慣性式汽車液壓制動增壓器設計

張通，翟震環，邢振宇，翟仁，劉沈佳，夏怡，徐禮超，劉永臣，張申

慣性式汽車液壓制動增壓器設計

張通，翟震環，邢振宇，翟仁，劉沈佳，夏怡，徐禮超，劉永臣，張申

（淮陰工學院交通工程學院，江蘇 淮安 223003）

為提升大型汽車制動性能，利用車輛運行慣性，設計了一種慣性增壓式液壓制動助力裝置，包括單組、雙組和四組增壓器。增壓助力裝置由牽引慣性盤總成、液壓制動總成構成。制動時，后輪牽引慣性盤旋轉，制動卡鉗夾緊慣性盤，摩擦旋轉產生推力，牽引凸輪盤轉動，擠壓液壓泵活塞，產生高壓制動液，輸入制動缸制動。利用慣性提高制動效能，可實現液壓制動系統在大型商用汽車上的應用，大大提高了汽車的安全性與經濟性。

慣性式；制動性；增壓助力器；設計

前言

汽車的制動性是汽車的主要性能之一。汽車的制動性影響著駕駛員的行駛安全，是提高車速的安全保障，汽車如果缺乏可靠的制動性，動力性則無法充分發揮性能。車輛在制動時，影響汽車制動距離的因素有：制動器作用時間、附著力（或最大制動器制動力）和制動的起始車速。制動器作用時間與制動系統的結構形式有密切的關系。改進制動系統結構以減少制動器作用時間，是縮短制動距離的一項有效措施。大型汽車制動時，制動蹄與制動鼓摩擦，車輪與路面摩擦，將汽車的機械能轉換成熱能在空氣中散發，消除汽車慣性能量，來實現制動目的。相比于氣壓制動系統，大中型客貨汽車、掛車和半掛車采用慣性增壓式液壓制動系統，可以縮短制動距離，節約汽車燃料，延長輪胎使用壽命，提高運輸效率。

1 單組慣性制動增壓器結構設計

單組慣性增壓器如圖1所示，由減速器、慣性盤、凸輪盤、三角板、制動鉗和液壓泵等組成。慣性盤是盤式制動器的制動盤，由于后輪代表慣性牽引制動盤旋轉，故稱制動盤為“慣性盤”。

圖1 單組慣性增壓器結構圖

在傳動軸與后橋連接的法蘭盤，串聯固定一個傳動軸齒輪，后橋上固定一臺蝸輪蝸桿減速器，蝸桿伸出殼體外的軸上，固定一個減速器齒輪與傳動軸齒輪嚙合旋轉。蝸輪伸出殼體外的軸上，安裝一個凸輪盤，其下半徑固定一個制動鉗，凸輪盤軸外側軸上，固定一個慣性盤在制動鉗口內旋轉。減速器箱體上安裝一個三角板和液壓泵，三角板重點有一頂桿與液壓泵活塞連接，三角板力點有一個滾輪壓在凸輪盤上半徑的凹槽內，來保證凸輪盤防止擺動。由于凸輪盤下半徑固定一個制動鉗，保持下垂狀態，來保證凸輪盤不隨便擺動。

汽車在行駛中，傳動軸齒輪牽引蝸桿齒輪旋轉，蝸桿齒輪牽引減速器旋轉，蝸桿軸齒輪同時也牽引蝸輪軸上慣性盤旋轉。傳動軸旋轉8圈，慣性盤旋轉1圈，減速比為8，最大不超過10。汽車制動時，汽車的慣性驅駛汽車繼續向前或向后滾動，后輪滾動中牽引傳動軸和慣性盤旋轉。制動踏板力將制動總泵液壓輸入制動鉗內，夾緊慣性盤在摩擦旋轉中產生推力，拖帶凸輪盤轉動，凸輪盤上半徑兩側弧坡相等，轉動中推動三角板力點上的滾輪向上移動，使三角板重點上的頂桿，擠壓液壓泵活塞，產生高壓制動液，輸入各輪制動分泵制動，無論汽車前進或倒車都有制動力制動。

