汽车辅助制动装置 主讲人：衣丰艳

汽车上采用辅助制动装置的必要性 摩擦式车轮制动器存在一个重大缺陷：频繁或长时间制动会导致制动效能衰退 加装辅助制动装置，将车轮制动器的负荷进行分流，使车轮制动器温度控制在安全范围内

汽车辅助制动装置的分类 1.发动机缓速器 对行驶中的汽车发动机停止供给燃料，并将变速器挂入某一前进挡，使汽车得以通过驱动轮和传动系带动发动机曲轴继续旋转。这样，本来是汽车动力源的发动机就变成消耗汽车动能从而对汽车起缓速作用的空气压缩机。

在这种情况下，汽车对发动机输入的动能大部分耗损在机内的进气、压缩、排气过程中，小部分消耗于对水泵、油泵、空压机、发电机等附件的驱动上。发动机及上述各附件阻碍曲轴旋转的力矩即为制动力矩，将通过传动系放大后传给驱动轮。 4

发动机缓速器结构如图1.1所示。 5

主要由缓速器本体、电磁阀、控制阀、调节螺钉、从动活塞和主动活塞等主要零部件组成。缓速器本体的作用是将发动机缓速器的主要零部件集成为一个总成。电磁阀主要起导通或截断发动机机油的作用。控制阀是在发动机缓速器工作时产生低压油区和高压油区的工作阀。从动活塞是发动机缓速器工作的执行元件。主动活塞的作用是在高压油区产生高压。从动活塞与发动机排气门丁字形压板的间隙由调节螺钉调节。 6

装有发动机缓速器的发动机在对车辆进行缓速制动时四个冲程都对车辆做负功，而没装发动机缓速器的发动机在膨胀冲程时仍对车辆做正功，这样装有发动机缓速器的发动机可以为车辆提供更大的制动力矩。

发动机缓速器除制动功率大外，还具有以下优点： 与发动机集成一体从而体积小，质量轻； 可以提供大小不同的制动力矩； 基本不需额外消耗能量（电磁阀要消耗一点电能）。 8

在压缩冲程上止点前从排气门释放出的清洁的、高速运动的压缩空气，可清除燃烧室和排气系统积碳，因此使用发动机缓速器还可减少积碳对发动机的磨损。 发动机缓速器的缺点是只适合部分柴油机，并且对发动机的改造较大（需要发动机厂商对发动机缸盖和气门室罩重新设计和生产，以方便缓速器的安装），其使用具有局限性。

2. 发动机排气辅助制动装置 汽车在挂挡前进时，对发动机停止供油，汽车前进的惯性力通过驱动轮和传动系反带发动机曲轴继续旋转。这样，发动机就像空气压缩机那样，对汽车起到了缓速作用。为了加强发动机这种缓速作用，可设法增加进气、排气、压缩等方面的阻力，如阻塞进气或排气通道或改变进、排气门启闭时刻等。其中，比较常用的是在发动机排气管处设置排气阀。在需要缓速时，关闭排气阀，阻塞排气通道。该方法又称为排气缓速。 10

排气缓速式辅助制动系统的基本工作原理是利用设置在排气通道内的蝶形节流阀来堵塞排气通道并停止供油，使发动机在压缩和排气过程中都能压缩纯空气，这时发动机变为压缩机来吸收汽车动能，增大功耗，迫使发动机降低转速，从而实现在短时间内降低车速的目的。

电磁气压控制的排气制动装置是最常见的形式。如图1.2所示。

制动时，放松加速踏板，接通排气制动开关7，信号灯8亮，电流经离合器开关10、电磁阀15和加速开关11形成回路，电磁阀15产生吸力，关闭排气口，打开进气道，压缩空气进入三个气动缸，使柴油机停止供油，并关闭发动机的进排气管，实现排气制动，急速降低发动机转速，从而使车速迅速降低。

