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說一說汽車制動系統的工作原理

科技 更新时间:2024-11-20 21:19:15
前言

說一說汽車制動系統的工作原理(看懂汽車制動系統)1

汽車從最開始僅僅跑過馬車,發展到現在的最高時速突破300km/h,可謂日新月異。不過,跑得快并不是全部,刹得住是另外一種能力,畢竟車輛需要由人掌控,否則就成為脫缰之馬。沒有制動系統的車,恐怕也沒有人敢開得快!侃弟今天就帶大家好好認識一下制動系統的硬件和軟件,全面認識這個神秘而重要的東西。

制動系統的功能

(1)減速停車,保證汽車行駛中能按駕駛員要求減速停車。

(2)下坡穩定,下坡的時候,用刹車踏闆來控制車速。

(3)駐車,需要把車停在一個位置,保證車輛可靠停放,也就是停車拉手刹。

制動系統的組成

(一)控制裝置

産生制動動作和控制制動效果各種部件,如制動踏闆,手刹。

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為了解決布置需要太多空間的這一個問題汽車工程師發明出來了拉線式的傳動裝置,和我們見過自行車上的原理基本一緻,雖然在布局的空間上有了極大的節約,但是由于其機械結構特性使用起來并不會省力,而且可靠性也不高,長時間的使用磨損也會比較的嚴重。

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随着汽車的發展,車速度越來越快,這就意味者我們需要更加省力精準的刹車傳動裝置,便出現了現在的液壓制動式,液壓式的傳動方式不但布局空間更加的小巧,而且他的制動力得到了數倍的放大。讓我們可以更加輕松的使用刹車,還可以配置電子控制裝置,如ABS,EBD,ESP,等等。也增加了我們對于快速駕駛的信心。

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一般采用液壓制動式的刹車系統,其中的油管使用鋼制的材料或橡膠編織網材料組成,可承受刹車時2-4Bar,一些超級跑車和性能車刹車油壓甚至可以達到6Bar左右的壓力。而且對于抗腐蝕性和耐溫度變化都有很大的變化。

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采用活塞油管式的刹車傳動裝置,一般都會需要加注制動液(也叫刹車油或迫力油),制動液是液壓制動式刹車系統中傳遞制動力的液态介質,僅使用在采用液壓制動式刹車系統的車輛中。而在制動系統之中,它是作為一個力傳遞的介質,因為刹車油的特性使得體積幾乎不能被壓縮,所以從總泵輸出的壓力會通過制動液直接傳遞至分泵之中。

TIP:刹車油的分類

在我國實施的《機動車輛制動液》,根據制動液的高溫費點,粘度,凝結點,抗氧化性能等等将制動液分為HZY3, HZY4, HZY5,三個等級,分别對應的是國際上的DOT3, DOT4,DOT5,這三個标準,其中越最後一個數字越大的,代表的制動液的級别越高,安全保障性越好。

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常見的制動液有三種類型。

一、醇型:由精制的蓖麻油 45%-55%和低碳醇(乙醇或丁醇)55%-45%調配而成,經沉澱獲得無色或淺黃色清徹透明的液體。

二、礦油型:用精制的輕柴油餾分加入稠化劑和其他添加劑制成。

三、合成型:用醚、醇、酯等摻入潤滑、抗氧化、防鏽、抗橡膠溶脹等添加劑制成是目前使用的最多的類型,有醇醚型,酯型和矽油型三大類。目前市場上使用做多的就是醇醚型和酯型。

TIP:機油更換小知識

由于其優劣直接關系刹車的可靠程度,因此制動液的選購事關車友生命安全,絕不可掉以輕心。對制動液的性能要求是:粘溫性好,凝固點低,低溫流動性好;沸點高,高溫下不産生氣阻;使用過程中品質變化小,并不引起金屬件和橡膠件的腐蝕和變質。而一輛新車運行一年的時候,他的制動液大概會吸入2%的水,一年半的時候水分的含量就達到了3%這些水會是制動液的沸點降低25%左右,幾年以後,制動液中的水含量就可能達到7-8%。這個時候的刹車油在高溫和低溫的界限行都會大打折扣,而且其中的水分可能會産生氣泡,對于刹車的使用産生氣阻。使得刹車力度變軟,安全性也會大大的降低。

