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制动（刹车）基础

一.摩擦 #.L9/b(  
任何汽车制动系统都是利用摩擦进行制动，摩擦对刹车系统非常重要，所以有必要先学习摩擦基本理论。 (VV5SvdE  
对行驶的汽车进行制动时，将摩擦部件[制动蹄或制动片（刹车片或称来令片）]压到转动部件（制动盘或制动鼓）上，摩擦使转动部件减速或停止。 fGjYWw  
--------------------------- G\&9.@`k  
动摩擦--使运动动部件停止转动的摩擦 M^IEu}  
静摩擦--使静止的运动部件保持不动的摩擦 *.%z  
--------------------------- t57MKDn  
■1.摩擦力和压力。摩擦力是两接触表面相互滑动产生的力，它与物体运动方向相反。影响摩擦力大小的重要因素是摩擦材料施加在运动物体上的压力大小。 '+EtnWHs  
制动盘（转动鼓）与车轮一起转动，摩擦块由刹车踏板带来的压力压靠在制动盘（转动鼓）的摩擦表面上，摩擦力使制动盘（鼓）减速或停止运动，从而使转动的车轮制动。踏板的压力越大，摩擦块施加到制动盘上的压力越大，制动作用也越大。 $^:s)Yv  
■2.摩擦力和摩擦面积。另一个影响摩擦力大小的重要因素是互相接触的摩擦面积。接触面积越大摩擦力也就越大。 ^HhV?Iqg  
■3.摩擦系数。不同材料有不同的摩擦力，这就引进了一个概念常数--摩擦系数。物体摩擦通过一定条件测试得出。 >,x&L[3  
■4.散热。摩擦，就是将运动物体的动能转化为热能。刹车时汽车的质量和速度决定了需要多少摩擦能量来使汽车降到我们所要的速度。热是摩擦必然的结果，需要制动的摩擦能量越大，产生的热量越多。 qTrM*/m:]L  
摩擦产生的热量必须快速移走，否则会损坏制动部件。 00B,1Q HP  
连续地刹车所积累的热量（连续刹车时制动鼓温度高达400度）会使刹车片（蹄）的摩擦系数降低，使制动器的性能衰退，即所谓的“热衰退现象” j.!5&^;u4  
--------------------------- 2]y Hxo/6  
热衰退现象--摩擦片因表面温度升高引起摩擦系数降低，制动器制动力锐减的现象 cA+T-A]  
--------------------------- 6i;q=N$'  
■5.摩擦材料。盘式制动系统摩擦材料称为制动摩擦块或刹车片或来令片，鼓式制动系统摩擦材料乘为制动蹄。 X(O:y^sX}  
汽车制动系统有许多不同的摩擦材料，但基本遵循以下原则： \?wKs  
⑴良好的抗热衰退性能 NiEz3ODSi  
⑵受潮时的抗衰退性能 <Qr*!-Kc6  
⑶热衰退或水衰退时的快速恢复能力 fLeHn,*,"  
⑷不引起制动盘恢制动鼓摩擦面磨损的耐磨能力 \),zDO+  
⑸提供与制动盘或制动鼓动平稳摩擦接触能力 *>!-t   
■6.刹车材料分类。基本可分三类： )Jw$&%/{1  
石棉，曾是多年最普遍的摩擦片材料，有良好的摩擦性和耐磨性，但因石棉纤维对人体非常有害，现已基本停用。 |Om9(xT  
⑴非金属材料。由合成纤维构成，形成复合摩擦衬片 5Vdy:l  
⑵半金属材料。由模压的合成纤维与铁的混合物构成，比非金属材料要硬，更抗衰退，但需要更大的踏板力，并对制动盘（鼓）有更多磨损 ynf!1!4  
⑶金属材料。由粉末金属通过烧结工艺热压成形。有更好的抗衰退性能，需要很大的踏板压力，对制动盘磨损更大。这种材料在赛车上已使用多年。

