制动力分配调节装置.docx

前后轮制动力分配的调节装置
一、概述
1．目的
如本章第一节所述，最大制动力fbmax，受轮胎与地面之间附着力fψ的限制。即：
fbmax≤fψ=gψ
当fb一旦等于fψ后，车轮便停止转动被“抱死”，而在地面上滑拖。制动管路中的工作压力再增大，也不可能使制动力fb增加。车轮一旦抱死便会失去抗侧滑的能力。如前轮抱死时，会使汽车失去方向操纵性，无法转向；如后轮抱死而前轮滚动时，会使汽车失去方向稳定性，丧失了对侧向力的抵抗能力而侧滑(甩尾)，造成极为严重的恶果。可见，后轮抱死的危险性远大于前轮。因此，要使汽车既能得到尽可能大的制动力，又能保持行驶方向的操纵性和稳定性(不失控、不甩尾)，即最佳制动状态，就必须使汽车前后轮同时达到“抱死”的边缘。其同步条件是：前后车轮制动力之比等于前后车轮对路面垂直载荷之比。
但是，随着装载量不同和汽车制动时减速度所引起载荷的转移不同，汽车前后车轮的实际垂直载荷比是变化的。因此，要满足最佳制动状态的条件，汽车前后轮制动力的比例也应是变化的。
2．前后轮制动管路压力分配特性曲线
(1)无制动力调节装置的汽车，其前后车轮控制管路的工作压力p1、p2基本是相等的，其压力比p2/ p1永远等于1(如图20-71虚线所示)。这就使得不论前后车轮制动器的型式、尺寸如何不同，但制动力的分配比例却永远是个常数，不可能使汽车在各种条件下都能获得最佳的制动状态。

图20-71 理想的前后轮制动管路压力分配特性曲线
p1-前轮制动管路中的压力；p2-后轮制动管路中的压力；c-质心
(2)理想的前后轮制动管路压力分配特性曲线如图20-71实线所示。由于汽车满载较空载时质心c后移，p2应相应增加，故其曲线较空载曲线上移。又因制动强度的增加(即工作压力p的增加)，质心向前转移程度的增加，压力比p2/ p1应相应减小(小于1)，故随压力p1的增加，曲线变得平缓。
为满足上述理想特性的要求，在一些汽车上采用了各种制动力调节装置，来调节前后车轮制动管路中的工作压力。常用的有限压阀、比例阀和感载比例阀。
二、液压式限压阀
1.安装位置
限压阀是一种最简单的压力调节阀，串联在制动主缸与后轮制动器的管路之间。
2.作用
它的作用是当前后制动管路压力p1和p2由零同步增长到一定值后，即自动将后轮制动器管路中的液压限定在该值不变，防止后轮抱死。
3.结构
图20-72a为限压阀结构图。阀体1上有三个孔口，a口与制动主缸连通；b口通两后轮缸。阀体内有滑阀3和有一定值预紧力的弹簧2。滑阀被弹簧顶靠在阀体内左端。

图20-72 液压式限压阀及其特性曲线
a)限压阀
1-阀体；2-弹簧；3-滑阀；4-接头 a-通制动主缸，b-通轮缸
4.工作情况
(1)轻踩制动踏板时：主缸产生一定的液压p1，滑阀左端面推力为p1·a(a为滑阀左端面有效面积)，滑阀右端承受弹簧力f。由于f>p1·a，滑阀不动，因而p1=p2，限压阀尚不起限压作用。
(2)当踏板压力增大时，p2与p1同步增长到一定值ps后(开始限压的液压)，活塞左方压力便超过右方弹簧的预紧力，即ps·a >f，于是滑阀向右移动，关闭a腔与b腔的通路。此后，p1再增高，p2也不会增高。
5.液压分配特性曲线
图20-72b中曲线3为采用上述限压阀时的液压分配特性曲线。它只能近似符合理想曲线2。由于从ps点(限压点)以后p2值低于理想值，不会出现后轮先抱死，这较符合制动稳定性的要求。限压点ps仅决定于限压阀结构(弹簧与活塞的结构)，而与汽车的轴载质量无关。

