塞

a）灰铸铁 b）钢 c）铝合金 d）塑料（注塑）

制动活塞由灰铸铁、钢、铝合金和塑料等不同材料制成（图7.2-21）。钢活塞一般为深冲和挤压加工。为保证所要求的质量，首先是直径公差，外径需磨削。

（2）制动钳设计 这里使用特征值C*概念（见13，鼓式制动器）。它由活塞摩擦力与挤压力之比得到。假设挤压力作用在活塞中心，盘式制动器的C*为：

C^*=2μ

盘式制动器的摩擦系数μ=0.35～0.50（即C^*=0.7～1.0），摩擦系数定义为制动摩擦衬片的平均制动摩擦系数。其值随制动盘温度、汽车行驶速度、制动摩擦衬片面压力等因素波动。

制动钳的刚度定义是间接地用通过制动钳随制动缸中制动压力吸收制动液的能力来表示的，即吸收的制动液体积。利用3维模型可以计算吸收的制动液体积，并在试验中验证。

利用周期性载荷的液压冲击可得到与汽车寿命有关的浮动钳体强度。试验是在精确定义参数的实际情况下进行的，因为用电子计算程序还不能完美地得到设计的各影响因素及其量级。

目前，利用FEM计算工具可得到零件的应力分布，见图7.2-22。

图7.2-22 零件仿真计算的应力分布

（3）固定钳 固定钳不断用于较重的后驱动乘用车前桥上。因为这些乘用车给前桥提供足够的安装空间。固定钳可从安装在制动盘摩擦面两侧的制动缸和固定的钳体特点看出（图7.2-23）。钳体是两个半体，用螺栓将它们连在一起。位于制动盘两侧的活塞通过两个半钳体中的通道孔液压联系在一起。在两个半钳体接触面上的通道孔用密封件密封。在制动盘外圆上面的这些通道孔对热敏感。采用空气冷却和好的制动盘尺寸的特别措施可防止制动液形成蒸气泡，从而可避免由于过多地进入制动液而使制动失效（踏板到达汽车地板）。制动摩擦衬片切向地支撑在活塞侧面的止动导向装置上。

图7.2-23 固定钳

固定钳结构上的优点是在高的刚度前提下吸收的制动液体积很小。

（4）框架钳 框架钳只在活塞的一侧。制动盘较深地、轴向地放入轮辋腔中（即到轮辋外侧），易于实现负的主销偏距，见图7.2-24。

依靠框架将活塞作用力通过制动盘传递到轮辋侧的制动摩擦衬片上。制动缸体固定在框架上。两个制动摩擦衬片将它们的切向制动力直接传到与轮毂或与桥臂螺纹固定的保持架的两个臂上。框架钳的优点是在制动缸中的制动液温度低，这是因为一方面制动液不经过制动盘外圆，另一方面是大的、形成的制动摩擦衬片通风道有利于冷却空气进入。

图7.2-24 浮动架钳

（5）浮动钳　浮动钳提供了与框架钳一样的安装优点。其他的优点是：

1）制动摩擦衬片面积大。

2）最佳的制动摩擦衬片形状。

3）重量轻。

4）结构尺寸小。

大都为单件的浮动钳体可在螺纹固定的保持架或桥臂的两个臂上自由滑动。在轮辋侧的两个保持架臂可与铸造的车桥相连，或如TEVES FN原理（图7.2-25），通过钩状的端部制动摩擦衬片支架板相连。这种连接方式在制动过程中至少可以部分地拉动制动摩擦衬片（拉、推原理）。在保持架导向装置的轴向摩擦力在制动盘进入侧。浮动钳的这种结构有两个主要的功能优点：一是制动摩擦衬片均匀地紧贴制动盘摩擦表面，这样可达到期望的制动摩擦衬片平行磨损；二是可降低噪声。

图7.2-25 TEVES FN结构的浮动钳

1）浮动钳FN。通过专门设计的浮动钳（FN型）可达到几乎与在内部作用的制动盘那样的制动盘尺寸，这样就有较大的摩擦半径，并在相同制动压力时产生较大的制动力矩，同时还可保持在最窄的车轮外形处的浮式钳体桥很长且薄，而不会减弱浮动钳的刚度（较少地吸收制动液体积）。

2）浮动架钳FNR。在使用浮动架钳（FNR）时可进一步增大制动盘外径，如图7.2-26所示。如在浮动钳中介绍的，浮动架钳体桥同样向外绕过两个保持架和在轮辋侧与中间的钳体坚固地连成单独的一个铸件。

