论文 汽车制动系统的结构及常见故障分析

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汽车制动系统的结构及常见故障分析

汽车制动系统是汽车的一个重要组成部分，直接影响汽车的安全性，据相关资料介绍，在由于汽车本身造成的交通事故中，制动故障引起的事故占事故总量的45％。可见，制动系统是保证行车安全极为重要的一个系统。

制动系统是汽车上用以使外界(主要是路面)在汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置本文就是主要研究卡罗拉制动系统的结构与故障分析。首先对其制动系统作了较全面详细的了解，在对其故障进行实例案例诊断分析，最后能有效的排除故障，保证制动系统的安全。

关键词：制动系统结构故障安全

1、第一章前言 (1)

1、1制动系统研究现状 (2)

1、2课题主要内容 (4)

1、3课题研究方案 (4)

2、第二章制动器的结构形式选择 (5)

2、1盘式制动器结构形式简介 (5)

2、2盘式制动器的优缺点 (6)

2、3盘式制动器工作原理 (8)

3、第三章制动系故障诊断与检测 (8)

3、1制动失效 (8)

3、2制动效能不良 (9)

3、3制动拖滞 (11)

3、4制动跑偏 (12)

4、第四章液压制动系统故障诊断与检测 (12)

4、1制动不灵 (13)

4、2液压制动失效 (13)

4、3液压制动拖滞 (14)

参考文献 (16)

致谢 (17)

第一章前言

使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些作用统称为制动；汽车上装设的一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的制动，这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力；这样的一系列专门装置即称为制动系。

这种用以使行驶中的汽车减速甚至停车的制动系称为行车制动系；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的装置，称为驻车制动系。这两个制动系是每辆汽车必须具备的。

图1.1 汽车制动系组成

1-制动助力器； 2-制动灯开关； 3-驻车制动与行车制动警示灯； 4-驻车制动接触装置；

5-后轮制动器； 6-制动灯； 7-驻车制动踏板； 8-制动踏板；

9制动主缸；10-制动钳；11-发动机进气管； 12-低压管； 13-制动盘任何制动系都具有以下四个基本组成部分（如图1.1所示）

供能装置：包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。

控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。

传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件

制动器：产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力（制动力）的部件，其中包括辅助制

动系中的缓速装置。

按制动能源来分类，行车制动系可分为，以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系称为人力制动系；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的则是动力制动系，其制动源可以是发动机驱动的空气压缩机或油泵；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系称为伺服制动系。

驻车制动系可以是人力式或动力式。专门用于挂车的还有惯性制动系和重力制动系。按照制动能量的传输方式，制动系可分为机械式、液压式、气压式和电磁式等。同

时采用两种以上传能方式的制动系可称为组合式制动系。

制动系统是评价汽车安全性的一个重要因素，也是汽车的重要组成部分

之一。当今汽车行业已经非常发达，人类对汽车的性能要求也越来越高。一款安全、轻便、环保、经济的制动系统可以

大表1.1典型制动器的技术

参数

大提高汽车的性能。这也是汽车设计人

员不断追求的目标。

1、1制动系统研究现状：

目前，车辆主要还是采用盘式和鼓

式制动器的组合形式。虽然盘式制动器

的使用经济性现在有所提高，但是与鼓

式制动器比起来还是贵得多。(如表

1.1所示)当然，气压盘式制动器的性

能更优越，内衬的使用寿命更长，维

修间隔和保养技术也进一步提升。

摩擦材料现在更大程度的向有机

材料类型转变，这对盘式制动器的发展

来说是一个契机，可以使得气压盘式制

动器在更高的温度下运行，而鼓式制动

器材料是不能承受这样的温度的,鼓式

制动器的发展已经达到了最高限度。（如表1.2所示）

表 1.2盘式与鼓式制动器性能指标对比因此，汽车制动器未来的发展重

点是浮钳式盘式制动器。尤其在

前轮安装的通风盘式制动器又

是发展重点。另外，作为需要在

增大制动力的一种制动产

品，双盘式制动器在商用车应用

的气压式双盘式制动器将是未来发展的方向。在后轮盘式制动器中，带驻车制动器功能的盘中鼓式制动器将是未来发展的一种趋势。随着BBW技术的发展，盘式电动制动器是未来发展的重点方向。

在材料选择方面：80年代之前，国内外都主要采用有石棉树脂型摩擦材料用于汽车制动，但因石棉摩擦产生有毒粉尘吸入人体后对肺产生影响，以及产生环境污染，同时在高速、高温下，石棉材料的强度、摩擦系数、耐磨性能等均下降，因此，汽车制动系无石棉化已是一种必然的发展趋势。国外从70年代就开始禁止采用石棉用做制动材料，我国在1999年修改的GB12676-1999法规也明确规定“2003年10月1日之后，制动衬片应不含石棉”。目前国际上第三代摩擦材料诞生——无石棉有机物NAO片。主要使用玻璃纤维、芳香族聚酰纤维或其它纤维（碳、陶瓷等）作为加固材料。其主要优点是：无论在低温或高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，代表目前摩擦材料的发展方向。（如图1.2所示）

图1.2鼓式与盘式制动器所用材料不同所产生制动力对比目前国内多以半金属纤维增强复合摩擦材料应用最为普遍。但一些企业和地方根据本身的特点，也在研究新型摩擦材料，比如由河北工业大学所承担的科研项目“替代石棉制品汽车制动摩擦片的研制”中，采用当地的海泡石纤维来研制摩擦材料取得初步成功；西安交大与广东省东方剑麻集团有限公司联合研制采用剑麻作为增强纤维也初步取得成功，据报道该制动器的摩擦系数、磨损率、硬度、冲击韧性等各项性能均达到国家标准、具有摩擦系数平稳、热恢复性能好、刹车噪音小、使用寿命长、低成本等优点。