图20-72 液压式限压阀及其特性曲线
b)特性曲线
1-无阀时；2-理想的液压分配曲线；3-采用限压阀时实际液压分配线；ps-限压点
6.应用
限压阀多用于质心高度与轴距的比值较大的轻型汽车上，因为这种汽车在制动时，其后轮垂直载荷向前轮转移得较多。可以充分地利用前轮的附着质量，加大制动效果。
三、液压式感载比例阀
1.应用
质心高度与轴距的比值较小的汽车，在制动时前后轮间载荷转移较小。在这种情况下，只采用限压阀，将使后轮制动力远小于后轮附着力，即附着力的利用率太低，不能满足制动力尽可能大的要求。因此，需采用比例阀或采用其特性能随汽车轴载质量变化而改变的感载比例阀，从而使汽车前后轮的附着力能充分利用，以提高制动效果。
2.安装位置
它的安装位置同限压阀，只是多装置了车身和车桥相对位置变化时的感载连接件。
3.结构与工作原理
图20-73所示，为液压式感载比例阀。阀体3安装在车身上，其中的活塞4为两端承压面积不等的差径结构，其右部空腔内有阀门2。
(1)不制动时，活塞在拉力弹簧6通过杠杆5施加的推力f作用下处于右极端位置。阀门2因其杆部顶触螺塞1而开启，使左右阀腔连通。
(2)轻微制动时，来自主缸的液压p1由进油口a进入，并通过阀门2从出油口刀输出至后轮轮缸，出油口b处液压p2= p1。此时，活塞右端面的推力为p2·b(b为活塞右端面圆形有效面积)，小于㈠踌载左端的推力p1·a(a为左端面环形有效面积，a<b)与推力f之和，即p2·b<p1·a+f。在此状态时，活塞不动，阀门2仍为开启状态，p2= p1。

图20-73 液压式感载比例阀
1-螺塞；2-阀门；3-阀体；4-差径活塞；5-杠杆；6-拉力弹簧；7-摇臂；8-后悬架横向稳定杆
(3)重踩踏板时，制动管路的液压p1与p2将同步增长，当增长至活塞左右两端面液压之差大于推力f时，活塞即左移一定距离。即p2·b<p1·a+f时，活塞向左移动，阀门正好落座，将左右两腔隔绝。此时的液压为限压点液压ps，相当于特性曲线折点的液压，活塞即处于平衡状态，限压阀的功能即到此为止。若进一步提高p1，则活塞将右移，阀门2再度开启，油液继续流入出油腔，使p2也升高。但由于b>a，p2尚未来得及升高到等于p1时，阀门2又落座，将油道切断，活塞又处于平衡状态。这样，自动调节过程将随踏板力的变化反复不断地进行。在p1超过p2以后，p2虽随p1按比例的增长，但总是小于p1，因而其特性折线的斜率总是在小于45o线内变化(压比p2/ p1<1)，更为接近理想分配待性曲线(见图20-74)。

图20-74 液压感载比例阀彬除曲线
ps-满载时限压点的液压，p's-空载时限压点的液压
这种利用差径活塞和弹簧力相配合而不断调节液压的阀，此时称“比例阀”。压差比例一般为1.3～4。
从上述过程中得知，在任一平衡状态下，差径活塞和弹簧的推力f使p1和p2总维持着下述关系：
p2.b=p1.a+f
p2= (p1.a+f)/ b
(4)感载调节原理
根据平衡式得知，p2与弹簧推力f是成正比的，因而折点液压ps的大小也取决于弹簧推力f的大小。f愈大，折点液压ps就愈大；反之则小。只要使弹簧预紧力能随实际轴载质量变化，便能实现感载调节。这种比例阀，称感载比例阀。
汽车是利用轴载变化时，车身和车桥间的距离发生变化来改变弹簧预紧力的。如图20-73所示，拉力弹簧6右端经吊耳与摇臂7相连，而摇臂则夹紧在汽车后悬架的横向稳定杆8的中部。当汽车的轴载量增加时，后桥向车身移近，后悬架的横向稳定杆便带动摇臂7逆时针转过一个角度(从图上看)，将弹簧6进一步拉伸，作用于活塞4上的推力f便增加；反之，轴载量减小，弹簧6的拉伸量和推力f即减小。这样，调节作用起始点液压ps就随轴载量而变化。
(5)放松制动时，液压p1撤消后，液压p2使阀门开启，卸掉活塞右腔的油压，又恢复不制动位置。
四、节流、报警、比例分配三功能复合阀
不少前盘后鼓式混合制动系统的汽车，在主缸和轮缸之间装有多功能复合阀。使改善制动性能的结构，步入一元化的轨道。
(一)节流阀，又称滞后阀
1.作用
盘式制动器蹄盘间隙小，无回位弹簧，动作灵敏，加之真空助力器的使用和制动力的调节，轻微的促动力，即可产生较强的制动效果，因而摩擦片磨损较快。而鼓式制动器制动作用迟缓，制动时出现前早、后迟现象。为了消除前后轮制动不同步和时间差现象，提高整车制动效能的稳定性，多在主缸和前盘轮缸管路中设置节流阀。
2.构造
如图20-75所示，它由两个弹力不同、开闭方向不同的单向阀组成。回油单向阀1用软弹簧控制，以保证轮缸方向的油液畅流回制动主缸，以便解除制动。节流单向阀2用硬弹簧控制，用来单向关断主缸和轮缸之间的油路，产生滞后功能。

