汽车制动系统注意事项(汽车制动系统可能没你想得那么简单)

汽车制动系统注意事项(汽车制动系统可能没你想得那么简单)(1)

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去4S店买车,经常听到刹车有碟刹、鼓刹,那么,两种刹车有何特点?哪种更好?

另外,经常听到一些与制动相关的名词,如:ABS、ESC、ESP、EPB、ibooster等?这些又是什么意思?用来干嘛的?

今天,我们用一篇文章来介绍下汽车制动系统的前世今生,可能并没有你想得那么简单。

汽车自诞生之日起就有了刹车。

1.源起:机械制动时代

19世纪80年代,德国科学家卡尔·本茨发明了世界上第一辆真正意义上的汽车。

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奔驰一号

这台车当时搭载的是一台单缸、四冲程汽油机,排量0.93升,功率只有0.8马力,整车重254公斤,最高时速16公里,没有倒挡。

当年,贝塔·本茨(世界上第一位司机,女司机)驾驶着这辆车去转娘家,完成了人类首次长途驾驶(大概105公里),在行驶过程中发现刹车刹不住,便找了个鞋匠,定制了一块刹车片,刹车片就此诞生。

那个时候,汽车制动系统很简单,就是依靠杠杆原理,将力传递给制动器(早期为木块,后来演变成橡胶块),制动器与轮胎之间产生摩擦,然后将车刹住。

由于早期车速低,简单的机械制动系统勉强能够将车辆刹住,但随着汽车技术的发展,车速越来越高,制动系统急需改进。

1900年,威廉·迈巴赫发明了最早的鼓式制动器,后来在1902年,雷诺汽车创始人路易斯·雷诺对其进行了改良。这种机械鼓式制动器位于车轮中央,制动蹄位于制动鼓内部,摩擦片附着于制动蹄上,制动时通过把制动蹄压向制动鼓从而实现制动功能。

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鼓式制动器

1902年英国工程师佛雷德里克·威廉·兰切斯特设计出了汽车盘式制动器并申请了专利。当时由于材料所限,所以摩擦片是铜片,而制动盘是铁质圆盘,刹车时会产生刺耳的声音。

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盘式制动器

此外,当时的路况非常恶劣,铜制刹车片很快磨损,寿命很短,所以当时盘式制动器并没有流行起来。

鼓式制动器在随后很长一段时间内被广泛使用,但由于鼓式制动器先天的设计缺陷,在制动时产生的大量热量无法及时散出,大大降低了制动性能,里面进水以后更会影响刹车性能,而盘式制动器则不存在这些问题。

于是,人们又把目光转向了盘式制动器,随着材料科技的发展,摩擦片已变成了有机摩擦材料,摩擦系数大、噪音小、价格低廉,使得盘式制动器变得比鼓式制动器更为流行。

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在随后汽车制动系统的发展中,制动器都离不开以上两种原理,提升的方向在于怎么让刹车更省力、更舒适、更安全。

2.风云变幻:液压制动的诞生

1921年,美国的道奇兄弟公司首次在汽车上使用了液压制动系统,其优点是操作轻松、制动力度大,成为了制动系统的重要里程碑。

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液压鼓式制动原理

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液压盘式制动原理

液压制动系统的出现,让驾驶员可以以更小的力踩踏制动踏板来获得一样的制动效果,达到辅助制动的效果。

3.科技进步:真空助力与防抱死

虽然有了液压制动系统,但刹车踩起来还是比较费劲,能不能更省力点?

到了20世纪50年代,真空助力制动器的出现,使得司机们再也不需要像之前那样费力地踩制动踏板了。

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真空助力器及部件

真空助力器处于制动踏板和制动主缸之间,它将踏板力经过一级放大后传递给制动主缸,再经二级放大后传递给制动器,从而实现制动。

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制动力从踏板到轮缸示意图

真空助力器是怎么工作的?

车辆启动后,助力器腔内会形成一定的真空,当踩下制动踏板时,助力器的后腔进气阀打开,后腔充气至大气压,与前腔形成压力差,形成对制动主缸的推力,从而实现了真空辅助刹车的目的。

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真空泵在发动机启动后才能工作,这就为什么发动机不启动时,刹车很硬,踩不下去的原因。

行文至此,人类已经能轻松的将较小的力进行放大并快速使轮胎停止转动,但这样做并不安全。

在车速较高或路面比较湿滑时,如果制动力较大,轮胎直接停止转动,车辆就会失控。

前轮抱死,车辆会失去方向控制,后轮抱死,车辆会进行甩尾失控,大大降低了车辆的可操作性和安全性。

于是,ABS(防抱死制动系统)出现了。

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1978年,梅赛德斯-奔驰首次在量产车型上应用了ABS,显著提升了汽车的行驶安全性。

ABS整个系统很复杂,简单来讲,就是当刹车踏板被踩下时,ABS系统会时刻检测四个轮速,及时调整各个轮子的制动压力,使轮子与地面保持最佳附着力而不被抱死,司机只要无脑的将刹车踏板踩下即可。

在很长一段时间里,只有一些豪华车才配备ABS系统,现在基本上是标配了。

4.智能时代:电子车身稳定系统

ABS解决了刹车失控的问题,但有时候我们会发现,在急转弯的时候,即使不踩刹车,车辆可能也会失控,怎么才能让车辆转弯时更安全?