汽車制動中，慣性增壓器轉換推力的大小，與慣性盤表面的粗糙度和制動鉗施加于慣性盤的壓力相關，粗糙度和壓力越大，摩擦系數越大，產生的推力也越大。凸輪盤上半徑兩側的弧坡和三角板，是放大推力的杠桿，放大后的推力擠壓液壓泵活塞，產生高壓制動液輸入制動分泵制動。根據車型、載量和制動要求，選用合適的鼓式液壓制動器或盤式液壓制動器。

大型客貨汽車通常采用氣壓鼓式制動器，為了達到液壓制動要求，將鼓式制動器進行改造，采用用液壓制動系統。制動鼓內拆除凸輪軸后，在凸輪位置安裝一個液壓制動分泵，支撐兩個制動蹄將原130 kg回位彈簧，改用約30 kg回位彈簧，以拉動制動蹄回位和穩定制動蹄。回位彈簧拉力的減少，可增加制動蹄對制動鼓的壓力，提高制動力。

汽車制動中慣性能量的大小與質量和速度相關，車速越快質量越大，汽車的慣性也越大。汽車慣性的能量是制動器制動力的反作用力。慣性增壓器在制動中，消耗后輪滾動中部分能量，對汽車產生一定的制動作用，并且使液壓泵產生高壓制動液，輸入車輪制動分泵進行制動，又較大地消耗了汽車慣性的能量，慣性增壓器和車輪制動器兩次消耗汽車慣性的能量，可以產生較大的制動效能，所以慣性增壓器既是增壓器也是制動器，利用慣性提高制動分泵液壓制動，無需外力輔助，也不浪費燃料，這種利用慣性克服慣性的制動方式，可以起到事半功倍的制動效果。

慣性增壓器使用8：1蝸輪蝸桿減速器，降低慣性盤轉速，將慣性盤與制動鉗的“動”摩擦，降為相對的“靜”摩擦，提高摩擦系數，可以產生較大的推（拉）力，擠壓液壓泵6活塞，獲得較大的液壓輸入制動分泵制動。

2 雙組慣性增壓器結構設計

在蝸輪蝸桿減速器蝸輪單出軸上安裝一套慣性增壓器，即為單組慣性增壓器，此種增壓器適用于中小型汽車制動。在蝸輪雙出軸兩端各安裝一組慣性增壓器，即為雙組慣性增壓器，如圖2所示，可以兩次提高制動器液壓，此種增壓器適用于大中型汽車制動。

圖2 雙組慣性增壓器結構圖

汽車制動時，駕駛員踩下制動踏板，擠壓制動總泵活塞提高制動液壓力，輸入第一組制動鉗內，夾緊慣性盤摩擦旋轉中產生推力，牽引凸輪盤轉動，推動三角板杠桿力點上滾輪向上移動，迫使三角板重點上頂桿擠壓液壓泵活塞，產生更大的液壓輸入第二組制動鉗內，再次夾緊慣性盤摩擦旋轉，產生更大的推力，牽引凸輪盤轉動，推動三角板擠壓液壓泵活塞，產生更強大的液壓，輸入汽車各輪制動分泵制動，第一液壓泵產生的高壓制動液，輸入第二制動鉗內，提高第二制動鉗液壓，夾緊第二慣性盤摩擦產生更大的推力，擠壓第二液壓泵活塞，產生更高的液壓輸入各輪制動分泵制動。大中型汽車使用雙組慣性增壓器，兩個盤式制動器制動，進一步加大了制動力，使大中型汽車產生足夠大的制動力進行制動。

