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汽车刹车的原理是什么?

作者:火博游戏 发布于:2020-07-30 00:13 点击量:

  刹车是车辆行驶安全的重中之重,即使车辆发生其它系统的故障,如果刹车有效,驾驶员也能将车辆停住,避免撞车,撞人,撞墙。在刹车的使用,安装,更换,和维修的过程中,如果稍加不注意就会为酿成大祸埋下隐患。下面就分享并介绍刹车的组成,工作原理,注意事项等等。此篇文章不提及鼓式刹车。

  大家都知道,空气是可以被压缩的,而固体在高温下会变软,因此在刹车的过程中,特殊的液体被选择用来传递刹车过程中的媒介。制动液就是这样一种特殊的液体。

  。。制动液不会被压缩,比如说一根透明等粗的管子,里面装满液体,左右都塞上密封完好的木塞,将左边的木塞往里面推1cm,右边的木塞就会出来1cm。如果右边的木塞被固定了,左边的木塞就推不动了。

  。。制动液耐高温,沸点高,在一定的高温下不会变质,不会沸腾,不会产生蒸汽。但是随着时间的推移,制动液的品质会发生变化,如下图(从最新到1年,18个月,2年,3年的沸点变化),因此制动液应该在厂家的固定时间或者里程数更换。不是说不能用了,只是说极端情况下刹车效果会不那么优秀了,就是一种安全防范。

  。。制动液有不同的类型和颜色,一般分为DOT3和DOT4,颜色为因生产厂家而定,你可以在制动液储存箱的盖子上找到,如下图箭头处。DOT4的等级比DOT3高,因此使用DOT3的车也可以加入DOT4的制动液,但是DOT5不能替代DOT3和DOT4,除非厂家指明。

  打开引擎罩,制动液储存箱被安置在驾驶员一侧,通常后面有一个黑色的圆鼓(有时候被隐藏在铁板后,看不到),黑色圆鼓是真空助力器,因为液体很难压缩(或者说推动),它是为了增加驾驶员刹车时所需的力而存在的。

  。。打开盖子之前最好用自来水将表面的灰尘清洗掉,以免灰尘进入制动液影响其品质。

  。。储存箱侧面有两个标记,一个是MAX(液面最高标记),另一个是MIN(液面最低标记),用手电筒照射箱子另一侧,你就会看见箱子里液面的高度,液面高度应该在MAX和MIN之间。

  。。新车一般液面高度处在MAX,如果液面过低有两种常见可能,一是刹车片快磨光了,二是管道中有地方漏制动液。

  红色部分即为制动钳总成,下面一一介绍。(下图是一个简单的制动钳构造,如丰田的卡罗拉。而马自达和斯巴鲁的制动钳总成则有所不同,但原理都是一样的,只是在维修,更换时有些地方需要特别注意。)

  Pad(刹车片):刹车片就相当于自行车上的刹车橡皮,刹车长时间使用之后会消耗其厚度。不同车型的刹车片形状大小不一样,厚度不一样,内外放置的顺序不一样。只有正确的型号才能放置在制动钳总成上,大了放不下,小了会影响刹车性能。

  上图是新旧刹车片厚度对比。红色箭头之间的厚度是判断刹车片是否需要更换的参照物,如有些厂家建议低于3mm即需更换,就是测量红色箭头之间的厚度。绿色箭头之间的东西是刹车片的座子,作用是散热,隔热,受力,固定刹车片在制动钳上。

  Shim(刹车片垫片):其作用是降低刹车时噪音,散热,隔热,保护与刹车片直接接触的零件,如橡皮等。而有些垫片上会带有wear indicator(磨损指示器)。当刹车片磨损到一定程度时,指示器就会在刹车时接触到制动碟,然后发出非常刺耳的连续的噪音,噪音就是提醒驾驶员应该尽快检查刹车片是否需要更换。如下图,右边刹车片后面银色的金属片就是shim,不同车的磨损指示器会有所不一样,但是道理和作用都是一样的。

