汽车制动系统工作原理详解

众所周知，当我们踩下制动踏板时，汽车会减速直到停车。但这个工作 是怎么样完成的？你腿部的力量是怎么样传递到车轮的？这个力量是怎么 样被扩大以至能让一台笨重的汽车停下来？

首先我们把制动系统分成6部分，从踏板到车轮依次解释每部分的工作 原理，在了解汽车制动原理之前我们先了解一些基本理论，附加部分包括 制动系统的基本操作方式。

基本的制动原理

当你踩下制动踏板时，机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但 实际上要想让车停下来必须要一个很大的力量，这要比人腿的力量大很多。

所以制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个办法：

1、杠杆作用

2、利用帕斯卡定律，用液力放大

制动系统把力量传递给车轮，给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给 地面一个摩擦力。在我们讨论制动系统构成原理之前，让我们了解三个原 理：杠杆作用、液压作用、摩擦力作用

杠杆作用：

制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量，然后把这个力量传递给 液压系统。

如上图，在杠杆的左边施加一个力F，杠杆左边的长度(2X)是右边(X) 的两倍。因此在杠杆右端可以得到左端两倍的力2F，但是它的行程Y只有 左端行程2Y的一半。

液压系统

其实任何液压系统背后的基本原理都很简单：作用在一点的力被不能压

缩的液体传递到另一点，这种液体通常是油。绝大多数制动系统也在此中 放大制动力量。下图是最简单的液压系统：

如图：两个活塞（红色）装在充满油（蓝色）的玻璃圆桶中，之间由一个充 满油的导管连接，如果你施一个向下的力给其中一个活塞（图中左边的活塞） 那么这个力可以通过管道内的液压油传送到第二个活塞。由于油不能被压 缩，所以这种方式传递力矩的效率非常高，几乎100%的力传递给了第二个 活塞。液压传力系统最大的好处就是可以以任何长度，或者曲折成各种形 状绕过其他部件来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处就是液压管可 以分支，这样一个主缸可以被分成多个副缸，如图所示：

使用液压系统的另外一个好处就是能使力量成倍的增加。在液压系统中 你需要做的只是改变一个活塞和液压缸的尺寸，如下图：

上图表示的就是力的加倍放大，力放大的倍数要以活塞的直径来定。左 边的活塞直径为2寸（注：相当于5.08cm），右边的活塞直径为6寸（相当于 15.24cm）。因为圆的面积等于Pi * r2,所以左边的活塞面积为3.14平方厘

米，右边的活塞面积为28.26平方厘米。右边的活塞面积比左边的大9倍。 这就意味着给左边的活塞施加任何一个力，右边的活塞就会产生一个比左 边大9倍的力。因此当你给左边的活塞施加一个100磅的向下的力时，右 边的活塞就会产生一个900磅的向上的力。唯一的不足就是当左边的活塞 向下运动9寸时，右边的活塞只能向上运动1寸。

摩擦力

摩擦力是一个物体在另一个物体上滑动的相互阻力，参照下图。两个物 体的接触面都是用相同材料做成的但其中一个较另一个重，所以不难看出 哪一边较难推动。

要了解其中的原因，我们可以分析下面的例子:

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即使用肉眼看起来接触面很平滑，但在显微镜下他们确是相当粗糙的。 当你把物体平放在桌面上时，物体和桌面之间的小锯齿会结合在一起，而 他们其中有一些合适的锯齿会相互咬合，如果给他的压力越大，那么咬合 的锯齿就越多，其阻力也越大，所以重的物体就更难推动。

不同的材料表面，有不同的锯齿结构；举例来说：橡皮与橡皮之间就比 钢与钢之间更难滑动。材料的类型决定了摩擦系数。所以摩擦力与物体接 触面上的正压力成正比。例如：如果摩擦系数为0.1，一个物体重100磅， 另一个物体重400磅，那么如果要推动他们就必须给100磅的物体施加一 个10磅的力，给400磅的物体施加一个40磅的力才能克服摩擦力前进。 物体越重则需要克服更大的摩擦力。这个原理就跟制动抓紧装置相似，如 果给制动碟的压力越大那么车辆获得的制动力就越大。

简单制动系统模型

当踩下制动踏板时，在踏板处通过杠杆原理把制动力放大了3倍，再通 过液压机构驱动活塞把制动力又放大了 3被。放大以后的制动力推动活塞 移动，活塞推动蹄片带动刹车卡钳紧紧的夹住制动碟，由蹄片与制动碟产 生的强大摩擦力，让车减速。这就是简单的制动模型。通过它我们就可以 理解制动系统的基本原理了。