3 四組慣性制動增壓器結構設計

雙蝸輪減速器如圖3所示，蝸輪蝸桿減速器箱內，有兩個蝸輪排列在蝸桿齒輪上，用一根蝸桿齒輪牽引兩個蝸輪旋轉。蝸輪軸伸出箱外兩側的四個軸頭上，各加裝一組慣性增壓器，組合成一臺“四組慣性增壓器”，用于重型超長汽車制動。汽車制動時，制動總泵向第一組慣性增壓器制動鉗內注入高壓制動液，夾緊慣性盤摩擦產生推力，擠壓液壓泵活塞產生更高的液壓，輸入第二組制動鉗內與慣性盤摩擦，提高第二組液壓泵液壓，再將高壓制動液輸入第三組和第四組制動鉗內，再次提高三、四兩組液壓泵液壓，采用并聯方式，把兩個液壓泵輸出的高壓制動液并聯，共同輸入汽車各輪制動分泵制動。重型汽車和大型拖掛汽車制動車輪較多，制動時僅靠一個液壓泵制動液輸入多個制動分泵，不能滿足制動分泵的制動要求，如果加大液壓泵活塞直徑，而液壓又很難提高，必須將第三組和第四組兩個液壓泵輸出的高壓制動液，并聯輸入汽車各輪制動分泵，才能滿足汽車制動力要求。

圖3 雙渦輪減速器結構圖

4 制動效能分析

大中型汽車廢除氣壓制動系統，使用慣性增壓式液壓制動系統，將汽車慣性部分能量轉換成制動力，讓慣性二次做功，變害為利。慣性增壓器和制動器利用慣性克服慣性，共同消除汽車慣性，可以達到良好的制動效果。如圖4所示，汽車慣性增壓器將部分慣性能量b1轉換成推力，提高增壓泵液壓，減少了汽車制動距離b2。汽車使用慣性增壓器數目越多，轉換推力中消耗汽車慣性能量b1也越多，減少制動距離b2也越大。

圖4 慣性增壓器制動距離變化曲線

5 結論

本文設計了慣性式汽車液壓制動增壓器，汽車后輪牽引慣性盤旋轉，制動卡鉗夾緊慣性盤，摩擦產生推力，牽引凸輪盤轉動，擠壓液壓泵活塞，產生高壓制動液，輸入制動缸制動。單組慣性增壓器采用一套慣性增壓系統進行制動。雙組慣性增壓器采用兩個盤式制動器制動。四組慣性制動增壓器組合成一臺四組慣性增壓器,第三、四組兩個液壓泵輸出的高壓制動液，并聯輸入汽車各輪制動分泵，產生足夠大的制動力，用于重型超長汽車制動。慣性增壓式液壓制動助力裝置利用慣性提高了制動力效能，節約了汽車燃料，縮短了制動距離，減少了汽車交通事故發生率，可實現液壓制動系統在大型汽車上的應用，大大提高了汽車的安全性和經濟性。

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Design on Inertia Supercharged Type Hydraulic Brake System for Vehicle

ZHANG Tong, ZHAI Zhenhuan, XING Zhenyu, ZHAI Ren, LIU Shenjia, XIA Yi,XU Lichao, LIU Yongchen, ZHANG Shen

( Huaiyin Institute of Technology Faculty of Transportation Engineering, Jiangsu Huai’an 223003 )

In order to improve the braking performance of large-scale vehicles, an inertia supercharged hydraulic brake booster device was designed by using vehicle running inertia, which includes single group, double group and four groups of superchargers. The supercharged booster is composed of a traction inertia disc assembly and a hydraulic brake assembly. When braking, the rear wheel traction inertia disc rotates, the brake caliper clamps the inertia disc, friction rotation produces thrust, the thrust traction cam disc rotates, squeezes the piston of the hydraulic pump, produces high-pressure brake fluid, and enters the brake cylinder to brake. We use inertia to improve braking efficiency, which can realize the application of hydraulic braking system in large commercial vehicles, greatly improving the safety and economy of vehicles.

Inertial type; Braking performance; Brake booster device; Design

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.013

U464.135

A

1671-7988(2021)21-52-03

U464.135

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1671-7988(2021)21-52-03

張通，本科，就讀于淮陰工學院交通工程學院，基金項目：汽車設計制造模塊。

江蘇省蘇北科技專項（編號SZ- HA2019001）。