二、制动力 'Q=(1a11  
■1.何为制动力。（力学表达方法太繁琐……略）简单的说，制动时，刹车片对刹车盘（鼓）产生与车轮旋转方向相反的摩擦力矩M（大小取决于刹车片的压力、摩擦系数和摩擦面积），刹车盘将该力矩传到车轮，因为车轮与路面有附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力Fm，相对的，路面会给车轮一个向后的反作用力Fb（Fb=M÷车轮半径），这个反作用力Fb就是车轮受到的制动力。 5^CWF|  
■2.最好的制动条件。受到轮胎和地面附着情况的限制，制动力不可能超过附着力（附着力F=轮胎垂直载荷G与轮胎与地面间的附着系数Φ的乘积，即F=GΦ）。当制动力等于附着力时，车轮将被抱死而在路面拖滑，由于摩擦产生的高热使胎面局部溶化，溶化的橡胶象润滑剂使附着系数减小。因此，最大的制动力和最短的制动距离是在车轮将要抱死而又没完全抱死时出现（制动力接近附着力），即所谓的“临界状态”时出现。 gNkBHwv  
★3.制动力失控的危害。汽车在制动过程中，最重要的一点是不能让后轮抱死，后轮抱死要比前轮抱死危险的多。前轮抱死只是转向丧失操纵，但汽车尚有维持原来方向行驶的能力，而后轮抱死，此时即使受到很小的侧向力（如侧风、路面突起对车轮侧面冲击力）后轮即发生侧滑而常常发生可怕的甩尾甚至绕垂直轴线旋转，完全失控造成恶性事故。 e5"5 U7  
一般为了保证汽车行驶稳定性和操纵性，宁愿使前轮先抱死滑移，也不愿使后轮先抱死滑移。为达到这样目的，现代汽车都装有压力调节装置来调节前后轮制动器，尤其调节后制动器的输入压力，改变前后轮制动分配。  H =&K_  
注：玩赛车、玩漂移出外 7&w[h4Lw  
■3.制动力的分配。我们知道了到抱死状态所能达到的制动力与车轮上垂直载荷成正比（即载荷越大，能获得的制动力也应越大，换个角度说，就是需要的摩擦力矩越大），为此，根据汽车前后桥车轮所分配到的质量（载荷）不同（包括附着质量和转移质量），合理分配前后桥制动力的大小以获得理想的制动工作状态。 N0ef5J JM`  
有些车还增设了前后车轮制动力动态分配调节装置减小抱死现象（如红旗），当然，最理想的还是自动防抱死装置--ABS装置。

三、制动动力 dVn_+1\L  
1.重力转移。当紧急制动时，由于车辆后部重力转移到前部，车辆前部下沉，更多的制动必须由前轮完成，后轮负担较少。此时，发动机前置的车辆约90％的重力作用在前部，车辆动量和重力的组合引起后轮升高（向下的力较小）前轮降低，这就决定了前制动器常常较后制动器偏大。 wLvM<p7OX  
2.制动功率。车辆越重，行驶的越快，制动时需要的制动功率越大。制动系统的设计功率实际上要比发动机的功率大。 MN:LL <  
3.轮胎。无论制动器设计的多有力，它只是使车轮停止转动，要车轮停止行走，必须使轮胎保持对路面的附着力够。

