惯性式汽车液压制动增压器设计

张通，翟震环，邢振宇，翟仁，刘沈佳，夏怡，徐礼超，刘永臣，张申

惯性式汽车液压制动增压器设计

张通，翟震环，邢振宇，翟仁，刘沈佳，夏怡，徐礼超，刘永臣，张申

（淮阴工学院交通工程学院，江苏 淮安 223003）

为提升大型汽车制动性能，利用车辆运行惯性，设计了一种惯性增压式液压制动助力装置，包括单组、双组和四组增压器。增压助力装置由牵引惯性盘总成、液压制动总成构成。制动时，后轮牵引惯性盘旋转，制动卡钳夹紧惯性盘，摩擦旋转产生推力，牵引凸轮盘转动，挤压液压泵活塞，产生高压制动液，输入制动缸制动。利用惯性提高制动效能，可实现液压制动系统在大型商用汽车上的应用，大大提高了汽车的安全性与经济性。

惯性式；制动性；增压助力器；设计

前言

汽车的制动性是汽车的主要性能之一。汽车的制动性影响着驾驶员的行驶安全，是提高车速的安全保障，汽车如果缺乏可靠的制动性，动力性则无法充分发挥性能。车辆在制动时，影响汽车制动距离的因素有：制动器作用时间、附着力（或最大制动器制动力）和制动的起始车速。制动器作用时间与制动系统的结构形式有密切的关系。改进制动系统结构以减少制动器作用时间，是缩短制动距离的一项有效措施。大型汽车制动时，制动蹄与制动鼓摩擦，车轮与路面摩擦，将汽车的机械能转换成热能在空气中散发，消除汽车惯性能量，来实现制动目的。相比于气压制动系统，大中型客货汽车、挂车和半挂车采用惯性增压式液压制动系统，可以缩短制动距离，节约汽车燃料，延长轮胎使用寿命，提高运输效率。

1 单组惯性制动增压器结构设计

单组惯性增压器如图1所示，由减速器、惯性盘、凸轮盘、三角板、制动钳和液压泵等组成。惯性盘是盘式制动器的制动盘，由于后轮代表惯性牵引制动盘旋转，故称制动盘为“惯性盘”。

图1 单组惯性增压器结构图

在传动轴与后桥连接的法兰盘，串联固定一个传动轴齿轮，后桥上固定一台蜗轮蜗杆减速器，蜗杆伸出壳体外的轴上，固定一个减速器齿轮与传动轴齿轮啮合旋转。蜗轮伸出壳体外的轴上，安装一个凸轮盘，其下半径固定一个制动钳，凸轮盘轴外侧轴上，固定一个惯性盘在制动钳口内旋转。减速器箱体上安装一个三角板和液压泵，三角板重点有一顶杆与液压泵活塞连接，三角板力点有一个滚轮压在凸轮盘上半径的凹槽内，来保证凸轮盘防止摆动。由于凸轮盘下半径固定一个制动钳，保持下垂状态，来保证凸轮盘不随便摆动。

汽车在行驶中，传动轴齿轮牵引蜗杆齿轮旋转，蜗杆齿轮牵引减速器旋转，蜗杆轴齿轮同时也牵引蜗轮轴上惯性盘旋转。传动轴旋转8圈，惯性盘旋转1圈，减速比为8，最大不超过10。汽车制动时，汽车的惯性驱驶汽车继续向前或向后滚动，后轮滚动中牵引传动轴和惯性盘旋转。制动踏板力将制动总泵液压输入制动钳内，夹紧惯性盘在摩擦旋转中产生推力，拖带凸轮盘转动，凸轮盘上半径两侧弧坡相等，转动中推动三角板力点上的滚轮向上移动，使三角板重点上的顶杆，挤压液压泵活塞，产生高压制动液，输入各轮制动分泵制动，无论汽车前进或倒车都有制动力制动。

汽车制动中，惯性增压器转换推力的大小，与惯性盘表面的粗糙度和制动钳施加于惯性盘的压力相关，粗糙度和压力越大，摩擦系数越大，产生的推力也越大。凸轮盘上半径两侧的弧坡和三角板，是放大推力的杠杆，放大后的推力挤压液压泵活塞，产生高压制动液输入制动分泵制动。根据车型、载量和制动要求，选用合适的鼓式液压制动器或盘式液压制动器。

大型客货汽车通常采用气压鼓式制动器，为了达到液压制动要求，将鼓式制动器进行改造，采用用液压制动系统。制动鼓内拆除凸轮轴后，在凸轮位置安装一个液压制动分泵，支撑两个制动蹄将原130 kg回位弹簧，改用约30 kg回位弹簧，以拉动制动蹄回位和稳定制动蹄。回位弹簧拉力的减少，可增加制动蹄对制动鼓的压力，提高制动力。

