制動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖解分析

制動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖解分析

我們都知道，踩下制動(dòng)踏板后車速就會(huì)逐漸放慢直至停止。但這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？汽車是如何將您腿部發(fā)出的力傳遞到車輪的？力又是如何經(jīng)過放大，足以讓汽車這么大的物體停下來的呢？

典型的制動(dòng)系統(tǒng)

本文是制動(dòng)系統(tǒng)六個(gè)部分的第一部分，我們將按踏板到車輪的順序，從頭到尾詳細(xì)講述制動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)部分。本文將介紹汽車制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念，并分析一個(gè)簡單制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理。在其他文章中，我們將向您介紹汽車制動(dòng)系統(tǒng)的其他部件，并詳細(xì)講述每個(gè)部件的工作原理。

您踩下制動(dòng)踏板以后，汽車通過制動(dòng)液將您的腳下發(fā)出的力傳遞到制動(dòng)器。而制動(dòng)實(shí)際上需要的力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于您的腳所施加的力，因此汽車必須將您的腳施加的力放大。放大的方式有兩種：

• 機(jī)械效益（杠桿作用）
• 液壓放大

制動(dòng)器通過摩擦將制動(dòng)力傳遞到輪胎，輪胎則通過摩擦將制動(dòng)力傳遞到路面。在開始討論制動(dòng)系統(tǒng)的各部件之前，先讓我們熟悉一下以下三條原理：

• 杠桿作用
• 液壓作用
• 摩擦力作用

杠桿作用

制動(dòng)踏板以如下方式設(shè)計(jì)，它可以將您腿部發(fā)出的力在傳遞到制動(dòng)液之前就放大幾倍。

如上圖所示，在杠桿的左端施加一個(gè)力F。杠桿左端的長度（2x）是右端（x）的兩倍。因此，我們可以在杠桿右端獲得一個(gè)2F的力，它運(yùn)動(dòng)的位移(y)則只是左端位移（2y）的一半。改變杠桿左右兩端的相對(duì)長度，也就改變了放大系數(shù)。

液壓系統(tǒng)

任何液壓系統(tǒng)的基本原理都很簡單：作用于某一點(diǎn)的力被不能壓縮的液體傳遞到另一點(diǎn)，這種液體通常是油類液體。 絕大多數(shù)制動(dòng)系統(tǒng)都是通過這一過程放大制動(dòng)力的。下面是一個(gè)最簡單的液壓系統(tǒng)：

如上圖所示：兩個(gè)活塞（紅色）分別裝在充滿油（藍(lán)色）的兩個(gè)玻璃圓桶中，圓桶之間由一個(gè)充滿油的導(dǎo)管連接。如果給一個(gè)活塞（圖中左邊的活塞）施加一個(gè)向下的力，那么這個(gè)力就可以通過管道內(nèi)的液壓油傳遞到另一個(gè)活塞。由于油不能被壓縮，所以這種傳遞方式的效率非常高，幾乎所有的力都傳遞給了第二個(gè)活塞。液壓系統(tǒng)最大的好處就是，連接兩個(gè)液壓缸的導(dǎo)管可以是任何長度，也可以曲折成各種形狀以繞過中間的其他部件。此外，還有一個(gè)好處就是液壓管可以分支，這樣一個(gè)主缸就可以被分成多個(gè)副缸，如下圖所示：

使用液壓系統(tǒng)的另一個(gè)好處就是力的放大或縮小相當(dāng)容易。如果您讀過滑輪組的工作原理或齒輪比原理，您就會(huì)知道，用力換取位移在機(jī)械系統(tǒng)中極為常見。在液壓系統(tǒng)中，您要做的就是改變其中一個(gè)活塞及其配套液壓缸的尺寸，如下圖所示：

上圖中，力的放大倍數(shù)取決于活塞的直徑。假設(shè)左邊的活塞直徑為5厘米，即半徑為2.5厘米；右邊的活塞直徑為15厘米，即半徑為7.5厘米。兩個(gè)活塞的面積可以通過公式A=2πr²計(jì)算得出。左邊活塞的面積為19.6平方厘米，右邊活塞的面積為176平方厘米。右邊活塞的面積是左邊活塞的九倍。這就意味著給左邊的活塞施加任何一個(gè)力，右邊的活塞就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)九倍的力。因此，如果給左邊的活塞施加一個(gè)100公斤的向下的力，右邊的活塞就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)900公斤的向上的力。 唯一的不足就是當(dāng)左邊的活塞向下移動(dòng)9厘米時(shí)，右邊的活塞只能向上移動(dòng)1厘米。

摩擦力

摩擦力是一個(gè)物體在另一個(gè)物體上滑動(dòng)時(shí)受到的阻力。請(qǐng)看下圖，兩個(gè)滑塊都是用相同材料做成的，但其中一個(gè)較另一個(gè)更重。所以不難看出哪一個(gè)更難推動(dòng)。

摩擦力與重量

我們可以通過近距離地觀察其中一個(gè)滑塊和桌面來了解其中的原因：

用肉眼看起來很平滑的接觸面，在顯微鏡下觀察卻是相當(dāng)粗糙的。把滑塊平放在桌面上時(shí)，滑塊和桌面之間有許多小鋸齒擠在一起，其中一些會(huì)相互咬合?；瑝K重量越大，咬合的鋸齒就越多，其滑動(dòng)阻力也會(huì)越大。

不同的材料具有不同的微觀結(jié)構(gòu)。例如，橡膠與橡膠之間就比鋼鐵與鋼鐵之間更難滑動(dòng)。材料的類型決定了摩擦系數(shù)，此系數(shù)等于推動(dòng)滑塊所需的作用力與滑塊重量的比值。在上例中，如果摩擦系數(shù)為1.0，那么推動(dòng)重100公斤的滑塊需要施加100公斤的力，推動(dòng)重400公斤的滑塊需要施加400公斤的力。如果摩擦系數(shù)為0.1，那么10公斤的力就可以推動(dòng)重100公斤的滑塊，而推動(dòng)重400公斤的滑塊也只需施加40公斤的力。

所以推動(dòng)滑塊所需的作用力與其重量成正比?；瑝K越重，推動(dòng)它所需的作用力就越大。這一原理適用于制動(dòng)器與離合器這樣的裝置，在這種裝置上，制動(dòng)片緊壓著旋轉(zhuǎn)盤。制動(dòng)片受到的壓力越大，汽車的制動(dòng)力就越大。

在了解實(shí)際的汽車制動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)部件之前，我們先來看看一個(gè)簡單的系統(tǒng)：