液压传动装置在轿车行车制动系统的应用

人力液压制动系统利用制动液,将制动踏板力转换为液压力,通过管路传到车轮制动器,再将液压力转变为使制动蹄张开的机械推力。

目前,轿车的行车制动系统都采用于液压传动装置,如图14-10。液压传动装置主要由制动主缸、液压管路、后轮鼓式制动器中的制动轮缸、前轮钳盘式制动器中的液压缸等组成。一般制动踏板机构和制动主缸都装在车架上,而车轮是通过弹性悬架与车架联系的,主缸与轮缸之间的相对位置经常变化,故主缸与轮缸间的连接油管除用金属管(铜管)外,还采用特制的橡胶制动软管。各液压元件之间及各段油管之间还有各种管接头。制动前,整个液压系统中应充满专门配制的制动液。

图14-10　液压传动装置组成示意图

1—前轮制动器;2—制动钳;3—制动管路;4—制动踏板机构;5—制动主缸;6—制动轮缸;7—后轮制动器

制动时,踩下制动踏板4,制动主缸5利用主缸活塞的移动将制动液经油管压入制动轮缸6和制动钳2中,将前轮制动器的制动块推向制动盘,后轮制动器的制动蹄推向制动鼓。在制动器间隙消失之前,管路中的液压不可能很高,仅足以平衡制动蹄回位弹簧的张力以及油液在管路中的流动阻力。在制动器间隙消失并开始产生制动力矩时,液压与踏板力方能继续增长,直到完全制动。从开始制动到完全制动的过程中,由于在液压作用下,油管(主要是橡胶软管)的弹性膨胀变形和摩擦元件的弹性压缩变形,踏板和轮缸活塞都可以继续移动一段距离。放开制动踏板,制动块回位,制动蹄和轮缸活塞在回位弹簧作用下回位,将制动液压回主缸,制动作用解除。

显然,制动管路的油压和制动器产生的制动力矩是与踏板力成线性关系的。若轮胎与路面间的附着力足够,则汽车所受到的制动力也与踏板力成线性关系。制动系统的这项性能称为制动踏板感(或称路感),驾驶员可因此而直接感觉到汽车制动的强度,以便及时加以必要的控制和调节。

1.制动主缸

现代汽车的行车制动系统都采用了双回路制动系统,即采用串联双腔主缸组成的双回路液压制动系统。如图14-11所示即是人力液压制动系统中所采用的串联双腔制动主缸。

图14-11　串列双腔等径制动主缸

1—制动主缸壳体;2、9—补偿孔;3、16、18—皮碗;4、10—回油孔;5、6—进油孔;7—密封环;8—密封圈;11—制动主缸限位环;12—制动主缸油封;13—第一活塞;14—制动主缸密封套;15—单向弹簧卡片;17—第一塞回位弹簧;19—垫片;20—弹簧座;21—第二活塞;22—第二活塞主回位弹簧;23—第二活塞副回位弹簧

主缸不工作时,前、后两工作腔内的活塞头部与皮碗正好位于前、后腔内各自的旁通孔和补偿孔之间。

当踩下制动踏板时,踏板传动机构通过推杆推动第一活塞左移,直到皮碗16盖住补偿孔9后,右工作腔中液压升高,油液一方面通过腔内出油孔进入右前和左后制动管路,另一方面又推动第二活塞左移。在右腔液压和弹簧17的作用下,第二活塞向左移动,左腔压力也随之提高,油液通过腔内出油口进入右后和左前制动管路。当继续踩下制动踏板时,左、右腔的液压继续提高,使前、后制动器制动。

解除制动时,活塞在弹簧作用下回位,高压油液自制动管路流回制动主缸。如活塞回位过快,工作腔容积迅速增大,油压迅速降低,制动管路中的油液由于管路阻力的影响,来不及充分流回工作腔,使工作腔中形成一定的真空度,于是储液室中的油液便经进油口和活塞上的轴向小孔推开垫片及皮碗进入工作腔(某些车型中,油液通过皮碗的唇边进入工作腔)。当活塞完全回位时,补偿孔开放,制动管路中流回工作腔的多余油液经补偿孔流回储液室。