汽车制动中惯性能量的大小与质量和速度相关，车速越快质量越大，汽车的惯性也越大。汽车惯性的能量是制动器制动力的反作用力。惯性增压器在制动中，消耗后轮滚动中部分能量，对汽车产生一定的制动作用，并且使液压泵产生高压制动液，输入车轮制动分泵进行制动，又较大地消耗了汽车惯性的能量，惯性增压器和车轮制动器两次消耗汽车惯性的能量，可以产生较大的制动效能，所以惯性增压器既是增压器也是制动器，利用惯性提高制动分泵液压制动，无需外力辅助，也不浪费燃料，这种利用惯性克服惯性的制动方式，可以起到事半功倍的制动效果。

惯性增压器使用8：1蜗轮蜗杆减速器，降低惯性盘转速，将惯性盘与制动钳的“动”摩擦，降为相对的“静”摩擦，提高摩擦系数，可以产生较大的推（拉）力，挤压液压泵6活塞，获得较大的液压输入制动分泵制动。

2 双组惯性增压器结构设计

在蜗轮蜗杆减速器蜗轮单出轴上安装一套惯性增压器，即为单组惯性增压器，此种增压器适用于中小型汽车制动。在蜗轮双出轴两端各安装一组惯性增压器，即为双组惯性增压器，如图2所示，可以两次提高制动器液压，此种增压器适用于大中型汽车制动。

图2 双组惯性增压器结构图

汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板，挤压制动总泵活塞提高制动液压力，输入第一组制动钳内，夹紧惯性盘摩擦旋转中产生推力，牵引凸轮盘转动，推动三角板杠杆力点上滚轮向上移动，迫使三角板重点上顶杆挤压液压泵活塞，产生更大的液压输入第二组制动钳内，再次夹紧惯性盘摩擦旋转，产生更大的推力，牵引凸轮盘转动，推动三角板挤压液压泵活塞，产生更强大的液压，输入汽车各轮制动分泵制动，第一液压泵产生的高压制动液，输入第二制动钳内，提高第二制动钳液压，夹紧第二惯性盘摩擦产生更大的推力，挤压第二液压泵活塞，产生更高的液压输入各轮制动分泵制动。大中型汽车使用双组惯性增压器，两个盘式制动器制动，进一步加大了制动力，使大中型汽车产生足够大的制动力进行制动。

3 四组惯性制动增压器结构设计

双蜗轮减速器如图3所示，蜗轮蜗杆减速器箱内，有两个蜗轮排列在蜗杆齿轮上，用一根蜗杆齿轮牵引两个蜗轮旋转。蜗轮轴伸出箱外两侧的四个轴头上，各加装一组惯性增压器，组合成一台“四组惯性增压器”，用于重型超长汽车制动。汽车制动时，制动总泵向第一组惯性增压器制动钳内注入高压制动液，夹紧惯性盘摩擦产生推力，挤压液压泵活塞产生更高的液压，输入第二组制动钳内与惯性盘摩擦，提高第二组液压泵液压，再将高压制动液输入第三组和第四组制动钳内，再次提高三、四两组液压泵液压，采用并联方式，把两个液压泵输出的高压制动液并联，共同输入汽车各轮制动分泵制动。重型汽车和大型拖挂汽车制动车轮较多，制动时仅靠一个液压泵制动液输入多个制动分泵，不能满足制动分泵的制动要求，如果加大液压泵活塞直径，而液压又很难提高，必须将第三组和第四组两个液压泵输出的高压制动液，并联输入汽车各轮制动分泵，才能满足汽车制动力要求。

图3 双涡轮减速器结构图

4 制动效能分析

大中型汽车废除气压制动系统，使用惯性增压式液压制动系统，将汽车惯性部分能量转换成制动力，让惯性二次做功，变害为利。惯性增压器和制动器利用惯性克服惯性，共同消除汽车惯性，可以达到良好的制动效果。如图4所示，汽车惯性增压器将部分惯性能量b1转换成推力，提高增压泵液压，减少了汽车制动距离b2。汽车使用惯性增压器数目越多，转换推力中消耗汽车惯性能量b1也越多，减少制动距离b2也越大。

图4 惯性增压器制动距离变化曲线

5 结论

本文设计了惯性式汽车液压制动增压器，汽车后轮牵引惯性盘旋转，制动卡钳夹紧惯性盘，摩擦产生推力，牵引凸轮盘转动，挤压液压泵活塞，产生高压制动液，输入制动缸制动。单组惯性增压器采用一套惯性增压系统进行制动。双组惯性增压器采用两个盘式制动器制动。四组惯性制动增压器组合成一台四组惯性增压器,第三、四组两个液压泵输出的高压制动液，并联输入汽车各轮制动分泵，产生足够大的制动力，用于重型超长汽车制动。惯性增压式液压制动助力装置利用惯性提高了制动力效能，节约了汽车燃料，缩短了制动距离，减少了汽车交通事故发生率，可实现液压制动系统在大型汽车上的应用，大大提高了汽车的安全性和经济性。

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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

张通，本科，就读于淮阴工学院交通工程学院，基金项目：汽车设计制造模块。

江苏省苏北科技专项（编号SZ- HA2019001）。