排气制动装置在结构上较其他形式的缓速器简单，制动效能良好，其制动效率可达发动机功率的60%左右，因此目前许多柴油机都装有这种辅助制动装置，如斯太尔系列、东风EQ系列、五十铃EHD、解放CA系列、南京NJ系列等柴油机汽车上均装有结构类似的排气辅助制动装置。

排气辅助制动装置是继行车制动和驻车制动器之后的第三套独立的制动系统，俗称第三刹车。排气辅助制动装置因其结构简单，性能可靠，操作方便，仅需要在排气管总管上稍做改动，它作为一种辅助制动装置得到了广泛的应用。在日本，柴油机的排气制动使用率已超过70%。

目前在国内，许多载重货车和大客车上也都采用了排气制动装置，随着车辆发动机功率的增加以及各国排放法规的日益严格，采用柴油机作为动力源的车辆将日益增多。但是由于排气制动装置应用时间较短，许多汽车驾驶维修人员对排气制动装置的功用、使用状况、故障分析和故障排除方法了解很少，限制了排气制动的使用。

3.液力缓速器 液力缓速器的主要零件是固定叶轮和旋转叶轮，一般安装在变速器处。当汽车需要缓速时，汽车通过驱动桥和变速器等反带液力缓速器的旋转叶轮转动，固定叶轮通过流动的液体对旋转叶轮产生阻力矩，使汽车减速。

液力缓速器工作原理 缓速器转子随变速器输出轴转动，而定子不动。当缓速器内没有油时，转子空转，没有减速作用。

当缓速器内充有油时，随输出轴转动的转子作用于油液一个动量矩，带动油液绕轴旋转；此时，油液沿叶片运动作内循环圆旋转，甩向导轮。同时，固定的导轮叶片也对油液产生一个反向作用的动量矩。油液流出导轮再流入转子时，形成对转子的阻力矩，阻碍转子的转动，从而实现对车辆的减速作用。

转子转动的能量经油液的阻尼作用转变成热量，通过散热器散发到空气中，因此液力减速是通过固定的定子充分利用油液对叶轮转子的反作用力实现的，这种反作用力矩本质上是油液的阻尼作用，此种作用是连续平顺的，再加上减速力矩作用于变速器输出轴，不会造成制动器抱死，所以，车辆在行车制动时，制动冲击大幅降低。

液力缓速器的工作特点如下： ①其定轮不转动，不输出动力。从泵轮输入的机械能全部转化为液体的热能。 ②泵轮与定轮相对布置，泵轮随传动轴转动。定轮固定在壳体上，在充入液体时泵轮将输入的机械能转变为液体热能，然后液体以较高速度和压力冲向定轮叶片，以此产生制动力矩并将液体能全部转化为热能。

③液力缓速器虽为液力耦合器的一种派生类型，但它并非传动元件，而是耗能减速的制动元件。 ④液力缓速器通常采用30°或45°前倾叶片，其泵轮力矩系数均为相同轮腔径向叶片普通耦合器的3~10倍。由于液力缓速器的制动力矩与车辆减速器主轴转速的平方和制动器工作腔有效直径的5次方成正比，因而在高速度或较大直径时有更大的制动力矩。其尺寸在高速大功率时比液压制动器和摩擦制动器的尺寸要小得多。液力缓速器无机械磨损，可长期无检修运行，寿命之长远非液压制动和摩擦制动可比。

液力缓速器的优点是：制动过程无摩擦和磨损，因此寿命很长；制动过程噪声比较小；延长主制动器制动蹄片的使用寿命；制动过程容易实现扭矩的控制。液力缓速器通过控制缓速器工作室液体量来控制制动力矩的大小，因此制动力矩的变化是连续的，但是这样使得控制系统过于复杂，一般选择制动力有级调节形式。另外，缓速器的后装比较困难。这是由于为减小液力缓速器的自重，有些冷却系统与发动机冷却系统相连接，一方面影响到发动机工作状态，另一方面必须与汽车发动机有相应的连接接口。