四、液压传动与制动液 P>03 DkbB  
1.液体被压缩性质。相对空气，液体可认为是不可被压缩的，液体的抗压缩性使它能传递运动和压力。 <Pi#-r.,  
2.液体传递力和增加力。液体不仅可以传递运动，也可以传递力。假设在液压系统中作用到活塞A上有100N的力，活塞与液体接触的面积为10平方毫米，那么活塞A上均匀分布10N/平方毫米的力，此时，在液压系统内任何地方每平方毫米都有相同的10N/平方毫米力，这就是帕斯卡定律。假如这个密闭的液压系统内有个端面积为30平方毫米的活塞B，那么，活塞B将获得300N的力，千斤顶就是根据这个原理。 #&%>kfeJ)<  
3.制动液。（俗称剎车油），负责传递刹车踏板施加给制动主缸活塞的力给前后轮制动器活塞，使刹车片（蹄）压靠在制动盘（鼓）上产生摩擦。汽车制动液是特别配置的液体，不能用其他代替，必须符合以下要求： IFhS(3YK[  
⑴无论低温高温都能自由流动 NOKU2d4 G  
⑵有高沸点 u(\O@5a  
⑶不能损坏金属及橡胶件 90K&oof?M  
⑷有润滑金属和橡胶件作用 =itQ@``r  
⑸能吸收进入液压系统的水份 J0oeCb  
我国在1999年强制淘汰了0、1、2三个级别的制动液，并对JG3、4、5做了修改，达到美国运输安全部DOT3、DOT4、DOT5（分别为205℃、230℃、260℃）水平。 n?;rWq"  
★制动液具有吸湿性，必须储存在干燥的容器里，且避免被石油产品污染。 
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★制动液有腐蚀性，对眼睛会造成永久损伤，处置制动液时要求戴上防护镜。 &
I[` .:NJ  
★制动液滴在车漆上要及时擦去 W5=)B`v  
★清洗制动零件时不得使用汽油、煤油、机油等矿物油，否则会引起液压系统内部橡胶件软化、膨胀、扭曲。

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下一回我们就来看看制动装置系统的结构……

制动系统详解

一、制动传动系统概述 `v-[&  
液压制动系统的基本组成示 图一 E&9<JS  
它利用独立的双腔制动主缸（总泵）通过两套独立管路，分别控制前后两桥。 1Uup.(  
有些车的制动系统为对角交叉双回路制动系统，制动主缸分别提供左前轮与右后轮、右前轮与左后轮制动压力。 *Rk
UF!)(  
一般说，各类汽车不论依靠何种制动力源，都采用双管路装置，若其中一套管路损坏，另一套依然起制动作用，从而提高制动的可靠性和安全性。 _ [k \S|iY  
1.管路由刚性管和软管组成，用来传递制动主缸至制动器轮缸的液体压力。刚性管固定于车身，而前轮和后轮桥相对需要活动空间，故在前轮缸和后桥运动的部位采用高强度橡胶管连接。 ^QNc!{`  
2.为改善前、后轮制动平衡问题，液压制动系统中还采用各种制动力调节装置来调节前后制动管路的工作压力，常用计量阀、限压阀、比例阀和感载比例阀。 F! =l  r  
3.为保证主缸活塞彻底回位，制动踏板推杆与活塞间还要有一定的间隙（1～2mm），可调节。 tA#Pc6zBuC  
4.轮缸活塞直径大于主缸活塞直径，并与前后车桥的实际载荷分配成比例，这样，踏板力作用在制动片（蹄）的力就是制动踏板的杠杆比值和活塞直径比值的总和。 LO=U?`)q  
除了液压制动系统，还有在载货汽车和客车上应用较广泛的气压式制动传动装置以及重型汽车上的空气液压制动传动装置……

