去4S店買車,經(jīng)常聽到剎車有碟剎、鼓剎,那么,兩種剎車有何特點(diǎn)?哪種更好?
另外,經(jīng)常聽到一些與制動(dòng)相關(guān)的名詞,如:ABS、ESC、ESP、EPB、ibooster等?這些又是什么意思?用來干嘛的?
今天,我們用一篇文章來介紹下汽車制動(dòng)系統(tǒng)的前世今生,可能并沒有你想得那么簡(jiǎn)單。
汽車自誕生之日起就有了剎車。
1.源起:機(jī)械制動(dòng)時(shí)代
19世紀(jì)80年代,德國科學(xué)家卡爾·本茨發(fā)明了世界上第一輛真正意義上的汽車。
奔馳一號(hào)
這臺(tái)車當(dāng)時(shí)搭載的是一臺(tái)單缸、四沖程汽油機(jī),排量0.93升,功率只有0.8馬力,整車重254公斤,最高時(shí)速16公里,沒有倒擋。
當(dāng)年,貝塔·本茨(世界上第一位司機(jī),女司機(jī))駕駛著這輛車去轉(zhuǎn)娘家,完成了人類首次長途駕駛(大概105公里),在行駛過程中發(fā)現(xiàn)剎車剎不住,便找了個(gè)鞋匠,定制了一塊剎車片,剎車片就此誕生。
那個(gè)時(shí)候,汽車制動(dòng)系統(tǒng)很簡(jiǎn)單,就是依靠杠桿原理,將力傳遞給制動(dòng)器(早期為木塊,后來演變成橡膠塊),制動(dòng)器與輪胎之間產(chǎn)生摩擦,然后將車剎住。
由于早期車速低,簡(jiǎn)單的機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)勉強(qiáng)能夠?qū)④囕v剎住,但隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,車速越來越高,制動(dòng)系統(tǒng)急需改進(jìn)。
1900年,威廉·邁巴赫發(fā)明了最早的鼓式制動(dòng)器,后來在1902年,雷諾汽車創(chuàng)始人路易斯·雷諾對(duì)其進(jìn)行了改良。這種機(jī)械鼓式制動(dòng)器位于車輪中央,制動(dòng)蹄位于制動(dòng)鼓內(nèi)部,摩擦片附著于制動(dòng)蹄上,制動(dòng)時(shí)通過把制動(dòng)蹄壓向制動(dòng)鼓從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。
1902年英國工程師佛雷德里克·威廉·蘭切斯特設(shè)計(jì)出了汽車盤式制動(dòng)器并申請(qǐng)了專利。當(dāng)時(shí)由于材料所限,所以摩擦片是銅片,而制動(dòng)盤是鐵質(zhì)圓盤,剎車時(shí)會(huì)產(chǎn)生刺耳的聲音。
盤式制動(dòng)器
此外,當(dāng)時(shí)的路況非常惡劣,銅制剎車片很快磨損,壽命很短,所以當(dāng)時(shí)盤式制動(dòng)器并沒有流行起來。
鼓式制動(dòng)器在隨后很長一段時(shí)間內(nèi)被廣泛使用,但由于鼓式制動(dòng)器先天的設(shè)計(jì)缺陷,在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大量熱量無法及時(shí)散出,大大降低了制動(dòng)性能,里面進(jìn)水以后更會(huì)影響剎車性能,而盤式制動(dòng)器則不存在這些問題。
于是,人們又把目光轉(zhuǎn)向了盤式制動(dòng)器,隨著材料科技的發(fā)展,摩擦片已變成了有機(jī)摩擦材料,摩擦系數(shù)大、噪音小、價(jià)格低廉,使得盤式制動(dòng)器變得比鼓式制動(dòng)器更為流行。
在隨后汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展中,制動(dòng)器都離不開以上兩種原理,提升的方向在于怎么讓剎車更省力、更舒適、更安全。
2.風(fēng)云變幻:液壓制動(dòng)的誕生
1921年,美國的道奇兄弟公司首次在汽車上使用了液壓制動(dòng)系統(tǒng),其優(yōu)點(diǎn)是操作輕松、制動(dòng)力度大,成為了制動(dòng)系統(tǒng)的重要里程碑。
液壓鼓式制動(dòng)原理
液壓盤式制動(dòng)原理
液壓制動(dòng)系統(tǒng)的出現(xiàn),讓駕駛員可以以更小的力踩踏制動(dòng)踏板來獲得一樣的制動(dòng)效果,達(dá)到輔助制動(dòng)的效果。
3.科技進(jìn)步:真空助力與防抱死
雖然有了液壓制動(dòng)系統(tǒng),但剎車踩起來還是比較費(fèi)勁,能不能更省力點(diǎn)?