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所以侃弟建議一般刹車油在四萬公裡或者三年更換一次。在更換的時候盡量選擇原廠或者品質更好的刹車油。在專業的售後點更換防止管路中因為操作不規範産生的氣泡。安全最重要,所以這點錢千萬不能省。

(三)供能裝置

調節制動所需要的能量以及改善傳動介質狀态的各種部件。例如刹車助力泵。一般常見的刹車助力泵有三種形式,即電動助力泵,凸輪軸真空助力泵和進氣道真空助力泵。

進氣道真空助力器是一個直徑較大的腔體,内部有一個中部裝有推杆的膜片(或活塞),将腔體隔成兩部份,一部份與大氣相通,另一部份通過管道與發動機進氣管相連。 它是利用發動機工作時吸入空氣這一原理(進氣道真空助力泵),造成助力器的一側真空。相對于另一側正常空氣壓力的壓力差,利用這壓力差來加強制動推力。

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因為現在為了解決充氣效率問題,一般進氣都裝有增壓裝置,也就不能從進氣道得到真空了。所以也就發明了凸輪軸助力泵,他們在原理上最大的不同是,凸輪軸真空助力泵一般采用凸輪軸與轉子同軸相連的葉片以偏心的位置進行轉動,在偏心旋轉過程中,葉片上方的容積被不斷的擠壓、釋放,這個過程便制造出了真空環境。來通入刹車助力泵中。相對于另一側正常空氣壓力的壓力差,利用這壓力差來加強制動推力。

自從北京的霧霾爆表以來,大家對于壞境的保護也越來越來越重視。國家大力的推動節能減排的政策,推動了汽車在混合動力車和純電動車領域逐漸的發力。不知大家有沒有想過“真空”的問題,當車輛依靠電機行駛時,原先獲取真空的方式都行不通了,但采用傳統結構的制動系統仍需要借助除駕駛員腿部以外的力量來更有效的推動制動總泵,電動助力泵成了最好的選擇。

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(四)制動警告裝置

一般就是刹車燈的形式,用來傳遞制動信息。

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(五)制動器

制動器是作用與車輪的最直接部件,一般分為鼓式刹車和蝶式刹車。

鼓式刹車

鼓式刹車應用在汽車上面已經近一世紀的曆史了,但是由于它的可靠性以及強大的制動力,使得鼓式刹車現今仍配置在許多載貨汽車上。鼓式刹車是由液壓将裝置于刹車鼓内将刹車片往外推,使刹車片與随着車輪轉動的刹車鼓之内面發生摩擦,而産生刹車的效果。鼓式刹車的刹車鼓内面就是刹車裝置産生刹車力矩的位置。在獲得相同刹車力矩的情況下,鼓式刹車裝置的刹車鼓的直徑可以比盤式刹車的刹車盤還要小上許多。因此載重用的大型車輛為獲取強大的制動力,隻能夠在輪圈的有限空間之中裝置鼓式刹車。

工作原理

簡單的說,鼓式刹車就是利用刹車鼓内靜止的刹車片,去摩擦随着車輪力經的刹車毂,由刹車油傳送到每個車輪的刹車分泵活塞,刹車分泵的活塞再推動刹車片向外,使刹車片接觸轉動的刹車鼓,以産生摩擦力使車輪轉動速度降低的刹車裝置。在踩下刹車踏闆時,腳的施力會使刹車總泵内的活塞将刹車油往前推去并在油路中産生壓力。壓車片與刹車鼓的内面發生摩擦,并産生足夠的摩擦力去降低車輪的轉速,以達到刹車的目的。