  注意观察上图左边绿色的刹车片和指示器,你会发现有一部分指示器伸出了座子一小段,当刹车片被磨损到此厚度时,金属片和刹车片就会同时接触到制动碟。

  Pad Clip(刹车片牢固夹):其作用是将刹车片固定在制动钳的支架上,使其不会自由移动而影响刹车效果和降低噪音。

  Support bracket(支架):放置刹车片的地方,如下图。而卡钳室也安置在支架上,将整个刹车片包住。刹车碟就位于两个刹车片的中间。

  Caliper body(卡钳室):如下图整个装置。活塞的里面充满着制动液。

  Piston(活塞):如上图,活塞的一面是与一块刹车片接触,另一面则是制动液。

  当驾驶员踩住刹车时,刹车踏板推动制动液,制动液就会把活塞推出,活塞就继续推贴着它这一面的刹车片,使两个刹车片刹住制动碟。

  当驾驶员松开刹车时,活塞背部的制动液就没有顶着活塞了,这时制动碟开始转动产生旋转的力,将刹车片弹开,贴着活塞那一面的刹车片就会把活塞顶进去一点,刹车片和碟之间只要有那么一点缝隙,制动碟就可以自由转动,不受阻力了。

  Guide pin(滑动销):它可以让这个卡钳室在支架上来回自由移动。滑动销上一般需要涂上特殊的刹车装置的油,这种油在冷热的急剧变化后不会变干,仍然会保持润滑的效果。如果其中一个滑动销的润滑效果变差,当刹车时,卡钳室很可能就只有一侧会来回移动,这样会导致刹车片受力不均,时间久了,就会出现贴着活塞那一面的刹车片的一边很厚,而另一边快要被磨光。注意观察下图红箭头处。

  所以在不打开卡钳室检查刹车片的厚度是否足够的时候,一定要看清楚,两块刹车的左边,中间,右边是否都足够。而不要图省事,只看一边,或者只看一块。有些卡钳室会挡住刹车片,这种情况就需要打开卡钳室检查清楚。

  Bleeder screw(放气阀):前面有提到过,空气是可以被压缩的,在加上空气受热很快等等因素,因此,整个制动液的管道中是绝对不允许一点空气的存在。放气阀就是将整个管道里面的空气排出的阀门,也是更换制动液时所需要的阀门。它一般设置在卡钳室的后部,有一个黑色的塑料盖。

  制动碟与轮胎是连接在一起的,轮胎转的速度=制动碟转的速度,因此刹住了制动碟=刹住了轮胎。制动碟的表面应该是干净光滑的,如果制动碟不干净,有灰尘,或者表面不光滑,刹车时就会产生噪音。制动碟也会被磨损,其厚度也会慢慢变少,道理与刹车片一样。当制动碟极度不光滑时,驾驶员踩刹车的时候会感觉到刹车踏板会有抖动的现象。此时就需要更换制动碟或者进行打磨。

  不是每个刹车碟都可以被打磨的,需要先测量其厚度,每个车厂都有其最低厚度标准,低于最低厚度就需要更换新的刹车碟。由于成本和时间效率的关系,一般都选择更换新制动碟。前轮的制动碟要厚于后轮,因为刹车时车辆重心在前,惯性向前,前面受力会更多,并且前轮控制着车辆行驶的方向,因此前轮的轮胎也尽量是四个轮胎中状况最好的两个。(之前的文章有提到过,现在补充一点,前轮的两个轮胎不仅要状况好,而且两个轮胎的牌子和型号要一样。)

  c. 小活塞推动制动液,液体被密封在管道中无处可去,就只有推后面d处的大活塞

  d. 大活塞推动刹车片,刹车片把制动碟加紧进行刹车。(道理跟自行车刹车差不多)

  有ABS的车辆,在制动碟的后部会多一个齿轮和感应器,它是用来检测轮胎速度的,不同的ABS系统检测轮胎的数量也不同。在制动液的管道中,还会加入一个制动液调制器(modulator unit)。