液力缓速器的缺点在于车速下降时时，其制动力矩下降得很快。在车速低于500r/min时，制动力矩有波动，在转速为零时完全失去制动能力。故常作为辅助制动与其他制动配合使用。先通过液力缓速器使旋转轴转速降低，再施以摩擦制动予以完全制动，这样可使制动平稳可靠。

液力缓速器的发展趋势 （1）小型化、集成化 （2）节能化 （3）控制电子化

4.电涡流缓速器 1-转子盘；2-铁心；3-磁轭；4-励磁绕组；5-转子轴；6-轴承；7-固定架；8-气隙；9-接线柱 图2.2 电涡流缓速器结构示意图

电涡流缓速器是由转动的圆盘和固定的磁极、线圈组成。线圈在通电后产生磁场，由于圆盘在这一磁场中转动，因此有电涡流流过，电涡流和磁场间因相互作用而产生制动力矩。其中随电涡流而产生的热量由装设在圆盘上的散热片散发到大气中。

电涡流缓速器的优点 结构简单，生产制造成本也不高 制动力矩范围广，可达400～3300N﹒m，适合于各种型式（5～50吨）的车辆 响应时间短（仅有40ms，比液力缓速器的响应快20倍），无明显时间滞后 工作时噪声很小 车辆在低速运行时，也可产生较高的制动力矩 制动力矩的大小可以通过控制励磁电流来调节，易实现自动控制 另外，还具有故障率低，维修方便，可靠性高等优点

其缺点是： 体积较大，重量较重 制动减速能力和使用时间长短受转子温升，缓速器周围气流条件和环境温度的影响 要消耗一定的电能。

电涡流缓速器的发展趋势 轻量化 整体化 使用永久磁铁励磁 电子控制 联合制动

5.永磁铁电涡流缓速器 永磁铁电涡流式缓速器与使用电磁线圈的电涡流缓速器工作原理相同，如图1.5所示。

在旋转的金属板（强磁性体）附近，放置一个永久磁铁，由于永久磁铁的磁场作用，按弗莱明定则，在这个金属板上产生涡电流，与此同时产生一个与金属板旋转方向相反的制动力。 利用这个原理，将旋转体（转子）做成圆筒形，将12个永久磁铁极性交错均布在环状支架的外圆上，它们即为不旋转的固定体（定子）。当制动时，由于气缸的力，将永久磁铁推向转筒的内侧，这时永久磁铁在转筒内形成磁回路，当转筒旋转时，转筒的内圆面就产生了涡电流，与此同时转筒就受到一个与旋转方向相反的制动力。

当非制动时，由于气缸的力将永久磁铁推出，与转筒内侧脱离，这时永久磁铁与隔离套之间形成磁回路。由于转筒的磁力回路已断开，所以制动力被解除，由于磁力是在隔离套内迂回，所以磁力线不会向外部泄露。

使用永久磁铁较电涡流缓速器有以下优点： ①永久磁铁比电磁铁质量轻，体积小，质量与体积均为电磁铁的1/8左右，使缓速器达到轻量小型化。 ②采用永久磁铁不消耗电能，因此不用考虑发电机或蓄电池的容量大小，使缓速器的结构简单化，同时又便于维修保养。

③汽车行驶过程中，下坡较长时需连续或频繁制动，如使用电磁式缓速器，通电时间长，本身要发热，电磁铁的温度可达150℃以上，出现大幅度的退磁现象，从而使制动力大大下降。永久磁铁本身不会发热，温升最高在60 ℃左右，而且温度系数也小，几乎没有退磁现象发生，所以在严酷的使用条件下，制动力仍然是很稳定的。 ④永久磁铁的磁力很强，在高速旋转时，转筒里发出的涡电流，产生很强的抵抗磁场。具有极强的抵抗力，因此在高速区制动力也不会低下。

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