汽车制动装置安全功能开发与结构创新设计

郝孟军 梅容芳 宫涛 刘福华 刘良 欧阳海

摘 要：制动装置的性能直接影响汽车的使用安全性，现阶段的汽车制动技术在常规路况下可靠性较好，但对于崎岖山路、下长坡、重载等情况下频繁使用制动系统，则会因为制动系统温度过高而失效，容易引发安全事故。针对这一情况，从现代汽车常用制动器技术展开分析，说明了制动系统存在的不足，并有针对性的设计了一款具有冷却功能的制动装置，说明了该装置的功能与优势。

关键词：汽车 制动装置 功能 结构 创新

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 汽车制动器技术现状

1.1 技术应用情况

汽车制动装置是现代汽车必备的重要安全装置，我国生产和销售的所有汽车都配备有制动装置，从制动技术来看，目前大多数汽车采用的制动技术是通过对刹车片施加压力后产生摩擦阻力进行制动的，这种制动技术的结构主要包括驱动结构和制动执行结构两大部分[1]。如图1所示，为现阶段制动装置的主要技术部件及结构关系，可见汽车制动系统包括了制动驱动油缸、制动轮油缸、摩擦片、制动钳体、制动油管、制动踏板等组成。

制动的主要原理是对运动的汽車产生阻力，既对制动盘施加摩擦力，从而有效降低汽车的行驶速度。目前针对不同功能和用途的汽车，制动器技术主要分为鼓式制动和盘式制动两种，这两种制动技术在常规路况行驶时可靠性和安全性较高，但对于某些特殊路况或工况时，存在可靠性不足的问题[2]。例如，汽车在弯曲山路、下长坡或负载很大的情况下行驶，长时间的频繁使用制动器会造成制动器温度急剧升高，导致车辆的制动性能明显下降，即使部分汽车设计并应用了辅助制动装置，也很难在复杂路况上有效保证行车安全[3]。

1.2 汽车制动器性能需求

近年来，为提升制动系统的使用合理性，汽车企业研发并应用了大量的新型安全技术，例如ABS制动防抱死技术、EBD车身稳定控制技术、RFID防碰撞技术等，尽管汽车的安全性得到了一定程度的提升，但汽车制动系统能不能全面适应所有路况和工况条件，制动装置的性能优化仍是汽车技术研究的重要方向[4]。对于制动器而言，其性能需求主要包括以下三大方面：一是可靠的制动性能，就是将快速行驶的汽车迅速减速和刹停的能力，这是汽车制动系统的基础性能要求[5];二是刹车状态的保持，就是在刹车过程保持车辆良好的姿态，不使车辆出现偏移行驶路线、侧倾或翻车等安全性问题;三是可靠性与适应性，就是指汽车无论在任何工况条件下其工作能力都能长期保持，制动器长期发挥应有效能，不被天气、环境、驾驶习惯等影响。

2 制动装置安全功能开发

2.1 功能需求与研究目的

（1）针对汽车行驶中可能遇到的山路多弯、长下坡、崎岖路面、路况条件复杂以及车辆重载等情况而导致的频繁使用刹车进行优化设计，解决刹车系统长时间频繁使用而温度过高影响制动性能的问题，研发一种新型的制动装置，使制动装置工作可靠，不受天气、环境、驾驶习惯等因素的影响，实现复杂路况长时间频繁使用制动装置仍可靠制动。

（2）制动装置的研发与设计既要满足制动性能要求，还必须兼顾产品研发和制造过程中的成本控制，要求制动装置的新技术有效保证汽车安全的同时，还能降低汽车使用过程的成本投入，降低针对制动系统维护保养的成本消耗[6]。

（3）对新的制动装置使用工况进行充分分析，避免新结构引入新的安全隐患[7]。

3 新型制动装置结构设计

为进一步提高车辆在复杂路况频繁使用刹车状态下的稳定性，设计了一款能够在制动过程自动喷洒冷却液进行降温的制动装置，该装置结构如图2所示。

3.1 制动功能的实现

当驾驶员踩下刹车踏板，汽车开始执行制动作，此时，气泵为气缸提供气压，气缸伸展带动连接杆运动使夹紧板绕转轴向内侧滑动，利用转杆的结构保证夹紧板位置对正并向内侧夹紧，确保磨砂片以很大的压力压住制动轮，在摩擦力的作用下实现制动功能。