若与左腔连接的制动管路损坏漏油,则在踩下制动踏板时只有右腔中能建立液压,左腔中无压力,此时在压差作用下,第二活塞迅速移到其前端顶到主缸缸体上。此后,右工作腔中液压方能升高到制动所需的值。

若与右腔连接的制动管路损坏漏油,则在踩下制动踏板时,起先只是第一活塞前移,而不能推动第二活塞,因右工作腔中不能建立液压。但在第一活塞直接顶触第二活塞时,第二活塞便前移,使左工作腔建立必要的液压而制动。

由上述可见,双回路液压制动系统中任一回路失效时,主缸仍能工作,只是所需踏板行程加大,将导致汽车的制动距离增长,制动效能降低。

2.制动轮缸

制动轮缸的作用是将从制动主缸输入的液压能转变为机械能,以使制动器进入工作状态。制动轮缸有双活塞式和单活塞式两类。图14-12所示为双活塞式制动轮缸。它既可用于领从蹄式制动器,又可用于双向双领蹄式制动器及双向自增力式制动器。缸体1用螺栓固定在制动底板上,缸内有两个活塞2,二者之间的内腔由两个皮碗3密封。制动时,制动液自油管接头和进油孔7进入,活塞2在液压作用下外移,通过顶块5推动制动器。弹簧4保证皮碗、活塞、制动蹄的紧密接触,并保证两活塞之间的进油间隙。防护罩6除防尘外,还可防止水分进入,以免活塞和轮缸生锈而卡住。

图14-12　双活塞式制动轮缸

1—缸体;2—活塞;3—皮碗;4—弹簧;5—顶块;6—防护罩;7—进油孔;8—放气孔;9—放气阀;10—放气阀防护螺钉(www.xing528.com)

图14-13所示为单活塞式制动轮缸。它主要用于双领蹄式和双从蹄式制动器。为缩小轴向尺寸,液压腔密封件不用抵靠活塞端面的皮碗,而采用装在活塞导向面上的切槽内的皮碗4。进油间隙靠活塞端面的凸台保持。放气阀1的中部有螺纹,尾部有密封锥面,平时旋紧压靠在阀体上。与密封锥面相连的圆柱面两侧有径向孔,与阀中心的轴向孔道相通。需要放气时,先取下橡胶护罩2,再连踩几下制动踏板,对缸内空气加压,然后踩住踏板不放,将放气阀旋出少许,空气即行排出。空气排尽后再将放气阀旋闭。

图14-13　单活塞式制动轮缸

1—放气阀;2—护罩;3—进油管接头;4—皮圈;5—缸体;6—顶块;7—防护套;8—活塞

3.真空助力器

真空助力器装在制动踏板和制动主缸之间,利用真空度对制动踏板进行助力,其控制装置是利用制动踏板机构直接操纵的,如图14-9所示。国产轿车大都采用这种单膜片式的真空助力器。如图14-14所示,真空伺服室用螺栓5和17固定在车身前围板上,并通过调整叉13与制动踏板机械连接。伺服气室前腔经真空单向阀通向发动机进气管。外界空气经过滤环11和14滤清后进入伺服气室后腔。

真空助力器不工作时[图14-14(b)],控制阀推杆弹簧15将控制阀推杆12连同控制阀柱塞18推到极限位置,此时真空阀位于开启位置,橡胶阀门9则被阀门弹簧16压紧在大气阀座10上,大气阀此时位于关闭位置,伺服气室前、后两腔互相连通,并与大气隔绝。

踩下制动踏板时,起初伺服气室尚未起作用,膜片座8固定不动,故来自踏板机构的操纵力推动控制阀推杆12和控制阀柱塞18相对于膜片座8前移。当柱塞18与橡胶反作用盘7之间的间隙消除后,操纵力便经反作用盘传给制动主缸推杆2,见图14-14(c)。与此同时,阀门9也在弹簧16的作用下,随同控制阀柱塞18前移,直到与膜片座8上的真空阀座接触为止。此时,伺服气室后腔同前腔隔绝,即同真空源隔绝。然后,推杆12继续推动柱塞18前移,使其后端的空气阀座10离开阀门9一定距离,外界空气经过滤环11、14,控制阀腔和通道B充入伺服气室后腔,见图14-14(a),使其中真空度降低。在此过程中,膜片与阀座也不断前移,直到阀门重新与空气阀座接触而达到平衡状态为止。因此,在任何一个平衡状态下,伺服气室后腔中的稳定真空度均与踏板行程成递增函数关系,这就体现了控制阀的“随动作用”。