  简单的来说,ABS电脑(control module)通过感应器得知相应的轮胎速度,当驾驶员刹车时,如果ABS电脑感知有一个轮胎有被锁死(即轮胎不转动)的趋势,它便会控制相关轮胎刹车的制动液的分配,有些轮胎需要多一些刹车力就在那个相应的管道内多推出一点制动液。有些轮胎需要少一点刹车力就不在管道内推制动液,连续起来就相当于驾驶员在不停地踩刹车,不过频率要快很多,以此来调节轮胎的速度,防止轮胎被锁死。

  上图右边为无ABS的汽车,在湿润地面,当驾驶员刹车时,轮胎如果被锁死,此时前轮速度为零,但是车的惯性会使车依然向前滑行一段距离。

  上图左边为有ABS的汽车,在湿润地面,当驾驶员刹车时,ABS会防止轮胎被锁死,而采用不断点刹的方式,每一次点刹,都会为车辆提供刹车的力,这样对比无ABS的汽车,有ABS的汽车此时的制动距离会更短。

  上图上边一辆车是带有ABS的,当车辆前方突然出现障碍物,驾驶员踩刹车,并改变行驶方向,这时电脑会读取轮胎速度,和方向盘的方向,瞬间计算出各个轮胎在这个方向行驶所需的速度,不让轮胎被锁死,然后进行调整。使车辆能够在刹车的情况下,也能转弯。

  而上图下边无ABS的车辆,虽然前轮的方向是改变了,但是如果此刻前轮被锁死,即前轮速度为零,因此前轮就像车的一个橡皮垫,车辆只会随着惯性向前滑行。(因为车辆转弯时,四个轮胎速度都不一样,有快有慢才能转弯。)

  下图即形象的解释了ABS的工作结果,左边为有ABS的车,它在不停的调整刹车,而右边为无ABS的车,它只想跟着惯性走。

  其实,从刹车系统的总体结构上来看并不复杂,它主要由以下几个部分组成:刹车踏板、刹车总泵、刹车分泵、真空助力泵、刹车油管、刹车盘片、手刹制动、ABS系统等组成。

  刹车系统主要是通过液压原理将脚上的力量释放给车轮。这股让车子停下来的力量可要比人脚踩的力量大很多很多。之所以能这样,离不开帕斯卡定律,用液力放大及杠杆原理。

  液压技术无论是在工业中还是民用中,被广泛的应用,车子更是不例外。车子的N多部件都离不开液压技术,比如:液压助力转向、变速箱、减震器、支撑杆等等,刹车系统更是汽车领域中使用液压技术中的代表作。

  当驾驶员踩下刹车踏板,刹车踏板向下的行程中会推动制动总泵工作,总泵中的制动液会被输送到各个分泵中,刹车分泵中的活塞被推动后,使刹车片与刹车盘产生强烈的摩擦力,这种力,就可以使车辆减速或者急刹。

  问题是「刹车原理」,不是「制动系统结构」也不是「ABS工作原理」。长篇大论既不利于科普也不利于传播。高中物理知识:

  正常行驶,车轮纯滚动。有 v(轮心平动速度)= r(轮胎半径)×ω(车轮角速度)。

  踩刹车,给车轮(制动盘)施加阻力矩,ω减小,rω减小,但由于惯性,踩下制动后v不能突变,所以v和rω有了速度差,车轮和地面产生相对滑动或滑动趋势。

  汽车刹车的原理是摩擦。 所有的汽车,都要用一种耐磨的刹车片,与汽车旋转部位紧紧贴合,靠摩擦力使转动部位停下来。 被摩擦方式有不同,可以分为鼓和碟两大类。跟自行车类似,鼓的方式,是从内向外张开,刹住旋转的鼓,碟的方式,是从两边夹紧旋转的盘。 刹车动力,最原始的来自人的脚,气动刹车,脚只是一个开关,踩刹车使的劲大小与刹车效果没有关系。液压刹车,动力也是来自人的脚,现在的车有真空助力,一部分动力来自人的脚,大部分动力是发动机产生的真空。

  刹车是利用固定不转的部件接触转动的部件,产生摩擦力,使转动的部件减慢转速甚至停止。汽车转动部件就是轮毂制动鼓(鼓式制动器),或者轮毂制动盘(盘式制动器);鼓式制动器常见的固定部件是制动器的制动蹄,通过外张与制动鼓内侧接触而产生制动效果。盘式制动器常见的是制动钳收缩从两侧压紧制动盘,阻止其转动。