二、助力装置。 ~kZdep^ ]  
随着汽车的高速化，要求制动油压达到10～12MP方能产生与车速相适应的力矩，特别是盘式刹车，因制动器无助势作用，光靠踏板杠杆和活塞的减力还是不够，这就需要在踏板和制动主缸之间增加一套助力装置。 c~hH 7/v  
助力装置一种是真空助力器，利用大气压力的帮助作功。原理结构见图二 C&z!="hMhR  
1.一个标准大气压约0.1MPa，即相当于每平方厘米有1.0336公斤。一个表面积为300平方厘米的密闭容器，在未抽掉内部空气时，由于内外压力一致，容器受到的压力抵消。但是当内部抽成绝对真空时，容器表面将受到外部大气压的压力1.0336×300＝310.08公斤。 =d8Rij-  
真空助力器就是利用大气的压力，减轻驾驶者脚力。 LtRRX@qJw  
2.真空来源。一种采用辅助真空泵产生真空，另一种利用发动机进气歧管产生真空 H?"M&mF  
3.助力器工作原理。 [r`KoHwdm  
⑴.助力器内部被柔性的膜片分成前后两部分，膜片好比是一个可以前后运动的活塞，在未踏下制动踏板时，制动踏板这一侧内腔的真空阀打开，与大气相通的空气阀关闭。膜片前后腔体真空度一致，在复位弹簧的作用下，膜片回位。 VVQ~;{L  
⑵.当踏下制动踏板，推杆向前移动，真空阀被关闭，空气阀打开，大气进入助力器前腔体，靠制动主泵这一侧内腔保持依旧真空，大气压对膜片产生压力，此时膜片与踏板移动方向一致，因膜片与推杆固定，所以推杆对制动主缸作用的力是踏板力和膜片共同施加的。 r $S9/  
⑶.当松开制动踏板，由于回位弹簧的作用，推杆回位，关闭空气阀打开真空阀，膜片两边真空度再次平衡。 :Pq&l.  
3.在实际应用中，为增加膜片受压面积，助力器一般都做成大而圆的形状，象个厚铁饼，图三是切诺基的真空助力器剖面图。 \y7?w*K  
1.一个标准大气压约0.1MPa，即相当于每平方厘米有1.0336公斤。一个表面积为300平方厘米的密闭容器，在未抽掉内部空气时，由于内外压力一致，容器受到的压力抵消。但是当内部抽成绝对真空时，容器表面将受到外部大气压的压力1.0336×300＝310.08公斤。 *{?2M6Z  
真空助力器就是利用大气的压力，减轻驾驶者脚力。 Kj?)]Z4  
2.真空来源。一种采用辅助真空泵产生真空，另一种利用发动机进气歧管产生真空 ` .`:~_OE  
3.助力器工作原理。 07^.Z[(pCt  
⑴.助力器内部被柔性的膜片分成前后两部分，膜片好比是一个可以前后运动的活塞，在未踏下制动踏板时，制动踏板这一侧内腔的真空阀打开，与大气相通的空气阀关闭。膜片前后腔体真空度一致，在复位弹簧的作用下，膜片回位。 crd|r."
 
⑵.当踏下制动踏板，推杆向前移动，真空阀被关闭，空气阀打开，大气进入助力器前腔体，靠制动主泵这一侧内腔保持依旧真空，大气压对膜片产生压力，此时膜片与踏板移动方向一致，因膜片与推杆固定，所以推杆对制动主缸作用的力是踏板力和膜片共同施加的。 @lB1t= D  
⑶.当松开制动踏板，由于回位弹簧的作用，推杆回位，关闭空气阀打开真空阀，膜片两边真空度再次平衡。 1slt[&4N  
3.在实际应用中，为增加膜片受压面积，助力器一般都做成大而圆的形状，象个厚铁饼，图三是切诺基的真空助力器剖面图。 5}NO~Xd<  
工作原理：当未进行制动时，空气阀关闭，控制阀开启使真空气室膜片两侧贯通，压力相等。此时助力器无助力作用。 /-pop]L  
当进行制动时，踏下制动踏板，推杆向前移动推动制动主缸活塞，同时关闭真空阀，打开空气阀，外界空气进入真空室靠踏板一侧。在压差的作用下，膜片带动支撑板跟推杆前移，一起推动制动主缸活塞。 N<Q}4%
^c  
如果制动踏板踩到一定距离后保持不动，这时膜片在大气压的作用下继续前移很小一段，真空阀打开，但此时由于空气阀依然是开启状态，大气充入膜片另一侧，使膜片两侧压力又在新的基础上建立平衡关系，膜片保持这一平衡位置，助力器不起助力作用。如继续再踏下踏板，真空阀又被关闭，膜片两侧压力再次不平衡，助力器则又作用。 N
tOR/
*  
放松踏板，空气阀被关闭，膜片在回位弹簧和制动主缸活塞作用下恢复到原始状态。 ;09J;sf  
任何助力器当失效时，仍可通过助力器推杆推动制动主缸活塞向前移动，即制动系统仍然有效，只是需要更大的踩踏力。