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優點:

(1)鼓式刹車所采用的刹車皮一般比較耐磨損。對于刹車皮與制動鼓的接觸面積大,在需要的時候可以提供更大的制動力,所以一般大型汽車使用直徑比刹車碟小很多的刹車鼓

(2)手刹車機構的安裝容易。有些後輪裝置盤式刹車的車型,會在刹車盤中心部位安裝鼓式刹車的手刹車機構

(3)制造的成本相對低廉。

缺點:

(1)鼓式刹車的刹車鼓在受熱後直徑會增大,而連續刹車會造成刹車片因高溫而産生熱衰退現象。

(2)刹車系統反應較慢,刹車的踩踏力道較不易控制,不利于做高頻率的刹車動作。

(3)構造複雜零件多,刹車間隙須做調整,使得維修不易。

盤式刹車

盤式刹車已成為當前刹車系統的主流。由于盤式刹車的刹車盤暴露在空氣中,使得盤式刹車有優良的散熱性,由于車輛的性能與行駛速度與日劇增,為增加車輛在高速行駛時刹車的穩定性,讓車輛在高速狀态做急刹車或在短時間内多次刹車,刹車的性能較不易衰退,所以産生了盤式刹車,盤式刹車可以讓車輛獲得較佳的刹車效果,以增進車輛的安全性。并且由于盤式刹車的反應快速,有能力做高頻率的刹車動作,因此許多車款采用盤式刹車與ABS系統以及VSC、TCS等系統搭配,以滿足此類系統需要快速做動的需求。

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刹車盤的構造和材料

盤式刹車盤(碟)分為實心盤(單片盤)和風道盤(雙片盤)。實心盤式我們比較容易理解,說白了,就是實心的。風道盤(Vented Disc),顧名思義具有透風功效。從外表看,它在圓周上有許多通向圓心的洞空,稱為風道。汽車在行使中通過風道的空氣對流,獲得更大效率的散熱。

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一般常見的刹車盤有鑄鐵的,但是現在一些大功率的跑車和豪華車上配備了更加優異性能的陶瓷盤。

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工作原理

顧名思義,盤式刹車以靜止的刹車卡鉗,夾住随着輪胎轉動的刹車碟盤以産生摩擦力,使車輪轉動速度降低的刹車裝置。

當踩下刹車踏闆時,刹車總泵内的活塞會被推動,而在刹車油路中建立壓力。壓力經由刹車油傳送到刹車卡鉗上的刹車分泵的活塞,刹車分泵的活塞在受到壓力後,會向外移動并推動刹車片去夾緊刹車盤,使得刹車片與刹車盤發生摩擦,以降低車輪轉速,好讓汽車減速或是停止。

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優點:

(1)盤式刹車的散熱性非常好,所以在長時間的制動不會産生熱衰退性造成刹車失靈。

(2)刹車盤在受熱之後尺寸的改變并不使踩刹車踏闆的行程增加。

(3)盤式刹車系統的反應快速,可做高頻率的刹車動作,因而較為符合ABS系統的需求。

(4)盤式刹車控制比較精密,因此左右車輪的刹車力量比較平均。

(5)排水性好,可以降低因為水或泥沙造成刹車不良的情形。

(6)與鼓式刹車相比較下,盤式刹車的構造簡單,且容易維修。

缺點:

(1)盤式刹車的刹車片與刹車盤之間的摩擦面積較鼓式刹車的小,使刹車的力量也比較小。

(2)為改善上述盤式刹車的缺點,因此需較大的踩踏力量或是油壓。因而必須使用直徑較大的刹車盤,或是提高刹車系統的油壓,以提高刹車的力量。

(3)手刹車裝置不易安裝,有些後輪使用盤式刹車的車型為此而加設一組鼓式刹車的手刹車機構。

(4)刹車片之磨損較大,緻更換頻率可能較高。

刹車輔助新技術

優良散熱性質的碟刹,和傳感器的搭配就出現了現在大家都知道的ABS防抱死系統,ESC車身穩定系統 和EBD電子制動力系統等等輔助駕駛的新技術,這些用來讓我更好的駕駛車輛的電子控制部件。當然這些是大家花了錢買回來的,但是大家可能并不知道這些系統是怎麼工作的,或者什麼時候才用的上他們。那麼侃弟就給大家簡單的了解一下他們的工作原理。