到了20世紀(jì)50年代,真空助力制動(dòng)器的出現(xiàn),使得司機(jī)們?cè)僖膊恍枰裰澳菢淤M(fèi)力地踩制動(dòng)踏板了。
真空助力器及部件
真空助力器處于制動(dòng)踏板和制動(dòng)主缸之間,它將踏板力經(jīng)過一級(jí)放大后傳遞給制動(dòng)主缸,再經(jīng)二級(jí)放大后傳遞給制動(dòng)器,從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
制動(dòng)力從踏板到輪缸示意圖
真空助力器是怎么工作的?
車輛啟動(dòng)后,助力器腔內(nèi)會(huì)形成一定的真空,當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí),助力器的后腔進(jìn)氣閥打開,后腔充氣至大氣壓,與前腔形成壓力差,形成對(duì)制動(dòng)主缸的推力,從而實(shí)現(xiàn)了真空輔助剎車的目的。
真空泵在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后才能工作,這就為什么發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí),剎車很硬,踩不下去的原因。
行文至此,人類已經(jīng)能輕松的將較小的力進(jìn)行放大并快速使輪胎停止轉(zhuǎn)動(dòng),但這樣做并不安全。
在車速較高或路面比較濕滑時(shí),如果制動(dòng)力較大,輪胎直接停止轉(zhuǎn)動(dòng),車輛就會(huì)失控。
前輪抱死,車輛會(huì)失去方向控制,后輪抱死,車輛會(huì)進(jìn)行甩尾失控,大大降低了車輛的可操作性和安全性。
于是,ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))出現(xiàn)了。
1978年,梅賽德斯-奔馳首次在量產(chǎn)車型上應(yīng)用了ABS,顯著提升了汽車的行駛安全性。
ABS整個(gè)系統(tǒng)很復(fù)雜,簡(jiǎn)單來講,就是當(dāng)剎車踏板被踩下時(shí),ABS系統(tǒng)會(huì)時(shí)刻檢測(cè)四個(gè)輪速,及時(shí)調(diào)整各個(gè)輪子的制動(dòng)壓力,使輪子與地面保持最佳附著力而不被抱死,司機(jī)只要無腦的將剎車踏板踩下即可。
在很長一段時(shí)間里,只有一些豪華車才配備ABS系統(tǒng),現(xiàn)在基本上是標(biāo)配了。
4.智能時(shí)代:電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)
ABS解決了剎車失控的問題,但有時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn),在急轉(zhuǎn)彎的時(shí)候,即使不踩剎車,車輛可能也會(huì)失控,怎么才能讓車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)更安全?
