汽车制动器刹车原理及发展方向研究
摘要:随着我国经济增长驶入快车道,人民的生活水平也获得了提升,而汽车
作为重要代步工具,正逐步驶入我国普通民众的家中。
其中,制动器作为保障汽
车安全有着至关重要的作用,为了更好的普及相关制动器的知识,本文以鼓式制
动器以及盘式制动器的特点为切入点,对汽车制动器刹车原理以及发展方向进行
研究。
关键词:制动器;鼓式制动器;盘式制动器;刹车原理;发展方向
引言
随着人们生活水平的提升,人们对于汽车已经不再是简单速度的要求,正逐
渐关注汽车的操控性以及安全性能。
因此,汽车的制动器获得了重要发展机遇。
目前,鼓式制动器与盘式制动器是汽车中普遍采用的两种制动器形式,从而确保
汽车在行驶过程中有着更为优良的可靠性、安全性与操控性。
鉴于此,汽车制动
器的发展对于提升我国汽车产业的竞争力有着积极的实际意义。
一、鼓式制动器
在盘式制动器没有进入汽车领域之前,汽车最早使用的制动器形式便是鼓式
制动器,并且其在各类汽车中有着普遍的应用。
然而,由于鼓式制动器的结构限制,导致其排水性以及散热性比较差,从而降低了其制动效果。
因此,盘式制动
器已经在桥车领域中逐步取代鼓式制动器。
此外,由于鼓式制动器具有较低的经
济成本,所以仍然使用在一些经济型轿车中,以便制动负荷比较小的后轮。
如图1所示,底板、制动鼓、制动蹄、轮缸(制动分泵)、回位弹簧、定位
销等是通常鼓式制动器的组成部分。
在车轴的固定位置中安装底板,并将制动蹄、轮缸、定位销以及回位弹簧等部件安装在上面,从而降低制动过程中的旋转扭力。
此外,每一个制动蹄中均装有摩擦衬片,并且与每一个鼓相对应。
通常在轮毂中
安装铸铁材料制动鼓,并且其可以与车轮一同旋转。
在汽车制动过程中,制动鼓
由轮缸活塞推动制动蹄而产生压迫,从而在摩擦的影响下使得制动鼓减速,并最
终使车辆停止运动。
轮缸在轿车制动鼓中通常只有一个,在汽车制动过程中,当总泵液压力作用
于轮缸后,轮缸两端活塞会同时在左右方向上向蹄端施加相等作用力。
但由于车
轮是旋转的,制动鼓作用于制动蹄的压力左右不对称,造成自行增力或自行减力
的作用。
因此,业内将自行增力的一侧制动蹄称为领蹄,自行减力的一侧制动蹄
称为从蹄,领蹄的摩擦力矩是从蹄的2~2.5倍,两制动蹄摩擦衬片的磨损程度也
就不一样。
为了保持良好的制动效率,制动蹄与制动鼓之间要有一个最佳间隙值。
随着摩擦衬片磨损,制动蹄与制动鼓之间的间隙增大,需要有一个调整间隙的机构。
过去的鼓式制动器间隙需要人工调整,现在轿车鼓式制动器都是采用自动调
整方式,摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓间隙。
现在的轿车采用鼓式制动器一般是用于后轮(前轮用盘式制动器)。
鼓式制
动器除了成本比较低之外,还有一个好处,就是便于与驻车(停车)制动组合在
一起,凡是后轮为鼓式制动器的轿车,其驻车制动器也组合在后轮制动器上。
这
是一个机械系统,它完全与车上制动液压系统是分离的利用手操纵杆或驻车踏板(美式车)拉紧钢拉索,操纵鼓式制动器的杠杆扩展制动蹄,起到停车制动作用,使得汽车不会溜动:松开钢拉索,回位弹簧使制动蹄恢复原位,制动力消失。
二、盘式制动器
通过利用摩擦力将动能转变为热能,从而使得汽车丧失动能而最终停止便是
汽车制动的主要原理。
基于此,制动系统的散热性对于保障汽车的制动能力有着
极为关键的作用。
若是汽车中的制动系统长期保持高温情况,则会严重的影响动
能与热能的转换,进而导致汽车制动性能受到影响。
此外,制动器所产生的热量
与汽车的速度成正比关系,并且严重影响汽车的制动性。