图7.2-26 各种浮动架钳

FNR—AL为铝；FNRG为复合材料，即保持架为铝，

桥和钳为灰铸铁；FNR为灰铸铁

3）组合的浮动钳。组合的浮动钳（FNc），图7.2-27是将行车制动器和驻车制动器集中在一个盘式制动钳中。行车和驻车制动器的两个任务利用同一个摩擦副。行车制动器与浮动钳通过金属软套管拉索可以激活驻车制动器。拉索通过杠杆机构转动操纵轴（图7.2-28）。

因为特征值C^*只符合C^*=2μ的盘式制动器，驻车制动器必须要在制动活塞上产生更大的力，通过驻车制动杆的操纵见图7.2-35。

与行车的盘式制动器磨损后调整相比（活塞在活塞环作用下向前移动）驻车制动器的调整装置较贵（图7.2-28）。

图7.2-27 组合的浮动钳FNc

图7.2-28 调整装置

在制动时，制动摩擦衬片过大的挤压和钳体变形而出现的磨损可通过减轻钳体载荷或通过活塞环的回位能力而部分地补偿磨损行程，这时仍需要调整。

利用回位弹簧（4）的力可以将轴（2）重新带向压杆（5）处的凹坑。因为回位弹簧力约为驱动弹簧力的3倍，轴（2）带动调整螺母（1）和摩擦锥体开启。通过驱动弹簧的作用，调整螺母转动，摩擦锥体重新闭合，从而实现轴向的长度补偿（调整）。

11.制动盘

制动时转换的约90%的能量首先进入制动盘，并从制动盘传给外部空气。在制动盘中的温度（如在下山行驶时）可达700℃，达到灼红状态。为达到较高的吸热容量，有一种双制动盘系统的开发方案。

（1）实心/通风的制动盘　为达到更好的冷却效果，除采用实心制动盘外，不断采用内部通风的制动盘（图7.2-29）。

改善冷却和改善制动盘在潮湿时（对水的敏感性）的响应性能的其他措施是用孔式或槽式制动盘。当然要增加一些成本和带来较大的噪声。

为避免目前制动盘的一些缺点，开发了ATE制动盘（ATE Power Disc）。在ATE制动盘的环面加工封闭的环槽。这种多功能环槽的优点是：

1）视觉识别制动盘磨损边界。

2）改进制动盘潮湿时的制动性能。

3）不易产生制动衰减。

4）没有制动摩擦衬片和制动盘的磨损痕迹。

图7.2-29 实心的制动盘（左）和内部通风的ATE制动盘（右）

（2）噪声　由于制动盘在轮辋轮廓内的安装条件限制，制动盘一个面有一个固定的凸缘（锅状制动盘），制动盘发热时产生噪声，即摩擦面从平面变为锥面。这样，在摩擦环面上由于摩擦衬片摩擦面的各点金相组织不同而在摩擦副之间引起不均匀磨损[21]，其后果是产生摩擦噪声和各种嘈杂声。嘈杂声是转向盘振动、制动踏板脉动等各种低频噪声的组合。通过结构措施可将这些噪声限制在限值以内（图7.2-30）。

图7.2-30 为降低制动盘噪声的有限元分析

为达到好的制动品质，对制动盘的制造精度有很高的要求，要保证制动盘凸缘的旋转精度和最好的轴承间隙。

（3）浮动支撑的制动盘　浮动支撑的制动盘由两部分组成。可移动的、完全平面的摩擦面轴向地安装在制动盘里面的刚性轮毂上。其优点是：

1）没有噪声。

2）制动热量很少地传导到车轮轴承上。

3）减小空气间隙，因为浮动支撑的制动盘不会将制动摩擦衬片和活塞压回。

浮动支撑的制动盘与固定钳组合使用，主要用于摩托车上。

（4）制动盘材料　常用的制动盘材料为珠光体灰铸铁GG15～25。添加少许Cr、Mo使它具有较高的耐磨性和抗热裂性。高含碳量可提高吸热速度。

碳/碳化硅（C/SIC）制动盘是新开发的制动盘（图7.2-31）。它采用碳纤维增强的、含有碳化硅（SIC）点阵的陶瓷。与灰铸铁制动盘相比，C/SIC制动盘的优点是：