三、制动主缸 a&ByV!%%+_  
制动主缸又称制动总泵，作用是将制动踏板的机械压力变为液压力传递到车轮制动器。 c_
a$g  
1.主缸构造。  ck~xj0  
主缸由两个主要部分构成：储液罐和主缸体。储液罐提供主缸工作的制动液。 LI<5;oE;  
主缸有两个活塞总成，分别称第一活塞和第二活塞，工作原理基本相同。现今储液罐都是分体设计，两个独立的活塞有两个独立储液区域。分别为前轮和后轮液压系统供液，或一前轮一个后轮对角交叉液压制动系统。 7:<Ed"rdE  
2.基本工作原理。见图四 (Qm;]?/  
⑴.图示活塞处于制动解除状态。从储液罐流到主缸有两个孔，活塞前面较小的孔是补液孔，活塞后面轴区为排液孔。O型密封圈防止制动液从主缸后部流出。在活塞回位弹簧作用下，活塞复位，此时补液孔刚好位于活塞皮碗前面。 @
GtZK  
⑵.当踩踏下制动踏板，推杆向前推动活塞，补液孔被盖住，制动液被封在活塞皮碗前，此时制动主缸与制动管路和各车轮制动器轮缸（分泵）形成密闭的液压系统，压力通过液体传输到各车轮制动器轮缸，推动制动器轮缸活塞动作。  vB*oI~<  
⑶放开制动踏板，回位弹簧迫使活塞返回制动解除状态，当活塞往回移动时，有可能快于制动液从制动管路回到主缸压力室速度，造成活塞前方有一个低压区。但活塞必须迅速回到原位，这样可以为下一个制动行程作好准备，因此低压区必须及时补充液体。制动液通过活塞头部一系列小孔，或通过皮碗的唇缘四周到达压力室。 b1]_e'jj  
3.图五为红旗轿车用制动总泵内部结构图，此总泵为“双腔串联式制动主缸”。 ^(*O$N*#  
主缸内腔装有两个串联的第一活塞11和第二活塞17，两者之间用一根顶杆连接，且用弹簧将两者撑开。制动前，在第二活塞（图中左端）前端双弹簧作用下，两活塞退回在最后端原始位置（图示位置）。 c|( ?  
主缸上有四个孔与储液罐相通，两个补偿孔7分别在两个活塞的前面，两个回油孔8在两个活塞的后面。两套活塞各自的补偿孔与回油孔汇成一路，分别接进油孔3和4。两进油孔分别与储液罐底部的管嘴相接。 zf>^2t*\  
主缸还有两个孔19、20是每个活塞前腔的出油孔，与制动管路连接。 -Dxhq& }Y  
⑴.工作原理。 355Sd;*  
当踏下制动踏板，助力器输出推杆前进，当第一活塞补液孔7盖住。因第一活塞和第二活塞之间（皮碗13、14之间）充满不可压缩的液体，两活塞将同时前行，各自前腔内的制动液变成高压制动液，通过各自的出油孔经制动管路送达制动器。 5YI/Ec  
⑵.该车型为对角交叉双回路制动系统，当中其中一条因漏油、皮碗破损等原因失效，另一条回路仍能正常工作。例如，当第一活塞油腔回路的右前制动器管路破损，第一油腔无法形成密闭液压系统，右前和左后轮制动器将失效。此时第一活塞和第二活塞之间的制动液会被挤空，第一活塞前端顶杆直接顶在第二活塞后端，推动第二活塞前行，保证了第二腔回路的液压系统正常工作。