伺服气室两腔真空度差值造成的作用力,除一部分用来平衡回位弹簧4的作用力以外,其余部分都作用在反作用盘7上。因此制动主缸推杆12所受的力为膜片座8和柱塞18二者所施作用力之和。这意味着驾驶员所施加的踏板力不仅要足以促动控制阀,并使制动主缸产生一定液压;而且还要足以平衡与伺服气室作用力成正比的、经反作用盘反馈过来的力。这样,驾驶员便可以通过所加踏板力的大小来感知伺服气室的作用力大小,即驾驶员有一定的踏板感。

图14-14　单膜片式真空助力器

(a)助力器整体结构图;(b)助力器不工作;(c)助力器工作
1—伺服气室前壳体;2—制动主缸推杆;3—导向螺栓密封套;4—膜片回位弹簧;5—导向螺栓;6—控制阀;7—橡胶反作用盘;8—气室膜片座;9—橡胶阀门;10—空气阀座;11—过滤环;12—控制阀推杆;13—调整叉;14—毛毡过滤环;15—控制阀推杆弹簧;16—阀门弹簧;17—螺栓;18—控制阀柱塞;19—伺服气室后壳体;20—伺服气室膜片

图14-15所示为液压助力器示意图,它与动力转向系统共用一个液压泵。液压助力器主要由储能器2、滑阀12、杠杆7、反作用连杆11和动力活塞10等组成。杠杆7的上端与滑阀相连,中部通过杠杆销8与反作用连杆11相连,下端绕动力活塞10上的枢轴摆动。反作用连杆可在动力活塞后部的孔中滑动,它的运动引起杠杆的摆动,从而改变了滑阀的位置。

不制动时,在各自弹簧的作用下,动力活塞10位于右端,滑阀12位于左端。来自液压泵的油液通过滑阀与阀体的间隙沉入动力转向器,而动力腔C通过小孔B与储液室相通。

图14-15　液压助力器示意图

1—储能器弹簧;2—储能器;3—储能器活塞;5—储能器泵阀;6—泵阀促动杆;7—杠杆;8—杠杆销;9—输入推杆;10—动力活塞;11—反作用连杆;12—滑阀;13—输出推杆;14—弹簧座;15—前壳体;16—滑阀柱塞;17—储能器加油阀;A—去动力转向器;B—小孔;C—动力腔;D—去储液室;E—来自转向液压泵

制动时,输入推杆9推动反作用连杆11往动力活塞内左移,直到连杆与活塞的中心孔的底面接触。在此过程中,活塞尚未移动,杠杆7绕与活塞的铰接点摆动,从而其上端推动滑阀12左移,使得动力腔C与储液室连通的小孔封闭,而来自转向液压泵的油液则通过滑阀的径向孔和中心孔进入动力腔C。于是动力腔中油压升高,推动动力活塞左移,产生助力作用。

当制动踏板保持在某个位置不动时,转向液压泵与动力腔的通道仍然畅通,动力腔中的油压继续增加、推动动力活塞10左移。与此同时,杠杆7顺时针摆动,其上端拉动滑阀12右移,从而封闭了转向液压泵与动力腔的通道,使动力腔的油压保持恒定。

解除制动时,动力活塞10、输入推杆9和反作用推杆11向右移动,杠杆7也整体向右运动,使得动力腔与转向液压泵的通道封闭,而与储液室的通道开启,动力腔油压降低,制动助力作用消失。

当在液压管路不能提供压力油的条件下进行制动时,泵阀促动杆6开,储能器2中的油液进入动力腔C,仍可产生助力作用。