另外，国内还有人研究采用水镁石做摩擦材料。不同的纤维有不同的优缺点，因此研制一种比较符合各种要求的摩擦材料也就成为人们的追求。但不管如何，未来汽车制动摩擦材料必须是环保化、安全化、轻量化以及低成本的原则。

另外，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。

汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。

1、2课题主要内容：

目前，在中高级轿车上前后轮都已经采用了盘式制动器。不过，时下还有不少经济型轿车采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器（即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器），这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为轿车在紧急制动时，负荷前移，对前轮制动的要求比较高，一般来说前轮用盘式制动器就够了。在货车上，盘式制动器也有被采用，但离完全取代鼓式制动器还有相当长的一段距离，比如说大部分轿车( 如夏利、吉利、神龙富康、捷达)、微型车( 长安之星、昌河、丰田海狮)、轻卡( 东风小霸王、江铃、南京依维柯)、SUV 及皮卡( 湖南长丰、江铃皮卡) 等采用前盘后鼓式混合制动器。但随着高速公路等级的提高,乘车档次的上升,特别是国家安全法规的强制实施, 前后轮都用盘式制动器将是一种发展趋势。

在制动器日益发展的今天，盘式制动器已经成为一种趋势，本论文以结合现实市场中丰田卡罗拉盘式制动器的结构、工作原理、检测手段、维护与故障排除为主要的浅论内容，以达到针对现实中盘式制动器的各方面的理解和认识，以及在实际应用中针对盘式制动器的注意事项做以说明。

1、3课题研究方案：

鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。但由于结构问题使它在制动过程中散热性能差和排水性能差，容易导致制动效率下降，因此在近三十年中，在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。但

由于成本比较低，仍然在一些经济类轿车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。

从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面，包括制动控制的理论和方法，以及采用新的技术，本论文只要从以下几点研究：

1现代汽车制动系统的发展趋势

2制动系统的结构

3制动系统的原理

4故障诊断

5案例分析

6检修调整

通过研究分析和讨论，制动系统工作是否正常对汽车安全起到决定性的作用，不要忘记检查制动系统的故障，同时也要注意制动系统的保养，使制动系统能在正常的工作状态，保证汽车在行驶正常工作能有效的制动。以及通过汽车制动系统的组成结构、工作原理和制动系统常见故障诊断与排除的详细阐述，全方面的研究分析制动系统。使我们能够真正明白制动系统，了解制动系统甚至学会如何去维护制动系统并排除故障。

第二章制动器的结构形式选择

2、1盘式制动器结构形式简介

盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。

（1）钳盘式

钳盘式制动器按制动钳的结构

型式又可分为定钳盘式制动器、

浮钳盘式制动器等。

①定钳盘式制动器：（如图2.1

所示）这种制动器中的制动钳固

定不动，制动盘与车轮相联并在图2.1 定钳盘式制动器

制动钳体开口槽中旋转。具有下列优点：除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现从鼓式制动器到盘

式制动器的改革；能很好地适应多回路制动系的要求。

②浮动盘式制动器：

（如图2.2所示）浮动

钳式盘式制动器的制

动钳体是浮动的。其浮

动方式有两种，一种是

制动钳体可作平行滑

动；另一种是制动钳体

可绕一支承销摆动。故

有滑动和摆动之分，其

中滑动应用的较多。它

们的制动油缸均为单侧图2.2 浮动盘式制动器

的，且与油缸同侧的制动块总成是活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动活动制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两制动块总成受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的(摩擦表面对背面的倾斜角为6°左右)。在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀(一般约为l mm)后即应更换。这种制动器具有以下优点：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管加之液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小。

（2）全盘式

在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差，其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。

2、2盘式制动器的优缺点

1、盘式制动器比鼓式制动器的优点：

（1）热稳定好，原因是一般无自行増力作用，衬块摩擦表现压力分布较鼓式中的衬片更为均匀，此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄的中部接触，从而降低了制动效能，这称为机械衰退，制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题，因此，前轮采用盘式制动器。汽车制动时

不易跑偏。

（2）水稳定性好，制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多，又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一，二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。

（3）制动力矩与汽车运动方向无关。

（4）易于构成双回路制动系，使系统有较高的可靠性和安全性。

（5）尺寸小，质量小，散热良好。

（6）压力在制动衬块上的分布比较均匀，故衬块磨损也均匀。

（7）更换衬块简单容易。

（8）衬块与制动盘之间的间隙小（0.05-0.15mm），从而缩短了制动协调时间。（9）易于实现间隙自动调整。

（10）能方便地实现制动器磨损报警，以便及时更换摩擦衬块。

2、3盘式制动器的主要缺点：

（1）难以完全防止尘污和锈蚀（封闭的多片全盘式制动器除外）。

（2）兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂。

（3）在制动驱动机构中必须装有助力器。

（4）因为衬块工作表面小，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。

汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此，散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。

当然，盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓式制动器成本相对低廉，比较经济。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。但随着轿车车速的不断提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。

纵观现代商务车市场，随着人类对汽车安全性能重视的加剧，为了保持制动力系数的稳定性以及考虑到盘式制动器的优点，在商务车领域盘式制动器已基本取代鼓式制动