因此,为提升汽车的制
动性,需要积极解决制动器的散热问题。
所以,盘式制动器由于良好的散热性能
而在目前获得了普遍应用。
盘式制动器又称为碟式制动器(如图2所示),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,动作起来就好像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。
三、鼓式与盘式制动器优缺点对比以及发展方向
对比上述两种制动器,人们一般会认为“盘式刹车”制动器比“鼓式刹车”制动
器要好,实际这种理解并非完全正确。
判断一种制动器好坏,应从制动力、制动
稳定性、制动恒定性三方面考虑,甚至应考虑到制造成本。
每种制动器都有各自
的优缺点。
从制动力方面进行比较,“鼓式刹车”制动器利用“杠杆原理”增大力矩,推动
两片制动蹄片与制动鼓接触摩擦,接触面为制动鼓整个内径,所以接触面积和制
动半径较“盘式刹车”制动器大很多,在相同输入条件下,“鼓式刹车”制动器比“盘
式刹车”制动器制动力要大很多。
所以现在很多载货重型卡车采用的是“鼓式刹车”
制动器,以获取很强的制动力,保证行车安全性。
从制动稳定性方面进行比较,“鼓式刹车”制动器是依靠回位弹簧分离制动蹄
片与制动鼓,所以当两者间隙变大后需要经常手工调整,极不方便,并易产生弹
簧失效,造成制动拖滞。
而“盘式刹车”制动器是利用活塞缸作用推动摩擦片夹紧
制动盘,无须手工调整间隙,所以在稳定性方面,“盘式刹车”制动器优于“鼓式刹车”。
从制动恒定性方面进行比较,“鼓式刹车”制动器是一种比较封闭的形式,且
制动蹄片与制动鼓接触面积较大,长时间制动或下坡点刹过程中会产生大量热量,导致制动力降低。
而“盘式刹车”制动器是一种开放的形式,摩擦片与制动盘接触,且暴露在空气中,散热性能较好,摩擦产生的热量很容易被流动的空气带走。
所
以其制动恒定性远胜于“鼓式刹车”制动器。
鉴于“鼓式刹车”和“盘式刹车”制动器各自优点,人们还设计了“盘鼓结合式”制动器,在制动盘中间设计加装制动鼓结构,形成既有制动盘又有制动鼓的制动器。
这样既满足力汽车具有足够的制动力,同时又保证了汽车制动稳定性、恒定性。
但“盘鼓结合式”制动器结构复杂,占用空间更大,且需要两套制动管路,进行分
别控制,控制策略较复杂,生产成本较高。
所以虽然这种制动器集成了“鼓式刹车”和“盘式刹车”两种制动器的优点,但无法在一般汽车中广泛普及。
近年,在新技术方面,陶瓷制动盘在汽车制动器材料应用中已经具有较深的
研究成果,国外很多超级跑车已经应用此项技术,例如,奥迪S8前、后轮制动
盘材料是由高强碳纤维和碳化硅组成的复合陶瓷材料制成,重量轻,制动力大,
车辆安全性及操控性好。
采用陶瓷材料的制动器制动及散热性能比铸钢制动盘更
好,且不会生锈,因其抗热性和散热性更高,比普通铸钢制动盘高出很多倍,所
以制动稳定性和恒定性更高,同时其重量比普通铸钢制动盘减轻了50%左右,耐
久使用寿命却增长了4-6倍。
四、结语
基于成本及空间限制,“盘式刹车”制动器无法完全取代“鼓式刹车”制动器,“盘鼓结合式”制动器也未能广泛普及,但基于“盘式刹车”制动器巨大优势,将成
为未来制动器发展的主流方向。
目前小型汽车制动器多采用前盘后鼓式布置形式,少数高级汽车制动器多采用四盘式布置形式,甚至于更高级的汽车制动器已经采
用新的制动材料。
随着汽车制动技术的发展及新材料的应用,制动器将会更加轻
量化、集成化与小型化。
参考文献
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