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图20-75 节流、报警、比例分配三功能复合阀
1-回油单向阀；2-节流单向阀；3-护罩；4-盘式轮缸；5-梯形滑动柱塞；6-鼓式轮缸；7-六方导向柱塞；
8-橡胶阀座；9-差径阀门；10-微动开关；11-报警灯；12-双腔主缸
3.工作情况
(1)不制动时，因主缸和轮缸的油压与大气压力相等，两个单向阀都在其回位弹簧的作用下，处于关闭位置。主缸和轮缸用阀2的切口相通。
(2)制动时，只有在主缸前腔的油压达到一定值时(1.2mpa以上)，单向节流阀才打开。从而消除了时间差，协调了前后轮制动开始的时间。放松制动时，油压推开阀1回流卸压。
(二)报警阀，又称压差阀
1.构造
如图20-75所示。它由阶梯形滑动柱塞5、微动开关10和报警灯11组成。滑动柱塞中部凹下与微动开关接触。前桥端直径小，后桥端直径大，这是因为后桥端装有比例阀，后桥油压始终小于前桥油压，为获得滑动柱塞在各种正常制动情况下的两端推力的平衡，前后端直径差与比例阀压差比例值应是对应的。
2.工作情况
(1)前后桥管路油压正常时，滑动柱塞因其前后端油压的推力平衡，处于中间位置不动。
(2)某管路油压漏损时，当油压差达0.4mpa以上时，柱塞即动作，向漏损管路方向移动，报警灯亮，应及时维修。当故障排除后再制动时，柱塞即自动复位。如某管路渗入了空气，报警灯也亮，应及时排净空气即自动平衡复位。
(三)比例阀
1.构造
如图20-75所示。它垂直安装在阀体的后端，由六方导向柱塞7、橡胶阀座8、差径阀门9和弹簧等组成。六方导向柱塞下端有导向杆和密封圈及弹簧，主缸油液从旁通道经其六方通路流向上方。橡胶阀座8的下端面上有间断的齿形凸沿，中心孔松套在阀杆上，以便使油液通过。差径阀门9的上端面为b面，是圆形承压面，它承受后轮缸的油压p2，上压力=p2b。差径阀门9的下端面为a面，是环形承压面，它承受主缸的油压p1，下压力=p1a。因为b>a，但可变的弹簧力f是作用在下端，所以其平衡式为：p2b = p1a+f
p2= (p1a+f )/ b
可见，上方有不变的大面积b，下方有可变的f力，它们不断失衡和平衡，使p1和p2的油压可成比例的变化，但p2< p1的关系式不会改变，从而防止了后轮抱死产生侧滑，更提高了后轮附着力的利用率。
2.工作情况
(1)不制动时，差径阀门9在f力的作用下处于最高位置，将橡胶阀座推压在壳体上，由于橡胶阀座8下端面有许多间断的齿形凸沿，它又松套在阀杆上，上下腔的油液畅通。
(2)轻踩制动时，主缸油压p1经六方导向柱塞的通路输入阀门的上方和后轮缸，成为p2产生制动。此时，因p2b < p1a+f，差径阀门开启不动p1= p2。
(3)重踩制动时，上腔的p2油压随p1的加大而加大，液压达到规定值ps后，液压差>f，即：p2b> p1a+f时，阀门下移关闭油液通路，p2不再增加，同时加大了f力，阀门的平衡式出现：p2b = p1a+f。防止了后轮抱死产生侧滑。这一过程实为限压阀的功能。
(4)再继续踩下制动时，p1又加大，阀门又打开，p2又按比例加大。因为b>a，没等p2加大到等于p1时，上压力又将阀门关闭，出现新的平衡。所以，p2永远小于p1，但按比例的加大，压差比例值多为1.3～4。从而提高了后轮附着力的利用率，整车制动性能得以提高。
另外，前后桥压差比例的存在，后轮制动力小是正常现象，路试时不拖印不是故障。
五、气压式感载比例阀
图20-76为一种常见的利用膜片的有效面积的变化，来进行比例分配和感载调节的结构。
(一)构造
感载比例阀安装在车架上，其调节臂2通过联动杆与后桥的弹性臂铰接(图20-77所示)。调节臂2在阀体外面与轴8固接，轴8在阀体内固接有控制球头臂1，球头臂的球头插装在芯管6和卸载活塞10之间的座孔中。汽车的轴载加大时，调节臂2即顺时针摆转，通过轴8和球头臂1使芯管6向上移动。汽车空载时芯管位置最低；满载最高。
阀体上进气口a与制动控制阀连通，出气口b与后制动气室连通，排气口c则与大气相通。为了防止芯管所受向下的气压作用力造成控制球头臂的弯曲和剪切载荷，用气管9将输入压力p1引入气室e，卸载活塞10即将此向上的气压作用力传给控制球头臂，以抵消上述向下的气压作用力。