所以,在21世紀(jì)初,ESP(Electric Stability Program,電子車身穩(wěn)定程序)出現(xiàn)了。
ESP可以說是ABS的升級(jí)版,它集成了車輪防抱死、制動(dòng)力分配、牽引力控制、車身動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制功能。
當(dāng)車輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度或不足、側(cè)滑、甩尾、車身擺動(dòng)而駕駛員無法控制時(shí),ESP通過控制四輪,有針對(duì)性的對(duì)各個(gè)輪胎減小或增加制動(dòng)力使車輛修正行駛軌跡,便于駕駛員控制車輛。
ESP已成為車輛的重要安全配置之一,一款車沒ESP,賣車的都不好意思說,買車的不提,好像自己不懂車一樣。
目前ESP的供應(yīng)商有德國BOSCH、大陸、美國天合TRW、德爾福、日本電裝DENSO、愛信、韓國萬都等。
由于BOSCH發(fā)明了ESP并注冊(cè)了商標(biāo),所以其他家的車身穩(wěn)定系統(tǒng)只能叫ESC(Electric Stability Control)了。
5.未來展望:智能駕駛的新篇章
隨著汽車行業(yè)向智能化、電氣化發(fā)展,制動(dòng)系統(tǒng)也迎來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。AEBS、ibooster等一大批新技術(shù)涌現(xiàn)。
以上提到的都是一些主動(dòng)剎車技術(shù),即需要司機(jī)主動(dòng)操作,而有時(shí)候,在緊急情況下,司機(jī)根本來不及反應(yīng),所以AEBS就應(yīng)運(yùn)而生了。
AEBS(Advanced Emergence Braking System)系統(tǒng)通過攝像頭或雷達(dá)檢測(cè)和識(shí)別前方車輛,在有碰撞可能的情況下先用聲音、警示燈提醒司機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。若司機(jī)仍無制動(dòng)操作,系統(tǒng)就會(huì)采取自動(dòng)制動(dòng)措施來減輕或避免碰撞。
隨著近些年電動(dòng)汽車的發(fā)展,前文提到的傳統(tǒng)真空助力器顯然無法在電車上使用,因?yàn)檎婵毡眯枰c發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管連接才能獲取真空,而電動(dòng)車上沒有發(fā)動(dòng)機(jī)。
于是,iBooster(intelligent Brake System,智能剎車系統(tǒng))出現(xiàn)了。
iBooster完全脫離了真空這個(gè)字眼,它是通過電機(jī)帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)助力的。
博世(Bosch)線控制動(dòng)系統(tǒng)iBooster
①是安裝螺栓;②是踏板行程傳感器;③是油壺(儲(chǔ)油罐);④是制動(dòng)主缸;⑤是電機(jī)和控制器;⑥是輸入桿。
駕駛員踩踏制動(dòng)踏板后,輸入桿會(huì)產(chǎn)生位移,踏板行程傳感器探測(cè)到輸入桿的位移,然后將此信號(hào)發(fā)送給控制器,控制器計(jì)算出電機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的力矩,再由傳動(dòng)裝置將該扭矩轉(zhuǎn)換為給制動(dòng)主缸的制動(dòng)液壓力。
iBooster剎車響應(yīng)快、精準(zhǔn)、安全等級(jí)高,同時(shí)制動(dòng)過程更平順、柔滑,所以稱其為電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛而生毫不為過。
6.停車制動(dòng)
上面提到的都是行車制動(dòng)相關(guān)的技術(shù),即車輛在行駛過程中如何讓車迅速、安全地停下來。
而車輛熄火靜止后,我們也要把車輛固定住,防止其移動(dòng),這種技術(shù)叫做停止制動(dòng)技術(shù)。
最常見的就是機(jī)械手剎,這種技術(shù)成熟、可靠,至今很多車輛仍然在使用。
但總有粗心大意的司機(jī),熄火后忘記拉手剎、起步時(shí)忘記抬手剎。
所以,EPB(Electric Parking Brake,電子駐車)就出現(xiàn)了。
EPB就是我們常說的電子手剎,它的剎車原理與機(jī)械手剎類似,但EPB用起來可要舒服多了。停車掛P擋后,電子手剎會(huì)自動(dòng)拉起,車輛啟動(dòng)時(shí),若忘記松手剎,EPB也會(huì)自動(dòng)釋放,再也不用擔(dān)心忘記拉手剎了。
一般,在電子手剎旁邊還有個(gè)AUTO?H的按鈕,全稱是AUTO HOLD(自動(dòng)駐車),它與EPB又是啥關(guān)系?
EPB主要用于長期停車(僅用于P擋或N擋),而AUTO HOLD則主要用于短期停車(可用于D擋)。如紅綠燈時(shí),不想腳踩剎車,可以打開AUTO HOLD,等綠燈亮?xí)r,直接踩油門就能走,在半坡起步時(shí),這個(gè)功能就更實(shí)用了!
結(jié)語
汽車是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),僅一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)里面就有這么多學(xué)問。汽車技術(shù)的更新迭代,始終在追求更安全、更舒適、更智能、更環(huán)保。
后期有機(jī)會(huì)再與大家分享一些懸架、轉(zhuǎn)向等方面的知識(shí)。