汽車制動裝置安全功能開發與結構創新設計

郝孟軍 梅容芳 宮濤 劉福華 劉良 歐陽海

摘 要：制動裝置的性能直接影響汽車的使用安全性，現階段的汽車制動技術在常規路況下可靠性較好，但對于崎嶇山路、下長坡、重載等情況下頻繁使用制動系統，則會因為制動系統溫度過高而失效，容易引發安全事故。針對這一情況，從現代汽車常用制動器技術展開分析，說明了制動系統存在的不足，并有針對性的設計了一款具有冷卻功能的制動裝置，說明了該裝置的功能與優勢。

關鍵詞：汽車 制動裝置 功能 結構 創新

Abstract：The performance of the braking device directly affects the use safety of the vehicle. At this stage， the reliability of the vehicle braking technology is good under normal road conditions， but for the frequent use of the braking system on rugged mountain roads， long downhill slopes and heavy loads， it will fail due to the high temperature of the braking system， which is easy to cause safety accidents. In view of this situation， this paper analyzes the modern automobile service brake technology， explains the shortcomings of the braking system， designs a braking device with cooling function， and explains the functions and advantages of the device.

Key words：automobile， braking device， function， structure， innovation

1 汽車制動器技術現狀

1.1 技術應用情況

汽車制動裝置是現代汽車必備的重要安全裝置，我國生產和銷售的所有汽車都配備有制動裝置，從制動技術來看，目前大多數汽車采用的制動技術是通過對剎車片施加壓力后產生摩擦阻力進行制動的，這種制動技術的結構主要包括驅動結構和制動執行結構兩大部分[1]。如圖1所示，為現階段制動裝置的主要技術部件及結構關系，可見汽車制動系統包括了制動驅動油缸、制動輪油缸、摩擦片、制動鉗體、制動油管、制動踏板等組成。

制動的主要原理是對運動的汽車產生阻力，既對制動盤施加摩擦力，從而有效降低汽車的行駛速度。目前針對不同功能和用途的汽車，制動器技術主要分為鼓式制動和盤式制動兩種，這兩種制動技術在常規路況行駛時可靠性和安全性較高，但對于某些特殊路況或工況時，存在可靠性不足的問題[2]。例如，汽車在彎曲山路、下長坡或負載很大的情況下行駛，長時間的頻繁使用制動器會造成制動器溫度急劇升高，導致車輛的制動性能明顯下降，即使部分汽車設計并應用了輔助制動裝置，也很難在復雜路況上有效保證行車安全[3]。

1.2 汽車制動器性能需求

近年來，為提升制動系統的使用合理性，汽車企業研發并應用了大量的新型安全技術，例如ABS制動防抱死技術、EBD車身穩定控制技術、RFID防碰撞技術等，盡管汽車的安全性得到了一定程度的提升，但汽車制動系統能不能全面適應所有路況和工況條件，制動裝置的性能優化仍是汽車技術研究的重要方向[4]。對于制動器而言，其性能需求主要包括以下三大方面：一是可靠的制動性能，就是將快速行駛的汽車迅速減速和剎停的能力，這是汽車制動系統的基礎性能要求[5];二是剎車狀態的保持，就是在剎車過程保持車輛良好的姿態，不使車輛出現偏移行駛路線、側傾或翻車等安全性問題;三是可靠性與適應性，就是指汽車無論在任何工況條件下其工作能力都能長期保持，制動器長期發揮應有效能，不被天氣、環境、駕駛習慣等影響。

2 制動裝置安全功能開發

2.1 功能需求與研究目的

（1）針對汽車行駛中可能遇到的山路多彎、長下坡、崎嶇路面、路況條件復雜以及車輛重載等情況而導致的頻繁使用剎車進行優化設計，解決剎車系統長時間頻繁使用而溫度過高影響制動性能的問題，研發一種新型的制動裝置，使制動裝置工作可靠，不受天氣、環境、駕駛習慣等因素的影響，實現復雜路況長時間頻繁使用制動裝置仍可靠制動。

（2）制動裝置的研發與設計既要滿足制動性能要求，還必須兼顧產品研發和制造過程中的成本控制，要求制動裝置的新技術有效保證汽車安全的同時，還能降低汽車使用過程的成本投入，降低針對制動系統維護保養的成本消耗[6]。

（3）對新的制動裝置使用工況進行充分分析，避免新結構引入新的安全隱患[7]。

3 新型制動裝置結構設計

為進一步提高車輛在復雜路況頻繁使用剎車狀態下的穩定性，設計了一款能夠在制動過程自動噴灑冷卻液進行降溫的制動裝置，該裝置結構如圖2所示。

3.1 制動功能的實現

當駕駛員踩下剎車踏板，汽車開始執行制動作，此時，氣泵為氣缸提供氣壓，氣缸伸展帶動連接桿運動使夾緊板繞轉軸向內側滑動，利用轉桿的結構保證夾緊板位置對正并向內側夾緊，確保磨砂片以很大的壓力壓住制動輪，在摩擦力的作用下實現制動功能。