所以,在21世纪初,ESP(Electric Stability Program,电子车身稳定程序)出现了。

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ESP可以说是ABS的升级版,它集成了车轮防抱死、制动力分配、牵引力控制、车身动态稳定控制功能。

当车辆出现转向过度或不足、侧滑、甩尾、车身摆动而驾驶员无法控制时,ESP通过控制四轮,有针对性的对各个轮胎减小或增加制动力使车辆修正行驶轨迹,便于驾驶员控制车辆。

ESP已成为车辆的重要安全配置之一,一款车没ESP,卖车的都不好意思说,买车的不提,好像自己不懂车一样。

目前ESP的供应商有德国BOSCH、大陆、美国天合TRW、德尔福、日本电装DENSO、爱信、韩国万都等。

由于BOSCH发明了ESP并注册了商标,所以其他家的车身稳定系统只能叫ESC(Electric Stability Control)了。

5.未来展望:智能驾驶的新篇章

随着汽车行业向智能化、电气化发展,制动系统也迎来了新的挑战和机遇。AEBS、ibooster等一大批新技术涌现。

以上提到的都是一些主动刹车技术,即需要司机主动操作,而有时候,在紧急情况下,司机根本来不及反应,所以AEBS就应运而生了。

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AEBS(Advanced Emergence Braking System)系统通过摄像头或雷达检测和识别前方车辆,在有碰撞可能的情况下先用声音、警示灯提醒司机进行制动。若司机仍无制动操作,系统就会采取自动制动措施来减轻或避免碰撞。

随着近些年电动汽车的发展,前文提到的传统真空助力器显然无法在电车上使用,因为真空泵需要与发动机进气歧管连接才能获取真空,而电动车上没有发动机。

于是,iBooster(intelligent Brake System,智能刹车系统)出现了。

iBooster完全脱离了真空这个字眼,它是通过电机带动齿轮来实现助力的。

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博世(Bosch)线控制动系统iBooster

①是安装螺栓;②是踏板行程传感器;③是油壶(储油罐);④是制动主缸;⑤是电机和控制器;⑥是输入杆。

驾驶员踩踏制动踏板后,输入杆会产生位移,踏板行程传感器探测到输入杆的位移,然后将此信号发送给控制器,控制器计算出电机应产生的力矩,再由传动装置将该扭矩转换为给制动主缸的制动液压力。

iBooster刹车响应快、精准、安全等级高,同时制动过程更平顺、柔滑,所以称其为电动汽车和自动驾驶而生毫不为过。

6.停车制动

上面提到的都是行车制动相关的技术,即车辆在行驶过程中如何让车迅速、安全地停下来。

而车辆熄火静止后,我们也要把车辆固定住,防止其移动,这种技术叫做停止制动技术。

最常见的就是机械手刹,这种技术成熟、可靠,至今很多车辆仍然在使用。

但总有粗心大意的司机,熄火后忘记拉手刹、起步时忘记抬手刹。

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所以,EPB(Electric Parking Brake,电子驻车)就出现了。

EPB就是我们常说的电子手刹,它的刹车原理与机械手刹类似,但EPB用起来可要舒服多了。停车挂P挡后,电子手刹会自动拉起,车辆启动时,若忘记松手刹,EPB也会自动释放,再也不用担心忘记拉手刹了。

一般,在电子手刹旁边还有个AUTO H的按钮,全称是AUTO HOLD(自动驻车),它与EPB又是啥关系?

EPB主要用于长期停车(仅用于P挡或N挡),而AUTO HOLD则主要用于短期停车(可用于D挡)。如红绿灯时,不想脚踩刹车,可以打开AUTO HOLD,等绿灯亮时,直接踩油门就能走,在半坡起步时,这个功能就更实用了!

结语

汽车是一个非常复杂的系统,仅一个制动系统里面就有这么多学问。汽车技术的更新迭代,始终在追求更安全、更舒适、更智能、更环保。

后期有机会再与大家分享一些悬架、转向等方面的知识。

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