ABS 防抱死系統

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ABS防抱死系統的優勢是幫助我們更加科學合理的去使用刹車,老司機都知道當發生危險的時候,沒有配備ABS刹車系統在車輛在車輪完全抱死的情況下是非常危險的,甚至會失去轉向而發生側翻,但是不間斷的踩刹車讓刹車在即将抱死的時候又降低刹車力度,處于半滑移和半滾動的狀态是最好的,既不會失去轉向而且刹車的距離和時間也會大大的縮短。聰明的汽車廠商了解到不是人人都有老司機這樣的技術。于是研發出了電控ABS的防抱死系統,利用車輪上的傳感器感知車輪的運動狀态和電子刹車的控制系統。一般都ABS刹車系統刹車頻率可以達到每秒鐘60—120次。

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ABS在刹車時候的介入可以充分發揮制動器的效能,縮短制動時間和距離,有效防止緊急制動時車輛側滑和甩尾,而且具有良好的行駛穩定性可在緊急制動時轉向的同時具有良好的轉向操縱性可避免輪胎與地面的劇烈摩擦産生局部磨損嚴重。

EBD 電子制動力分配系統

考慮到複雜的路況可能每個車輪與地面産生的制動力都不一樣,所以工程師發明了EBD電子制動力分配系統,根據由于汽車制動時産生軸荷轉移的不同,而自動調節前、後軸的制動力分配比例,從而提高制動效能。

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EBD使用特殊的ECU(中央處理器)功能來分配前軸和後軸之間的制動力。當汽車制動時,中央處理器根據接收到的輪速信号、載荷信号、踏闆行程信号以及發動機等有關信号,經處理後向電磁閥和軸荷調節器發出控制指令,使各軸的制動力得到合理分配。EBD在汽車制動時即開始控制制動力,而ABS則是在車輪有抱死傾向時開始工作。EBD的優點在于在不同的路面上都可以獲得最佳制動效果,縮短制動距離,提高制動靈敏度和協調性,改善制動的舒适性。

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ESP 車身穩定系統

ESP和前邊介紹的制動力系統不同的是,他一般作用于牽引力的控制,與其他牽引力控制系統不同的是,ESP不但控制驅動輪,而且可控制從動輪。例如後輪驅動汽車常出現的轉向過多情況,此時後輪失控而甩尾,ESP便會刹慢外側的前輪來穩定車子;在轉向過少時,為了校正循迹方向,ESP則會刹慢内側後輪,從而校正行駛方向。使得車身的前進方向一直和方向盤的指向盡量的精确。

ESP并沒有獨立的硬件系統,隻是在ABS和EBD的基礎上運用了轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器、方向盤油門刹車踏闆傳感器等和獨立的ECU進行控制,傳感器負責采集車身狀态的數據。經過ESP電腦的計算當車身的指向出現偏差時馬上控制介入到工作,盡量的修正車身的行駛狀态能過滿足駕駛員的要求。

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所以帶有ESP車身穩定系統的汽車在過彎道的時候車輛的指向更加精準,對于一般後驅車的轉向過度和前驅車的轉向不足還有抓地力不足都有者極大的改善。

侃弟總結

日益完善的制動系統,使刹車控制變得輕松簡單,大家唯一控制好制動踏闆就可以,剩下的事情交給機械和電腦,能夠帶來全方位保護。不過,侃弟認為再好的制動系統也隻是冰冷的電子機械結構,真正的安全保障還包含良好的駕車習慣,讓車輛始終處于可控狀态。

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