轻轻的一脚刹车是怎么让几吨甚至十几吨的汽车减速或停车的?今天详细讲解汽车的刹车系统结构和工作原理,这也是汽车底盘的第四期。往后几期、十几期都会延续汽车底盘的相关内容。
先来看汽车刹车系统的结构和基础原理。当踩下刹车踏板时,刹车踏板后面的助力泵就会把踩刹车的力放大,因此这股力就会推动后面刹车总泵里面的活塞。刹车总泵后面又连接了四条油管,里面装着刹车油,这四条油管就分别对应连接在四个车轮的刹车分泵上面。
当刹车总泵里面的活塞被推动时,活塞又会挤压四条油管里面的油液。由于油液具有不可被压缩的特性,这些刹车油就会顺着油管被挤压到车轮上的刹车分泵上。其实刹车分泵也是一个活塞,油液就会把活塞往内推。进而,因为刹车分泵的活塞以及刹车卡钳、刹车片、刹车盘都集成在一起,活塞向内挤压就会迫使刹车卡钳向内夹紧。
刹车卡钳两边都是刹车片,中间则是刹车盘。刹车卡钳夹紧后,就会迫使刹车片和刹车盘加紧摩擦,而这个摩擦力就是刹车的制动力。刹车卡钳向内夹的越紧,刹车制动力也就越大。因此,这就是刹车系统的基础原理。
重点要讲解的是刹车踏板后面的助力泵。传统燃油车上最常见的就是真空助力泵,它被分为两个腔室,中间由橡胶隔膜隔开。只要发动机启动,这两个腔室就会被发动机抽成真空。当踩刹车踏板时,就会给左边腔室打开一个小孔,让空气进入。随后,利用空气挤压真空的特性,左边有空气的腔室就会推动右边真空腔室产生助力,这就是刹车助力的来源。
那些说下坡熄火发动机省油的,看到这里你还敢吗?因为一旦熄火,发动机就没有了刹车助力,车子甚至可能都停不下来。现在的电车根本没有发动机,那么它是怎么实现刹车助力的呢?其实也很简单——把真空助力泵换成电子真空助力泵,用电机来代替发动机抽真空,从而同样能达到真空助力效果。
如今很多燃油车上也使用电子真空助力泵,这样既能减少发动机负荷,也能少烧油。这就是油车和电车刹车的本质区别。在一些高端车上则完全抛弃了液压刹车系统,直接采用线控制动。在这种设计中,刹车踏板上装有传感器,可以识别驾驶员踩踏程度,然后再给每个车轮上装一个电机,通过电信号驱动电磁泵来控制车轮的刹车力度。
你可能觉得这种做法不安全,事实上机械结构在稳定性方面确实更可靠。这类方案不会大规模量产,因为成本非常高,所以一般消费者也接触不到。
另外,卡车和货车上常见的气刹,并不是液压系统,而是通过空压机产生高压空气,利用压缩空气的膨胀力来实现刹车制动。虽然原理类似,但由于结构差异较大,这里就不再细讲。
在汽车的刹车结构中,后轮的刹车也有较大区别。刹车踏板主要控制液压制动系统,制动力分配基本以前轮为主,后轮的制动力占比较少。后轮制动力主要依赖手刹系统。脚刹主要刹前轮,后轮在行车时提供一定辅助制动,用于动态平衡。而手刹则完全作用于后轮,负责驻车,与行车制动是两套独立系统。
手刹系统主要有两种,一种是钢丝拉线的机械手刹,一种是电子手刹。机械手刹的拉杆下方有一套齿轮结构,驾驶员通过杠杆原理控制两根钢丝拉线,分别拉紧左右两个后轮的驻车机构,从而让刹车片与刹车盘抱死,达到驻车目的。
电子手刹的原理不同,它是在两个后轮上各安装一个电机。当按下电子手刹按钮后,电机推动后轮上的驻车活塞将其锁死。无论是电子手刹还是机械手刹,都独立于行车制动之外。因此,如果遇到刹车踏板失灵,紧急使用手刹或许能救命。
而车轮上的盘式刹车与鼓式刹车,其结构原理将在下一期详细讲解。后面的几期、十几期都会继续汽车底盘相关内容,有兴趣的读者可以保持关注,以免错过后续讲解。
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