不同类型的制动系统及其工作原理

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盘式、鼓式、蹄片与液压系统的来龙去脉:刹车系统如何保障您的安全

刹车与汽车发动机同等重要,是驾驶安全的核心保障。刹车的基本原理很简单:通过摩擦将行驶中车辆的动能转化为热能,使车辆停止。所有刹车都遵循相同原理,但不同系统实现摩擦的方式各异。

车辆采用的刹车系统类型及组件会受多重因素影响,虽然各系统存在细微差异,但以下将介绍常见系统类型、工作原理及核心组件。了解汽车刹车系统至关重要,请继续阅读!

刹车系统组件

在探讨汽车刹车系统类型前,需先了解关键组件——尤其当您计划维修或更换刹车部件时。刹车系统采用的部件类型通常取决于汽车品牌型号、最高时速、价格及车龄。刹车系统会使用鼓式或盘式结构,并包含刹车片。

鼓式刹车

汽车刹车系统

鼓式刹车是最传统的汽车制动方式。制动鼓固定在车轮内部,其中装有两片耐热蹄片。当踩下踏板时,蹄片向外扩张挤压制动鼓,使车轮停止。蹄片与制动鼓间产生的摩擦将动能转化为热能。

这类刹车在1980年代前被广泛使用。随着汽车动力不断提升,鼓式刹车难以满足制动需求。在频繁高强度制动时易过热,过度高温会阻碍动能向热能的转化,导致制动失效。1980年代后,多数汽车开始改用盘式刹车。

但这不意味鼓式刹车已被淘汰。它们仍适用于后轮制动——因为车辆制动时大部分压力作用于前轮。由于鼓式刹车制造成本更低且维护更简便,常见于入门级或经济型车型。

盘式刹车

刹车系统

盘式刹车已取代鼓式刹车成为主流选择。鼓式刹车的向外扩张结构产生的压力不如夹紧式结构。因此专家设计了通过夹紧而非扩张的制动系统,并发现更大摩擦面积能提升高强度制动效果。夹紧需求与大摩擦面积需求共同推动了盘式刹车的普及。

盘式刹车是通过减缓或停止车轮转动的机构。刹车盘通常由铸铁制成,部分采用碳复合或陶瓷材料。刹车盘与车轮和/或车轴相连。制动时,摩擦材料(刹车片)被压向刹车盘两侧,产生的摩擦力使车轮减速或停止。

部分刹车盘经过改良以加速散热,例如中央开孔、外缘留隙或加装散热鳍片,这些设计能增强空气流通,提升制动效率。

刹车片

刹车系统组件

无论车辆采用盘式或鼓式刹车,其核心组件都是刹车片(亦称“蹄片”),这是产生摩擦的关键部件。刹车片材质多样,常见包括有机材料(含玻璃纤维、凯夫拉、碳纤维等)、陶瓷、半金属或全金属材料,所有材质均设计为最大限度吸收热量。

有机刹车片 噪音极小且不损伤刹车盘,但磨损较快需频繁更换。陶瓷刹车片 同样静音耐用,制动能力远超有机刹车片。半金属刹车片 性能优于陶瓷刹车片,但合成材料中的金属屑会加速刹车盘磨损,需更频更换刹车盘。最后还有 全金属刹车片


这是赛车的专用材质,具有惊人制动力,但噪音大且会像阳光融化冰块般快速磨损刹车盘。日常用车多采用合成或陶瓷刹车片,这两种都是理想选择。

机械刹车系统

机械刹车是20世纪汽车量产时最早采用的制动系统。这类系统通过滑轮、钢缆、凸轮等装置对制动鼓施加摩擦力使车辆停止。踩下踏板时会拉动“刹车线”,进而促使制动鼓压紧车轮实现制动。

此类系统存在诸多缺陷:首先需要大量维护,刹车线及所有活动部件需保持完美状态才能正常工作;当刹车线承受过大压力或所需制动力超限时易断裂,极具危险性;系统精度要求高,若杠杆偏移或钢缆张力失准,各车轮制动力不均会导致操控困难。

鉴于这些问题,1950年代末机械刹车逐渐被液压刹车取代。

但多数车辆仍保留机械刹车形式:手刹。 除主液压刹车外,车辆通常配备机械手刹,通过杠杆和制动鼓内的臂杆辅助制动。手刹拉杆通过钢缆传递作用力,棘轮装置保持制动状态,按压按钮即可释放。所有汽车都配备作用于两个车轮(通常后轮)的手刹系统(现部分改为电子式)。该机械系统仅用于驻车安全而非行驶制动,故机械结构完全适用。

液压刹车系统

液压刹车

现代汽车最常用的制动系统是液压刹车,您的车辆几乎必定配备此类系统。通常四轮均采用液压制动,并可搭配盘式或鼓式刹车。

与老式机械刹车不同,液压系统通过流体传递制动力。液压油存储在刹车管路中,用于传递踏板或拉杆的压力。刹车油(液压油)是不可压缩介质,能在高温高压环境下稳定工作。

在此类系统中,机械力来自驾驶员踩踏刹车踏板。该力推动刹车油通过管路,因其不可压缩性将压力传导至制动系统。在总泵装置中,该力被转化为液压压力,传递至刹车卡钳或鼓式刹车片(依系统类型而定)。

每个刹车卡钳包含多组活塞(最多6个),液压压力驱使卡钳夹紧刹车盘或制动鼓。固定于卡钳上的刹车片与制动盘/鼓摩擦产生阻力,最终使车辆停止。

液压刹车系统具备显著优势。

首先,液压系统产生的制动力远高于老式机械刹车。机械系统依赖杠杆、连杆或凸轮,传力效率低下且会随部件损耗而失效。

液压刹车管路破裂风险极低,维护需求少,响应速度极快,轻踩踏板即可产生强大制动力。

由于液压系统 的活动部件远少于机械系统,部件磨损及相关维护成本大幅降低,使系统更经济可靠。机械系统 的设计构造因车而异,维修往往复杂棘手。液压系统结构相对简单,易于组装维护。

伺服刹车系统

刹车系统示意图

常称为助力刹车或伺服制动,伺服刹车系统旨在提供额外动力以减轻制动操作力度,需与液压刹车协同工作。

刹车助力器通过产生局部真空来增强作用于总泵的力。当踩下刹车踏板时,先推动连接杆,使空气进入伺服机构同时封闭真空。随后连接总泵内部推杆的压力增强。

随着盘式刹车成为标准配置,刹车助力器日益普及。盘式刹车要求车辆配备助力系统,以消除驾驶员所需的大部分制动力。

在伺服系统内部,真空环境会放大驾驶员对踏板的施力。助力器外壳为金属筒体,内含隔膜和阀门,并配有单向阀确保空气单向流动,防止行驶中制动功能失效。

若因发动机熄火导致真空失效,刹车仍可工作——因为踏板与总泵间存在机械连接,但需要施加更大踏板力才能实现制动。

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