3.2 冷卻功能的實現

在夾緊板的向內移動的過程中能夠帶動拉繩一端運動，拉繩拉緊后密封板隨之向上華東，密封結構開啟，冷卻液從冷卻液出口流出，流進軟管后到達噴頭位置，再由噴頭將冷卻液噴灑到制動輪的外表面，噴灑的冷卻液具有較高的黏度，不僅能夠有效對制動輪進行降溫，同時還能起到澤達摩擦片與制動輪之間摩擦系數的作用，有效提升制動能力。冷卻液的施加有效降低了因頻繁使用剎車而造成制動片發熱、變形等問題，能有效延長制動輪和摩擦片的使用壽命，提高制動過程的安全性。

3.3 冷卻液量檢測功能的實現

該制動系統正常工作的一個基礎保證就是必須保持有足夠的冷卻液進行制動冷卻，因此，冷卻液量的檢測功能十分必要。在制動系統工作時，冷卻液儲存于冷卻液箱內冷卻液箱內的浮球會更具冷卻液的剩余量而上下移動，當冷卻液的含量低于工作最少值時，浮球也會下降到相應區域，并出動按鈕，按鈕聯通冷卻液警示裝置，該裝置向駕駛室內的駕駛員發出提醒，駕駛員需添加冷卻液，以保證冷卻裝置的正常使用。

4 新型制動裝置的技術優勢分析

4.1 安全性顯著提升

安全性是制動系統的主要功能，與傳統的汽車制動裝置相比，具有冷卻功能的制動裝置安全性顯著增加。首先，在正常的用車條件下，帶有冷卻功能的制動系統能有效降低剎車裝置的磨損問題，有利于制動裝置長期保持良好的制動性能;其次，冷卻液的高黏度有效提升了制動盤與摩擦片之間的摩擦力，有利于縮短汽車的剎停距離，降低事故發生率;再次，冷卻系統有效避免了汽車在山路、下坡、重載等情況下頻繁使用剎車造成的制動盤過熱，剎車失效或制動盤損壞、變形的問題，提高了汽車在復雜路況、工況下的形式安全性。

4.2 制造經濟性好

具有冷卻功能的新型制動裝置具有合理的生產制造成本，相對于傳統的汽車剎車系統，新型制動系統的制造成本不存在明顯的提升，這主要是因為在進行結構設計的過程中，在設計制動裝置的基礎結構的同時匹配了冷卻液的施加裝置，使冷卻液的噴施不需重新設計動力、傳動等結構，冷卻裝置的開閉功能通過制動夾緊板的動作來控制，而冷卻液的噴施依靠液體自重來實現，因此，相對于傳統的制動系統，新型制動系統的制造成本增加項僅為冷卻液箱、輸液管和噴頭，這三部分零件均易于購置且售價不高。

4.3 使用成本較低

使用成本也影響著制動裝置的的應用價值，對于該制動裝置而言，首先，冷卻液的消耗量很少，加之冷卻液的售價不高，一瓶冷卻液可使用很長時間，使用成本很低;其次，制動系統的使用可靠性很高，制動盤、摩擦片等易損部件的壽命明顯延長，零部件的更換、檢修周期也隨之延長，使用維護的成本明顯降低，尤其對于上問提及的復雜路況，行駛后對制動系統的損傷更小，維修換件的可能性大幅降低。

5 結語

隨著汽車技術的進一步發展，汽車的動力性能、自動駕駛能力也將持續進步，這對汽車的制動裝置技術提出了更高的要求，因此，充分分析汽車行駛的各種情況，針對非常規工況條件優化制動裝置的性能，能更好的保護用車安全。本次設計的具有冷卻功能的制動系統有效改善了傳統制動系統在復雜工況下的過熱、失效、剎車盤損壞等問題，規避了現階段汽車制動裝置存在的隱患問題，有利于汽車制動技術的革新。

宜賓職業技術學院科研平臺（ybzy20kypt04）、宜賓職業技術學院院級科研項目（ZRKY21YB-15）資助。

參考文獻：

[1]吳希玲，徐文婷，應宇汀.汽車制動系統的性能分析和優化[J].汽車實用技術，2021，46（9）：90-92+122.

[2]王金波，焦志鵬，孫巍.電動汽車電液復合制動系統研究進展[J].內燃機與動力裝置，2019，36（2）：57-64.

[3]葉華雄，伍文明.汽車制動系統的性能分析和優化設計[J].科技創新導報，2017，14（11）：130-131.

作者簡介

郝孟軍：本科學歷，宜賓職業技術學院，副教授。研究方向：汽車檢測與維修。