1）高的耐磨性，寿命可达300000km。

2）由于重量节省2/3，非簧载质量减少。

3）高的耐热性。

4）耐腐蚀（这样可消除灰铸铁制动盘的负面的伴生现象，如接触粘附或取消不锈钢的制动摩擦衬片）。

由于C/SIC制动盘生产费用高，所以较贵。它是专门为大功率运动车开发的，也可用在高档的特种汽车上。

12.制动摩擦衬片

制动摩擦衬片是制动器制动效率的重要因数。它的物理和化学性能对制动系的品质起着至关重要的作用^[4，5]。对制动摩擦衬片的要求是：

图7.2-31 制动盘

1）高的摩擦系数μ。

2）摩擦系数不变（如在不同的温度、潮湿、盐雾或脏污情况下）。

3）制动摩擦衬片与摩擦副（制动鼓、制动盘）的磨损小。

4）噪声低或噪声阻尼高，如对高频的尖叫和低频的嘈杂声。

5）很小的压缩性。

13.鼓式制动器

鼓式制动器是径向制动器，它有两个制动蹄。在制动时通过轮缸的液压操纵将制动蹄向外压向制动鼓的摩擦面。在制动结束时，弹簧重新将制动蹄拉向里。这样，在制动鼓摩擦表面与制动摩擦衬片间形成空气间隙。

（1）单作用鼓式制动器　由于成本原因，单作用鼓式制动器（组合有驻车制动器的功能）用于乘用车后桥车轮上。制动力矩受摩擦系数波动的影响较小（C^*=2.0～2.3，图7.2-19），所以在左、右车轮上的制动作用是均匀的，使在制动中的汽车行驶性能非常稳定。

在行驶方向的前制动蹄（即初级制动蹄）产生约65%的制动力矩；在行驶方向的后部的次级制动蹄只产生约35%的制动力矩。因此，为补偿磨损，初级制动摩擦衬片较厚，或者是两个蹄片的切向角选择不一样。切向角是圆周方向的角度。制动摩擦衬片靠切向角与制动鼓接触（图7.2-32a）。

图7.2-32 各种鼓式制动器

a）单作用鼓式制动器 b）双领蹄鼓式制动器 c）双向双领蹄鼓式制动器 d）伺服鼓式制动器 e）双向伺服鼓式制动器

（2）双领蹄鼓式制动器　双领蹄鼓式制动器的两个蹄是相同的。每个制动蹄支撑在制动器架的自身的固定点上，并通过单作用的盲孔车轮制动器压向制动鼓。两个制动蹄是自增强的初级制动蹄（即领蹄）。制动器特征值为C^*=2.5～3.5，变动范围较大，要定量较困难。另外，它与驻车制动器组合较难且较贵，所以这种制动器的实用意义不大（图7.2-32b）。

（3）双向伺服鼓式制动器　双向伺服鼓式制动器（图7.2-32e）能产生很高的制动力矩。因为两个制动蹄串联而产生特别有效的自增强作用（C^*=3.5～6.5）。双向伺服鼓式制动器常用于高有效载荷的汽车，如小到中型载货车上。一般配备磨损自动补偿装置。在调整时通过拉索操纵调整杆，调整杆则通过转动齿轮（棘爪）螺母间接地使一个不能转动的螺杆向外移动。

为传递作用在初级制动蹄上的作用力，通过固定在次级制动蹄上的杠杆和固定压杆可以容易地组合驻车制动器。使用双向鼓式制动器与盘式制动器的组合是非常合适的（drum in hat）。仅机械操纵鼓式制动器就可承担驻车制动器的功能，盘式制动器承担部分的后桥车轮行车制动器的制动任务。这种双向伺服鼓式制动器与盘式制动器组合的优点是可以相互独立地设计最好的驻车制动器和行车制动器用的制动摩擦衬片（图7.2-33）。

（4）制动鼓材料　从廉价的生产考虑，当前广泛采用灰铸铁制动鼓。在特别的应用场合，采用重量优化，如：

1）用复合铸造将制动鼓制成两组合件。外件为铝合金，内件由于要考虑有效的摩擦副而采用灰铸铁环。

2）将陶瓷或三氧化二铝的点阵（硬质点）浇入铝质制动鼓中。

铝质制动鼓的生产非常苛刻，并且由于较低的热强度，在制动功率方面受到限制。它适用于特别轻型汽车的后桥车轮制动器。

（5）调整　可利用简单的工具手工调整鼓式制动器制动摩擦衬片磨损（图7.2-34）。因为现代汽车的保养间隔不断变长，在调整制动摩擦衬片磨损前就要调整不合适的制动踏板行程，所以需要有自动的调整装置。

图7.2-33 盘式制动器和双向伺服鼓式制动器（锅式制动器）

（6）驻车制动器　利用鼓式制动器很容易实现驻车制动器的功能。通过在鼓式制动器的杠杆上的操纵装置的拉索（软套管拉索）可以传递操纵力。目前几乎所有的制动系采用操纵杆或脚踏板的机械操纵方式（图7.2-35），但它将不断地被电动机操纵方式和被电子驻车制动器替代（见7.2.4小节）。

图7.2-34 鼓式制动器制动摩擦衬片磨损手动补偿（调整），左为偏心调整，右为齿轮调整

图7.2-35 驻车制动器操纵机构