3.2 冷却功能的实现

在夹紧板的向内移动的过程中能够带动拉绳一端运动，拉绳拉紧后密封板随之向上华东，密封结构开启，冷却液从冷却液出口流出，流进软管后到达喷头位置，再由喷头将冷却液喷洒到制动轮的外表面，喷洒的冷却液具有较高的黏度，不仅能够有效对制动轮进行降温，同时还能起到泽达摩擦片与制动轮之间摩擦系数的作用，有效提升制动能力。冷却液的施加有效降低了因频繁使用刹车而造成制动片发热、变形等问题，能有效延长制动轮和摩擦片的使用寿命，提高制动过程的安全性。

3.3 冷却液量检测功能的实现

该制动系统正常工作的一个基础保证就是必须保持有足够的冷却液进行制动冷却，因此，冷却液量的检测功能十分必要。在制动系统工作时，冷却液储存于冷却液箱内冷却液箱内的浮球会更具冷却液的剩余量而上下移动，当冷却液的含量低于工作最少值时，浮球也会下降到相应区域，并出动按钮，按钮联通冷却液警示装置，该装置向驾驶室内的驾驶员发出提醒，驾驶员需添加冷却液，以保证冷却装置的正常使用。

4 新型制动装置的技术优势分析

4.1 安全性显著提升

安全性是制动系统的主要功能，与传统的汽车制动装置相比，具有冷却功能的制动装置安全性显著增加。首先，在正常的用车条件下，带有冷却功能的制动系统能有效降低刹车装置的磨损问题，有利于制动装置长期保持良好的制动性能;其次，冷却液的高黏度有效提升了制动盘与摩擦片之间的摩擦力，有利于缩短汽车的刹停距离，降低事故发生率;再次，冷却系统有效避免了汽车在山路、下坡、重载等情况下频繁使用刹车造成的制动盘过热，刹车失效或制动盘损坏、变形的问题，提高了汽车在复杂路况、工况下的形式安全性。

4.2 制造经济性好

具有冷却功能的新型制动装置具有合理的生产制造成本，相对于传统的汽车刹车系统，新型制动系统的制造成本不存在明显的提升，这主要是因为在进行结构设计的过程中，在设计制动装置的基础结构的同时匹配了冷却液的施加装置，使冷却液的喷施不需重新设计动力、传动等结构，冷却装置的开闭功能通过制动夹紧板的动作来控制，而冷却液的喷施依靠液体自重来实现，因此，相對于传统的制动系统，新型制动系统的制造成本增加项仅为冷却液箱、输液管和喷头，这三部分零件均易于购置且售价不高。

4.3 使用成本较低

使用成本也影响着制动装置的的应用价值，对于该制动装置而言，首先，冷却液的消耗量很少，加之冷却液的售价不高，一瓶冷却液可使用很长时间，使用成本很低;其次，制动系统的使用可靠性很高，制动盘、摩擦片等易损部件的寿命明显延长，零部件的更换、检修周期也随之延长，使用维护的成本明显降低，尤其对于上问提及的复杂路况，行驶后对制动系统的损伤更小，维修换件的可能性大幅降低。

5 结语

随着汽车技术的进一步发展，汽车的动力性能、自动驾驶能力也将持续进步，这对汽车的制动装置技术提出了更高的要求，因此，充分分析汽车行驶的各种情况，针对非常规工况条件优化制动装置的性能，能更好的保护用车安全。本次设计的具有冷却功能的制动系统有效改善了传统制动系统在复杂工况下的过热、失效、刹车盘损坏等问题，规避了现阶段汽车制动装置存在的隐患问题，有利于汽车制动技术的革新。

宜宾职业技术学院科研平台（ybzy20kypt04）、宜宾职业技术学院院级科研项目（ZRKY21YB-15）资助。

参考文献：

[1]吴希玲，徐文婷，应宇汀.汽车制动系统的性能分析和优化[J].汽车实用技术，2021，46（9）：90-92+122.

[2]王金波，焦志鹏，孙巍.电动汽车电液复合制动系统研究进展[J].内燃机与动力装置，2019，36（2）：57-64.

[3]叶华雄，伍文明.汽车制动系统的性能分析和优化设计[J].科技创新导报，2017，14（11）：130-131.

作者简介

郝孟军：本科学历，宜宾职业技术学院，副教授。研究方向：汽车检测与维修。