  而对于刹车的动力,分为气刹和油刹。卡车用一般为气刹鼓式制动器,也有前盘后鼓式。轿车一般为油刹盘式制动器。

  对于脚踩刹车,只不过是起到一个促动作用,使车辆系统的油压或者气压管路开始工作,为制动提供动力。

  题主的问题是“汽车刹车的原理是什么?”那我们就从原理方面来解答这个问题。

  汽车受到与行驶方向相反的外力时,才能从一定的速度制动到较小的车速或者直至停车。这个外力只能由地面和空气提供。但由于空气阻力相对较小,所以实际上外力主要是由地面提供的,称之为

  车轮半径r保持不变,当车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时的摩擦力矩Tu越大时地面对车轮的法向作用力也就越大,也就是阻力越大,制动距离越短。但这不意味着地面制动力可以无穷大。

  在轮胎转动的过程中,轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需要的力我们称之为制动器制动力,用符号Fu表示,Fu=Tu/r

  随着制动器的力变大,地面给车轮的地面制动力和制动器制动力大小相等,而且随之增大。

  当地面制动力增大到一定程度,即地面所能提供的最大附着力时,这个时候车轮发生抱死拖滑现象,继续增大制动器制动力Fu时,地面给的地面制动力也不会增加。

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  当车轮未发生抱死时,制动器制动力Fu,随着制动踏板的力FP加大,根据公式Fu=Tu/r,制动器制动力Fu是会相应增大的,地面给车轮的地面制动力FXb与制动器制动力Fu大小相等;当车轮发生抱死时,也就是图中的C点,由于地面提供给车轮的地面制动力FXb已经达到极限,即地面附着力Fφ,继续增大制动踏板的力FP,地面制动力FXb并不会继续增大,大小保持在Fφ。

  简而言之,随着制动踏板的力增大,地面给车轮的制动力先变大,当制动踏板力大到使车轮发生抱死时,地面制动力保持不变直到汽车停止运动。

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  刹车系统工作原理是制造出巨大的摩擦力,将车辆的动能转化为热能。汽车在加速过程中把化学能转化成热能和动能,刹车时刹车系统又将汽车的动能转化成热能散发到空气中。

  目前大部分小型车都采用液压制动,因为液体是不能被压缩的,能够几乎100%的传递动力,基本原理是驾驶员踩下刹车踏板,向刹车总泵中的刹车油施加压力,液体将压力通过管路传递到每个车轮刹车卡钳的活塞上,活塞驱动刹车卡钳夹紧刹车盘从而产生巨大摩擦力令车辆减速。

  我们先从刹车总泵说起,这个部件通常位于发动机舱防火墙靠近驾驶员的一侧,有些车的刹车总泵小得可怜,甚至让人怀疑它是否 提供足够的刹车力。其实完全不必为此担心,因为刹车系统运用了帕斯卡定律。

  根据静压力基本方程(p=p0+ρgh),盛放在密闭容器内的液体,其外加压强p0发生变化时,只要液体仍保持其原来的静止状态不变,液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。

  简单来说就是我们踩下制动踏板后施加到刹车总泵液体上的压强等于刹车盘活塞处的液体压强,但因为压力等于单位面积的压强,所以只要增大活塞的面积,施加的压力就会增大。例如下图这个实验,两个圆柱形活塞,左侧活塞直径是2英寸,右侧活塞直径是6英寸,也就是左侧活塞的3倍,那么如果给左侧活塞施加一定量的力,那么右侧活塞将产生一个9倍的力(面积是半径的平方乘以3.14),这也就是现在所有液压机构的理论基础,所以起重机可以通过液压系统举起数十吨的货物。

  尽管如此,仅靠人体施加的力度依然不足以产生足够制动力,因此需要刹车助力泵的协助。

  下面来源网络帕斯卡定律(Pascals law),即帕斯卡原理(Pascals principle)或称静压传递原理。指加在密闭液体任何一部分上的压强,必然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。只要液体仍保持其原来的静止状态不变,液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。这就是说,在密闭容器内,施加于静止液体上的压强将同时传到各点。帕斯卡原理是流体力学中的基本定律之一。

