汽车知识全接触六 刹车系统工作原理
众所周知,当我们踩下制动踏板时,汽车会减速直到停车。但这个工作是怎么 样完成的?你腿部的力量是怎么样传递到车轮的?这个力量是什么样被扩大以 至能让一台笨重的汽车停下来?
    首先我们把制动系统分成6部分,从踏板到车轮依次解释每部分的工作原理,在了解汽车
制动原理之前我们先了解一些基本理论,附加部分包括制动系统的基本操作方式。
    基本的制动原理
    当你踩下制动踏板时,机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但实际上要想让车停下来必须要一个很大的力量,这要比人腿的力量大很多。所以制动系统必须能够放大腿部的力量,要做到这一点有两个办法:
    • 杠杆作用
    • 利用帕斯卡定律,用液力放大
    制动系统把力量传递给车轮,给车轮一个摩擦力,然后车轮也相应的给地面一个摩擦力。在我们讨论制动系统构成原理之前,让我们了解三个原理:
    •杠杆作用
    •液压作用
    •摩擦力作用
    杠杆作用
    制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量,然后把这个力量传递给液压系统。
    如上图,在杠杆的左边施加一个力F,杠杆左边的长度(2X)是右边(X)的两倍。因此在杠杆右端可以得到左端两倍的力2F,但是它的行程Y只有左端行程2Y的一半。
液压系统
    其实任何液压系统背后的基本原理都很简单:作用在一点的力被不能压缩的液体传递到另一点,这种液体通常是油。绝大多数制动系统也在此中放大制动力量。下图是最简单的液压系统:
    如图:两个活塞(红)装在充满油(蓝)的玻璃圆桶中,之间由一个充满油的导管连接,如果你施一个向下的力给其中一个活塞(图中左边的活塞)那么这个力可以通过管道内的液压油传送到第二个活塞。由于油不能被压缩,所以这种方式传递力矩的效率非常高,几乎100%的力传递给了第二个活塞。液压传力系统最大的好处就是可以以任何长度,或者曲折成各种形状绕过其他部件来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处就是液压管可以分支,这样一个主缸可以被分成多个副缸,如图所示:
    使用液压系统的另外一个好处就是能使力量成倍的增加。在液压系统中你需要做的只是改变一个活塞和液压缸的尺寸,如下图:
    上图表示的就是力的加倍放大,力放大的倍数要以活塞的直径来定。左边的活塞直径为2寸(注:相当于5.08cm),右边的活塞直径为6寸(相当于15.24cm)。因为圆的面积等于Pi * r2,所以左边的活塞面积为3.14平方厘米,右边的活塞面积为28.26平方厘米。右边的活塞面积比左边的大9倍。这就意味着给左边的活塞施加任何一个力,右边的活塞就会产生一个比左边大9倍的力。因此当你给左边的活塞施加一个100磅的向下的力时,右边的活塞就会产生一个900磅的向上的力。唯一的不足就是当左边的活塞向下运动9寸时,右边的活塞只能向上运动1寸
摩擦力
    摩擦力是一个物体在另一个物体上滑动的相互阻力,参照下图。两个物体的接触面都是用相同材料做成的但其中一个较另一个重,所以不难看出哪一边较难推动。
    要了解其中的原因,我们可以分析下面的例子:
汽车制动原理    即使用肉眼看起来接触面很平滑,但在显微镜下他们确是相当粗糙的。当你把物体平放在桌面上时,物体和桌面之间的小锯齿会结合在一起,而他们其中有一些合适的锯齿会相互咬合,如果给他的压力越大,那么咬合的锯齿就越多,其阻力也越大,所以重的物体就更难推动。
    不同的材料表面,有不同的锯齿结构;举例来说:橡皮与橡皮之间就比钢与钢之间更难滑动。材料的类型决定了摩擦系数。所以摩擦力与物体接触面上的正压力成正比。例如:如果摩擦系数为0.1,一个物体重100磅,另一个物体重400磅,那么如果要推动他们就必须给100磅的物体施加一个10磅的力,给400磅的物体施加一个40磅的力才能克服摩擦力前进。物体越重则需要克服更大的摩擦力。这个原理就跟制动抓紧装置相似,如果给制动碟
的压力越大那么车辆获得的制动力就越大。
    简单制动系统模型   
    当踩下制动踏板时,在踏板处通过杠杆原理把制动力放大了3倍,再通过液压机构驱动
把制动力又放大了3被。放大以后的制动力推动活塞移动,活塞推动蹄片带动刹车卡钳紧紧的夹住制动碟,由蹄片与制动碟产生的强大摩擦力,让车减速。这就是简单的制动模型。通过它我们就可以理解制动系统的基本原理了。
刹车系统有盘式鼓式两种,盘式刹车又可分为盘式与通风盘式。碟式、盘式、摩擦片式都可归于盘式刹车。
盘式刹车的作用方式与普通自行车的制动方式相似———卡钳上的刹车片、与车轮链接的刹车盘在刹车时相互作用,直到车轮停止转动。通风盘则是在刹车盘上打孔,利用行驶带来的自然风帮助散热。鼓式刹车的作用方式与自行车的“涨闸”相似———盆形的刹车鼓与车轮相连、半月形的刹车片在连杆的作用下向上顶起,使车轮停转。
盘式刹车可以方便地与ABS系统配合,更多地在中高档轿车上使用;而鼓式刹车的成本较低、绝对制动力更高,被较多地运用在小型轿车的后轮。
鼓式刹车优点
1、自刹作用:鼓式刹车有良好的自刹作用,由于刹车来令片外张,车轮旋转连带着外张的
刹车鼓扭曲一个角度(当然不会大到让你很容易看得出来)刹车来令片外张力(刹车制动力)越大,则情形就越明显,因此,一般大型车辆还是使用鼓式刹车,除了成本较低外,大型车与小型车的鼓刹,差别可能只有大型采用气动辅助,而小型车采用真空辅助来帮助刹车。
2、成本较低:鼓式刹车制造技术层次较低,也是最先用于刹车系统,因此制造成本要比碟式刹车低。
鼓式刹车缺点
由于鼓式刹车刹车来令片密封于刹车鼓内,造成刹车来令片磨损后的碎屑无法散去,影响刹车鼓与来令片的接触面而影响刹车性能。
盘式刹车的优点
由于刹车系统没有密封,因此刹车磨损的细屑不会沉积在刹车上,盘式刹车的离心力可以将一切水、灰尘等污染向外抛出,以维持一定的清洁。此外由于盘式刹车零件独立在外,要比鼓式刹车更易于维修
盘式刹车的缺点
盘式刹车除了成本较高,基本上皆优于鼓式刹车,不过光就这一点,便成了它致命伤,人都爱钱嘛,除非你非常富有,否则买东西基本上都是先以钱先做考量,您说是不是?盘式制动器又称为碟式制动器,顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制,主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上,随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用,推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动,动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子,迫使它停下来一样。这种制动器散热快,重量轻,构造简单,调整方便。特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,而且不怕泥水侵袭,在冬季和恶劣路况下行车,盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔,加速通风散热提高制动效率。反观鼓式制动器,由于散热性能差,在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形,容易产生制动衰退和振抖现象,引起制动效率下降。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,所以只能适用于轻型车上。而鼓式制动器成本相对低廉,比较经济。
所以,汽车设计者从经济与实用的角度出发,一般轿车采用了混合的形式,前式制动,后轮鼓式制动。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,就采用前式制动,后轮鼓式制动的方式。四式制动的中高级轿车,采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热,至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多,价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低,在轿车领域中,盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。