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汽车盘式制动器的构造及工作原理

汽车「盘刹」制动系统结构与运行原理很简单

  • 汽车「盘刹/碟刹」的结构与原理可以用两个字总结:迫&磨!

「碟刹」是自行车常用的称呼,其制动原理的关键词是“拉”。通过刹车手把拉动刹车拉线,拉动刹车盘两侧的卡钳里的刹车片,夹住刹车盘以摩擦的方式克服刹车盘的转矩。以相互作用力的抵消实现刹车盘停转,也就是减速。由于自行车的碟刹结构很容易识别与理解,所以有些用户也认为汽车或摩托车的【盘刹】也是“拉动摩擦制动”,然而这是错误的理解。

 


拉or推

  • 刹车油的别称是什么?——迫力油

迫力≠魄力,其概念可以理解为“压迫”“挤压”。汽车制动系统的动力源来自「刹车总泵」,泵的概念是为液体增压的机器,通俗的解释为挤压液体使其一定程度的压缩,并且通过限制其流动的方式使其挤压另一端运动或持续形成压力。迫力油(刹车油)会填充在刹车总泵与刹车油管中,并且会连接四个车轮的分泵,而每个分泵上会集成刹车片与刹车盘。

图1:刹车总泵“迫”使刹车油流动到分泵,并挤压刹车盘与刹车盘接触减速的概念。

 

图2:刹车总泵的结构特点。

 

图3:刹车分动的结构特点。

 


摩擦减速

  • 在了解了「迫力油」的传动原理后,再来了解一下刹车盘的知识点。

刹车盘与轴头刚性结合固定,通俗的描述为:刹车盘与车轮以相同的转速旋转,车轮转则刹车盘转、刹车盘停转则车轮停转。这点相信是很多汽车用户并不了解的知识,汽车减速并不像自行车普通的「V型刹车」一样去摩擦轮毂减速,因为汽车行驶中的巨大惯性作用力不能通过这种方式制动,否则轮毂会快速的变形而损坏。

 


  • 转矩的概念

汽车动力输出的所有节点都依靠“旋转”,比如发动机是通过飞轮的转动带动离合器或变矩器转动,随即变速箱齿轮组的转动带动传动轴转动,传动轴在带动圆形的车轮转动并输出动力。汽车专业术语中有一项叫做「轮上功率」,实际称之为「轮上扭矩&转矩」会更容易理解。因为车轮的转动本质上等于发动机飞轮的转动,只是通过一些复杂结构进行了传递;而发动机的输出的动力实际应叫做转矩,是一种作用力的概念。

 

「摩擦力&转矩」,转矩是一种作用力,摩擦力也是一种作用力。区别仅仅为两者在接触时为“相互作用”“相互抵消”!刹车分泵通过迫力油的巨大压力将刹车片“按在”刹车盘上进行摩擦,摩擦产生的作用力为刹车盘的运行阻力。此时汽车不再加油门则车轮不再有持续的转矩,假设转矩为1000N·m,摩擦力为200N·m,通过持续接触则能够逐渐消耗掉1000N·m的作用力,实现让车辆缓缓的停车,这就是“碟盘刹”制动系统的原理。

 


盘刹为什么会成为家用汽车的主流选项?

  • 核心因素:散热能力强!

汽车制动系统分为「碟刹&鼓刹」两类,其中鼓刹主要应用于中大型客货车上。原因为此类车的总质量很高,在刹车减速的过程中需要非常大的制动力;而刹车片与刹车盘或刹车鼓在足够大的作用力下会有极高的摩擦力,也就等于极快的磨损。刹车盘主要以「HT250型灰铸铁」为原材料,这是一种制造成本相当高的钢材,对于消耗过快的商用车型而言真的是用不起的,于是选择了鼓刹。

 

「鼓刹」的“刹车盘”被改造为圆形的鼓状物,就像是唐僧的“紫金钵盂”一样。不过鼓刹选择的材料级别要低一些,普通的钢材虽然耐用性差一些但好在更换的成本也低得多,这就鼓刹被商用车认可的原因。不过鼓刹也有很大的问题,因为制动蹄(刹车片别称)固定在刹车鼓内部,摩擦动作是在鼓内完成;结果会造成摩擦产生的高热能无法快速的挥发,持续的高负荷刹车会快速加温摩擦片使其摩擦系数大幅下降——刹车变弱或者刹车失灵,驾驶鼓刹客货车是需要相当技术水平的,或者配合低成本喷淋降温系统,亦或者是高成本直接制动传动轴的“液力缓速器”。

 

知识点:小微型载客汽车(家用汽车)的用户往往不具备专业的驾驶技术,同时也基本不掌握刹车失控的应急处理能力。所以鼓刹并不适合此类车型的用户,那么也就只能选择碟刹了!——碟刹的刹车盘、片、分泵均裸露在空气中,汽车行驶中的空气气流可以有效的为盘刹系统降温;其次大部分车辆的前刹车盘还会采用“打孔通风盘”,刹车盘内部结构有加强散热的能力。所以盘式刹车会安全很多,这就是家用车选盘刹的原因,关于刹车就聊这么多了。

 

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