四、制动力分配调节装置 $|k%@Q>  
随着汽车装载量的不同和制动时减速度所引起的载荷转移，前后轮实际垂直载荷比是在不断的变化，要满足最佳制动状态的条件，前后轮制动力的比例也应变化。 )9B:Y;>)  
汽车上采用各种制动力调节装置来调节前后制动管路的工作压力，常用计量阀、限压阀、比例阀和感载比例阀。 tF^g<)S;t  
⑴.液压式计量阀。 TdFT];:  
用于前盘后鼓式制动器系统。因鼓式制动先要克服弹簧张力和杆系中的间隙，盘式制动作用相对要快，为平衡制动（特别是轻微制动时），将计量阀安装在前刹管路中，制动前计量阀常闭，制动时刹车液先对后制动器作力，等系统内压力上升到一定值，刹车油顶开计量阀，压力传递到前制动器。计量阀只在整个制动的开始阶段和轻微制动的持续时间里起作用。 7\X$7  
⑵.液压式限压阀。图六 n'M>xq_  
限压阀是最简单的压力调节阀，串联在制动主缸和后轮制动器管路之间。当限压阀输出压力P2随输入压力P1由零同步增长到一定值Ps后，Ps大于弹簧力F，滑阀向右移，关闭A腔与B腔通道，自动将后轮制动器管路液压限定在该值不再随P1升高，防止后轮抱死。 wXbsS)#/  
⑶.液压式比例阀。 N=~~EtX  
位置同限压阀。作用是维持前后轮制动管路压力的正确比例，提供平衡的车轮制动压力。当强烈制动时，前轮盘式制动器需要高液压，比例阀可以减小去后轮制动器的液压力，防止后轮过早抱死，以此提供较好的制动平衡。 p!DP`Ouc3\  
⑷.液压式感载比例阀。图七 g)1X&>  
当车辆因载荷而前重后轻，或剧烈刹车造成重力向前转移，后部变得很轻，后轮有抱死趋势。一些质心高度与轴距的比值较小的汽车，制动时前后轮间载荷转移较小，只采用限压阀将使后轮制动力远小于后轮附着力，即附着力利用率太低，不能满足制动力尽可能大的接近附着力的要求，因此采用能随汽车轴载质量变化而变化的感载比例阀，利用载荷传感装置自动调节后轮液压。它的安装位置同比例阀，只是多了车身和车桥相对位置变化的感载连接件。

阀体3安装在车身，差径活塞4为两端承压面积不等地差径结构，右部腔内有阀门2，弹簧6通过杠杆5对活塞施加推力F。 #*^+F?o,(  
在F力的作用下，活塞处在最右端，阀门2打开，左右阀腔连通。 Or+p%K}-7  
轻微制动时，主缸的液压P1由进油孔A进入，通过阀门从出油孔B输出至后轮制动器，液压P2＝P1。 `JURQ:l)3^  
设活塞右端面圆形有效面积为b,左端面环形有效面积为a，图中a＜b l= ={pb  
则，右活塞端面的推力P2b＜（左端推力P1a+杠杆推力F），此时活塞不动，阀门2认为开启状态，P2=P1。 >n*\bXf  
重踩制动踏板时，液压P2与P1同步增长，当增长至活塞左右两端面液压之差大于推力F时[即P2b＞（P1a+F）]，活塞向左移动一定距离，阀门落座，将左右腔室隔绝。液压到达限压点Ps，此时后轮液压管路限定在该值，该液压限压点相当于特性曲线折点的液压。 /-M@[p&  
从计算公式和图示中可以看出，满载时弹簧通过杠杆对活塞施加的推力F越大，相应Ps也就越大，那么制动力也越大，符合制动力接近附着力的最佳制动要求。 U1R4x!ym4  
若进一步提高P1（即进一步加大踏板的踩踏力），又变成P2b＜（P1a+F），活塞将右移，阀门2再度打开，液体继续注入出油腔，使P2升高，但由于b＞a，在P2尚未升高到等于P1时，阀门又将两油腔切断，此时建立新的Ps。 iCQ>@P]nE  
这样，在自动调节过程中，P1随踏板力的升高不断建立新的限压点Ps，后轮制动液压P2虽随P1的升高而升高，但总是小于P1，因此，特性折线的斜率总是小于45度内变化（压比P2/P1＜1），更接近理想分配曲线。 6,b"  
⑸.组合阀 m_NCx]#e   
在新型车辆中采用组合了故障警告开关、计量阀和比例阀为一体的组合阀，安装在制动主缸或主缸附近。普通的组合阀由三个各自独立工作的阀组成，工作形式与独立的阀体完全相同。 )xU-;z0"~  
奥迪A6在(ABS+EDS)/ASR控制单元J104中装有一个相匹配的软件，承担了一般制动力调节器功能，因而取消了制动力调节器。需要注意的是当(ABS+EDS)/ASR其中一个出现问题时将使整个辅助系统停止工作，制动力调节器功能也随之消失，必须立刻送至维修站。