制动系统是关系到人车安全的关键部件,汽车的制动系统按照可靠、省力等要求设置了多种装置。最常见的有双回路制动系统、真空制动增压器等。
轻型汽车大都采用液压制动,既然是液压就要使用管路。双回路制动系统就是指系统内有两个分别独立的液压制动管路系统,起保险的作用。一般前轮驱动轿车多采用交叉对角线形式,制动主缸的前腔与右前轮、左后轮的制动管路相通,后腔与左前轮、右后轮的制动管路相通,形成一个交叉的“X”形对角线,这样的好处是当有一个制动系统发生故障时,另一个系统依然能进行最低限度的制动,且不会发生跑偏现象。而后轮驱动轿车因负荷较大,多采用前后轮分别独立制动形式,即有两套制动总泵,一套控制前轮制动,另一套控制后轮制动。
真空制动增压器顾名思义就是利用真空来增压。这种装置是一种助力装置,一般安装在驾驶室仪表板前的发动机舱隔壁上,串接在制动踏板与制动主缸之间,起增加踏板力的作用,从而使驾车者省力,使得一些力气弱小的女士或老年者也可随意驾驶汽车。
真空制动增压器的工作原理是利用发动机工作时产生的负压与大气压之间的压力差来迫使增压器内橡胶膜片移动,推动制动主缸的活塞,以此来减轻人踩制动踏板的力。真空制动增压器内部的橡胶膜片两边隔成两个空腔(图示A和B),在不踏动制动踏板时,发动机进气歧管的负压被引入膜片的两边空腔,压力平衡,所以增压器不工作;当踏动制动踏板时,操纵杆移动令增压器橡胶膜片一边的(B)空腔的真空孔(连接发动机进气歧管)关闭,同时打开空气孔让外界空气进入,由于(B)腔的气压大于另一腔的气压,迫使橡胶膜片移动并带动制动主缸活塞移动,从而起到增压作用;当不踏动制动踏板时,操纵杆在压缩弹簧的作用下复位,又将空气孔关闭,真空孔打开,增压器两腔的气压相等,橡胶膜片又回复到原来的位置。
汽车在高速行驶中急刹车,若前后轮动作或制动力不平衡时,就会发生甩尾等失控现象。从理论上说,理想的制动力分配曲线不论在车辆空载还是满载时都应当呈现抛物线状,而制动力分配曲线是由车辆的质心位置和特定的制动运动过程来决定的,即理想的制动力应当是前后轮按照重量负荷成比例分配。工程师在这一思想的指引下研制出一种叫“比例阀”的部件,它是一种类似ABS作用的液压机械装置。因此,一些没有安装ABS防抱死系统的车辆,就安装了这种装置,使制动力保持一种较为理想的状态,避免或者减少失控现象的发生。制动踏板作用力及汽车载荷变化引起的作用力都会使比例阀发生作用。
如果比例阀能够感知由汽车载荷变化而引起的外界作用力变化,实现感载调节,这种比例阀就称为感载比例阀。感载比例阀利用车身与车桥之间的距离变化(外界作用力)来改变弹簧的预紧力,随着车辆载荷的增加,相应地进行调整,使得在任何载荷条件下都能得到一个近似理想的制动力分配。它安装在制动总泵与后轮制动分泵之间的管道上,由壳体、柱塞、阀门、弹簧等组成。壳体进油孔与制动总泵出油孔相通,出油孔与车轮制动分泵相通。
当外界作用力小时,感载比例阀的柱塞在弹簧预紧力的作用下被推至最右边,两孔相通,总泵与分泵压力相等。当外界作用力大于弹簧预紧力,迫使柱塞左移,令柱塞与阀门接触并关闭了阀门,切断总泵通向分泵的通道;若外界作用力压力继续增大,又会使柱塞右移,柱塞与阀门脱离接触,阀门又被打开,总泵与分泵又相通。这样比例阀反复动作使分泵的液压得到不断调整,也即不断调整了后轮制动力g[P
盘式制动器。
现代轿车的制动器的鼓式和盘式两大类型,它们各有千秋,但随着轿车车速的不断提高,近年来采用盘式制动器的轿车日益增多,尤其是中高级轿车,一般都采用了盘式制动器。
汽车制动简单来讲,就是利用摩擦将动能转换成热能,使汽车失去动能而停止下来。因此,散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态,就会阻碍能量的转换过程,造成制动性能下降。越是跑得快的汽车,制动起来所产生的热量越大,对制动性能的影响也越大。解决好散热问题,对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以,现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外,还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。
盘式制动器又称为碟式制动器,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。特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,而且不怕泥水侵袭,在冬季和恶劣路况下行车,盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔,加速通风散热提高制动效率。
反观鼓式制动器,由于散热性能差,在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形,容易产生制动衰退和振抖现象,引起制动效率下降。
近当然,盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高,摩擦片的耗损量较大,成本贵,而且由于摩擦片的面积小,相对摩擦的工作面也较小,需要的制动液压高,必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓式制动器成本相对低廉,比较经济。
所以,汽车设计者从经济与实用的角度出发,一般轿车采用了混合的形式,前轮盘式制动,后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中,由于惯性的作用,前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%,因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本,就采用前轮盘式制动,后轮鼓式制动的方式。=y
四轮盘式制动的中高级轿车,采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热,至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多,价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低,在汽车领域中,盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向汽车制动过程中的摩擦。在"汽车行驶中的外部摩擦"一文中曾经谈过,汽车的行驶依靠地面的摩擦推力。如果现在问您,汽车制动时是依靠什么力量来减速直至停止呢?您一定会说,是地面对汽车的摩擦阻力。那么,如何才能得到地面的摩擦推力呢?是通过汽车制动系统的内摩擦来获得地面对汽车的外摩擦力的。
这里再次强调一下研究问题的方法。无论是研究汽车的行驶还是刹车,汽车都是作为一个运动的整体看待的,只有当它获得外力的时候才能改变自己的运动状态。而与汽车行驶直接相关的外力只有通过与汽车相接触的物体才能获得,地面就是主要的施力物体。能够这样想,说明您已经具备了基本的力学思维。
在中学物理课中我们学过,两个互相接触的物体如果作相对移动,将获得对方给予的滑动摩擦力;如果仅有相对移动的趋势,则获得静摩擦力。如果轮子自由滚动,轮胎与地面接触的地方是没有相对滑动趋势的,因此也没有滑动摩擦力。为此我们要装置制动系统,相对车身静止的制动蹄用力压向相对车身高速转动的制动鼓(盘),产生了滑动摩擦力(内摩擦),可以使车轮的转动减慢。车轮转动速度的下降为摩擦阻力的获得创造了条件。
轮胎与地面的移动摩擦有两种状态,动摩擦和静摩擦。一般情况下,静摩擦力大于动摩擦力。我们希望得到静摩擦力,不仅仅是因为其数值较大,而主要是在静摩擦情况下汽车不会失控。从理论上讲,当w小于V ÷ R时,车轮与地面就要相对移动了,但由于轮胎时弹性体有较大的变形能力,所以在一般情况下轮子的减速控制在5%-15%范围内不至于产生滑移,将获得地面对轮胎的静摩擦力。汽车制动防滑系统ABS与ASR也是根据这个基本道理设计出来的,所谓防滑,也就是避免制动时轮胎和地面处于动摩擦状态中。 |