制动系统的类型及其工作原理

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盘式、鼓式、刹车片、液压系统详解:刹车如何保障您的安全。

刹车与任何汽车的发动机同等重要,是确保驾驶安全的关键。刹车的基本原理很简单: 剥夺行驶中车辆的运动能量,通过摩擦将其转化为热能,使车辆停止。所有刹车都遵循相同原理,但不同系统通过不同方式实现这种摩擦。

汽车的系统类型及所用部件由多种因素决定。所有系统略有不同,此处将介绍汽车可能配备的系统、其工作原理及主要部件。理解汽车刹车系统与车辆制动系统至关重要,请继续阅读!

刹车系统构成要素

在讨论汽车制动所用系统类型之前,值得先了解主要部件,特别是当您考虑维修或更换刹车系统部件时。刹车系统所用部件类型通常取决于汽车制造商与型号、可达速度、车辆价格与车龄。刹车系统采用鼓式或盘式制动,并包含刹车片。

鼓式刹车

汽车刹车系统

鼓式刹车是使汽车停止的最古老方法。制动鼓安装在车轮内侧,其内部装有两个耐热衬片。当踩下踏板时,衬片向外推出,压紧制动鼓,使制动鼓停止车轮。衬片与制动鼓之间产生的摩擦将运动能量转化为热能。

这类刹车在1980年代前普遍用于汽车。随着汽车动力增强,鼓式刹车难以应对制动挑战。在频繁制动的严苛条件下,它们会变得非常热,温度过高时无法将运动能量转化为热量,从而失效。1980年代后,许多汽车开始改用盘式刹车。

但这并非意味着鼓式刹车完全不再使用。它们仍然适用且能胜任工作。当汽车停止时,大部分压力施加于前轮刹车,因此常被用作后轮刹车。鼓式刹车制造成本较低且维护简便,常用于入门级汽车或经济型车型。

盘式刹车

刹车系统

盘式刹车已“取代”鼓式刹车,成为大多数汽车最受欢迎的选择。鼓式刹车为推出式,无法产生如夹紧车轮般大的压力。因此,专家设计了夹紧而非压紧的系统。他们还发现更大的表面积意味着更多摩擦,这对改善高强度制动至关重要。夹紧作用与大表面积的结合促使了盘式刹车的采用。

盘式刹车是减缓或停止车轮转动的机制。刹车盘通常为铸铁制,有时也采用碳复合材料或陶瓷制造。它与车轮或车轴相连。为停止车轮,形如刹车片的摩擦材料被强制压向刹车盘两侧。作用于刹车盘车轮的摩擦使其减速或停止。

部分刹车盘经过改进以更快冷却并保持更高效率。这通常通过引入空气实现,例如在中央开孔、在外周设小间隙或加装鳍片等改进,使空气能接触刹车盘,最终意味着更高效的刹车系统。

刹车片

刹车系统构成要素

无论汽车使用盘式还是鼓式刹车,刹车盘或制动鼓中的主要部件是刹车片(有时称为“制动蹄”)。它们产生摩擦。刹车片采用多种不同材料,常见片材包括有机材料(使用玻璃、凯夫拉、碳等)、陶瓷、半金属或全金属制造。所有使用材料均设计为尽可能吸收更多热量。

有机刹车片 非常安静且不磨损刹车盘,但易磨损需更频繁更换。陶瓷刹车片 同样非常安静、耐用,且比有机片具有更优的强大制动力。半金属刹车片 甚至超越陶瓷片能力,但因合成材料中的金属薄片更磨损刹车盘,需更频繁更换刹车盘。最后,还有全金属刹车片


这些是赛车所使用的。它们具有惊人的制动力,但噪音大,且像阳光下融化的冰一样磨损刹车盘。您的汽车可能包含合成或陶瓷刹车片,这两者对于日常驾驶都是良好选择。

机械式刹车系统

机械式刹车是20世纪汽车量产时搭载的首类刹车系统。这些系统包含一系列滑轮、电缆、凸轮及其他装置,通过向制动鼓施加摩擦使汽车停止。当踩下踏板时,刹车缆被拉动,进而将制动鼓压向车轮使车停止。

这些刹车系统存在诸多问题。其一,它们需要大量维护,因为刹车线路及所有其他活动部件必须保持完美状态才能工作。刹车缆承受过大压力或所需制动力过大时易断裂,这非常危险。系统因其精确性也需要维护。杠杆错位或缆张力不完全正确会导致不同车轮承受不同刹车压力,使车辆极难控制。

所有这些问题导致机械式刹车至1950年代末在汽车中已少见,被液压刹车取代。

尽管如此,大多数汽车仍配备某种形式的机械式刹车,即驻车刹车。除主液压刹车外,汽车常配备机械式驻车刹车,使用杠杆和制动鼓内的臂助车辆停止。这些通过车内驻车刹车杠杆以缆线操作。驻车刹车杠杆的棘齿在刹车后保持其位置。按下按钮释放棘齿,松开杠杆。所有汽车均配备驻车刹车系统(有时为电子式而非机械式),作用于两个车轮(通常为后轮)。因该机械系统仅用于驻车时固定车辆而非使其停止,故机械系统已足够。

液压刹车系统

液压刹车

现代汽车最常见的刹车系统是液压刹车系统,您的汽车几乎肯定配备液压刹车。汽车通常四轮均配备此系统,液压系统可使用刹车盘或制动鼓。

与旧式机械刹车系统不同,液压系统使用流体向刹车施加压力。液压油存储在刹车管路中,用于传递来自刹车踏板或刹车杠杆的压力或力以使汽车停止。刹车油或液压油是一种在高温高压下工作的不可压缩物质。

在此类刹车系统中,机械力来自驾驶员踩下刹车踏板。此力推动刹车油通过管路,因其不可压缩性,油液向刹车系统前进。在称为主缸的装置中,此力转化为液压,送至刹车卡钳或制动鼓段(依系统类型而定)。

每个刹车卡钳包含一系列活塞(最多6个),液压迫使卡钳锁紧刹车盘或制动鼓。安装于刹车卡钳的刹车片在摩擦刹车盘或制动鼓时产生摩擦,最终使汽车停止。

液压刹车系统还具有明显优势。

首先,液压刹车系统产生的力比汽车曾使用的旧机械刹车系统更高。后者相当原始,依赖杠杆、连杆或凸轮,无法传递如液压系统般大的力。机械系统还可能随时间推移因活动部件劣化而效率下降。

液压刹车管路损坏风险极低,且几乎无需维护,这与机械刹车形成对比。它们还响应极快,对踏板反应灵敏,施加于刹车的力只需很小即可向制动鼓或刹车盘加压。

液压系统 的活动部件远少于机械系统,因此减少了这些部件的磨损及相关或衍生的维护。这使得系统比机械系统更经济可靠。机械系统 的设计与结构可能因车而异,这常使维修困难。液压系统设计相对简单、组装容易,便于维护。

伺服刹车系统

刹车系统图

常称为动力刹车,或伺服刹车或刹车助力器,伺服刹车系统设计用于提供额外动力以减少所需制动力,与液压刹车协同工作。

刹车伺服通过产生部分真空运作

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