  汽车行驶中被迫停止 需要一个与它前行相反的力 就是刹车。大部分都是前盘后鼓的……盘式利用 两个制动钳夹紧中间的制动盘 鼓式的利用液压油推动活塞 活塞推动制动蹄和制动鼓发生摩擦 制动。另外就是手刹 一根线直接连着后轮 和制动鼓在一起……

  我觉得应该有大神从踏板力-真空助力器-制动主缸-ESP制动硬管-ESP-制动硬管制动软管-制动轮缸-摩擦片-制动盘,受力分析都两下的。

  看数学建模书想了这个问题,低速刹车不打滑应该主要靠刹车片摩擦生热损耗汽车动能。

  (有所谓阻力矩角速度并不一定会减小,比如新概念物理教程力学P194 例题18

  先说鼓式刹车。鼓式刹车应用在汽车上面已经近一世纪的历史了,但是由于它的可靠性以及强大的制动力,使得鼓式刹车现今仍配置在许多车型上 (多使用于后轮)。废话不多说,直接看图。

  刹车时,藉由液压将装置于刹车鼓内的刹车片(就是橘黄那东西)往外推,使刹车片与随着车轮转动的刹车鼓之内面发生磨擦,而产生刹车的效果。

  在获得相同刹车力矩的情况下,鼓式刹车装置的刹车鼓的直径可以比盘式刹车的刹车盘还要小上许多。因此载重用的大型车辆为获取强大的制动力,只能够在轮圈的有限空间之中装置鼓式刹车。

  鼓式刹车散热不太好,这就造成了一定问题。刹车鼓在受热后直径会增大,而造成踩下刹车踏板的行程加大,容易发生刹车反应不如预期的情况。因此在驾驶采用鼓式刹车的车辆时,不利于做高频率的刹车动作,要尽量避免连续刹车造成刹车片因高温而产生热衰退现象。

  再说说盘式刹车。盘式刹车的刹车盘暴露在空气中,使得盘式刹车有优良的散热性,当车辆在高速状态做急刹车或在短时间内多次刹车,刹车的性能较不易衰退,弥补了上面提到的鼓式刹车的缺点,可以让车辆获得较佳的刹车效果,以增进车辆的安全性,所以盘式刹车已成为当前刹车系统的主流。

  这图讲的很明白。当踩下刹车踏板时,经过一系列的传动,最终使得刹车片(深红色)与刹车盘(图上标了,自己看)发生磨擦,以降低车轮转速,好让汽车减速或是停止。

  盘式刹车散热性较鼓式刹车佳,在连续踩踏刹车时比较不会造成刹车衰退而使刹车失灵的现象,并且刹车盘在受热之后尺寸的改变并不使踩刹车踏板的行程增加。可做高频率的刹车动作。

  因为没有鼓式刹车的自动煞紧作用,而且盘式刹车的刹车片与刹车盘之间的摩擦面积较鼓式刹车的小,使盘式刹车的刹车力较鼓式刹车为低。为了提高刹车的力量,盘式刹车的刹车盘较大些。

  自行车刹车的过程看过吧,汽车刹车本质上和自行车的刹车没区别,都是在车轮的力矩上加阻尼。

  刹车就是将动能转化成热能,以降低车速的装置。同时刹车也具有固定车身,防止静止状态下车子产生移动的功能。

  刹车踏板和制动装置之间透过液压回路相连。由于液压回路依靠帕斯卡定律运作(帕斯卡定律:帕斯卡定律),因此刹车踏板前段连接着一个大面积的刹车总泵。这个刹车总泵中产生的压力在增加后,再传导给刹车片。刹车片是摩擦戒指,将其压在刹车盘或者刹车鼓上,然后将动能转化成热能,以降低车速,最终让车子停下来。

  所有的汽车,都要用一种耐磨的刹车片,与汽车旋转部位紧紧贴合,靠摩擦力使转动部位停下来。

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