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图20-76 气压式感载比例阀
1-控制球头臂；2-调节臂；3-活塞；4-上阀体；5-两用阀门；6-芯管；7-膜片；8-调节臂轴；
9-气管；10-控制球臂卸载活塞
阀体内有圆形中空的活塞3，其下部铸有若干个沿圆周均布的径向翅片ⅰ，其下边缘自内而外向上倾斜。相应地上阀体4内也置有数目相同的翅片ⅱ，其下边缘自内而外向下倾斜。装配时，活塞翅片与阀体翅片彼此交错相间。膜片7的内边缘固定在活塞3下部，外边缘则固定在上下阀体之间。这样，当活塞相对于阀体轴向移动时，膜片支靠活塞翅片ⅰ的面积(即膜片对活塞的有效承压面积)即发生变化。活塞向下时对翅片ⅱ是分离，对翅片ⅰ是贴合，有效承载面积即增大；反之则减小。活塞处于图示的上极限位置时，膜片全部承压面积都支靠在阀体翅片ⅱ上，故其有效承压面积为零，即活塞下方有效承压面积为最小。
活塞内有阀门5，分别与活塞内的阀座和芯管6上端阀座组成进气阀与排气阀。芯管内腔经排气口c通大气。芯管的轴向位置由控制球头臂1的球头选定。
(二)工作情况
(1)不制动时–––活塞3处在最高位置，进气阀关闭，排气阀开启。后制动气室经出气口b、排气阀和排气口c通大气。
(2)制动时–––来自制动控制阀的压缩空气由进气口a以压力p1充入活塞3上方气室，推动活塞和阀门5相对于阀体4和芯管6下移，先关闭排气阀，继而开启进气阀(图20-77)。通过进气阀后，压力为p2的压缩空气经出气口刀充入后制动气室，同时也充入膜片下方气室d。在此充气过程中，由于活塞上方的有效面积承受着气压p1的作用力，而活塞下方的大膜片承受着气压p2的作用力，由于面积差的关系，不等p2等于p1时，下方的总压力即大于上方总压力，活塞即回升，使进气阀再度关闭，压缩空气即停止进入，出现双阀关闭的平衡状态。p1进一步增加时，活塞再次下移进气，使p2增加，随后活塞再次上移关闭进气门，再次的平衡。由于此时芯管的位置不变，活塞的平衡位置也不变，膜片下方的有效面积也不变，平衡时的气压比p2/ p1也不变。故p2随p1的变化是按比例的，此即谓比例分配阀。
(3)感载调节–––由于气压比p2/ p1是与活塞上下有效承压面积之比成正比的，膜片的有效承压面积又取决于进气阀关闭时活塞所在的平衡位置，这个位置又由球头臂和芯管的位置来确定。因此，感载调节就是利用轴载的变化，来改变芯管的位置。轴载量愈小，芯管的位置愈低，活塞下移的距离愈大，进气时的有效承压面积愈大，使活塞回升所需的气压就愈小。汽车空载输出气压达0.25mpa时，活塞即可达到以大面积、低气压为特征的“双阀关闭”平衡状态，从而保证后轮制动强度不过高。此时，输入压力p1对输出压力p2的最大降压比为4:1。
轴载量愈大，芯管的位置愈高，活塞下移的距离愈小，进气时有效承压面积愈小，使活塞回升所需的气压就愈大。直至满载时p2/ p1=1，才能使活塞达到以小面积，高气压为特征的“双阀关闭”平衡状态(实际上此时也可能为进气阀不闭的平衡状态)。
(4)放松制动时–––a口处的气压消失，d室和后轮制动气室内的气体压力将活塞推到最高位置，关闭了进气阀而打开排气阀，压缩空气即经芯管、排气口c，推开橡胶皮碗的边缘排入大气，使制动解除。可见，这种感载比例阀还有快速放气的功能。
(三)气压感载比例阀的特性曲线
这种气压感载比例阀的特性曲线如图20-77所示。是从原点引出的斜率不大于1的一组射线，满载特性射线斜率为1，空载为1/4，不像液压比例阀特性曲线那样有折点。因而称为射线式比例阀。

图20-77 气压式感载比例阀特性
应当指出，进行感载调节利用的是悬架变形量。影响悬架变形量除了后桥分配的载荷外，还有行驶时不平路面对车轮和悬架的瞬时冲击载荷。所以多在联动机构中设置弹性件(如车桥上的弹性连接臂等)用来吸收冲击载荷，减小对感载荷工作的干扰。液力式感载比例阀中油液本身的阻尼，就有助于消除这一干扰。