制动系统工作原理图解分析

制动系统工作原理图解分析

我们都知道，踩下制动踏板后车速就会逐渐放慢直至停止。但这是如何实现的呢？汽车是如何将您腿部发出的力传递到车轮的？力又是如何经过放大，足以让汽车这么大的物体停下来的呢？

典型的制动系统

本文是制动系统六个部分的第一部分，我们将按踏板到车轮的顺序，从头到尾详细讲述制动系统的各个部分。本文将介绍汽车制动系统的基本概念，并分析一个简单制动系统的工作原理。在其他文章中，我们将向您介绍汽车制动系统的其他部件，并详细讲述每个部件的工作原理。

您踩下制动踏板以后，汽车通过制动液将您的脚下发出的力传递到制动器。而制动实际上需要的力要远远大于您的脚所施加的力，因此汽车必须将您的脚施加的力放大。放大的方式有两种：

• 机械效益（杠杆作用）
• 液压放大

制动器通过摩擦将制动力传递到轮胎，轮胎则通过摩擦将制动力传递到路面。在开始讨论制动系统的各部件之前，先让我们熟悉一下以下三条原理：

• 杠杆作用
• 液压作用
• 摩擦力作用

杠杆作用

制动踏板以如下方式设计，它可以将您腿部发出的力在传递到制动液之前就放大几倍。

如上图所示，在杠杆的左端施加一个力F。杠杆左端的长度（2x）是右端（x）的两倍。因此，我们可以在杠杆右端获得一个2F的力，它运动的位移(y)则只是左端位移（2y）的一半。改变杠杆左右两端的相对长度，也就改变了放大系数。

液压系统

任何液压系统的基本原理都很简单：作用于某一点的力被不能压缩的液体传递到另一点，这种液体通常是油类液体。 绝大多数制动系统都是通过这一过程放大制动力的。下面是一个最简单的液压系统：

如上图所示：两个活塞（红色）分别装在充满油（蓝色）的两个玻璃圆桶中，圆桶之间由一个充满油的导管连接。如果给一个活塞（图中左边的活塞）施加一个向下的力，那么这个力就可以通过管道内的液压油传递到另一个活塞。由于油不能被压缩，所以这种传递方式的效率非常高，几乎所有的力都传递给了第二个活塞。液压系统最大的好处就是，连接两个液压缸的导管可以是任何长度，也可以曲折成各种形状以绕过中间的其他部件。此外，还有一个好处就是液压管可以分支，这样一个主缸就可以被分成多个副缸，如下图所示：

使用液压系统的另一个好处就是力的放大或缩小相当容易。如果您读过滑轮组的工作原理或齿轮比原理，您就会知道，用力换取位移在机械系统中极为常见。在液压系统中，您要做的就是改变其中一个活塞及其配套液压缸的尺寸，如下图所示：

上图中，力的放大倍数取决于活塞的直径。假设左边的活塞直径为5厘米，即半径为2.5厘米；右边的活塞直径为15厘米，即半径为7.5厘米。两个活塞的面积可以通过公式A=2πr²计算得出。左边活塞的面积为19.6平方厘米，右边活塞的面积为176平方厘米。右边活塞的面积是左边活塞的九倍。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九倍的力。因此，如果给左边的活塞施加一个100公斤的向下的力，右边的活塞就会产生一个900公斤的向上的力。 唯一的不足就是当左边的活塞向下移动9厘米时，右边的活塞只能向上移动1厘米。

摩擦力

摩擦力是一个物体在另一个物体上滑动时受到的阻力。请看下图，两个滑块都是用相同材料做成的，但其中一个较另一个更重。所以不难看出哪一个更难推动。

摩擦力与重量

我们可以通过近距离地观察其中一个滑块和桌面来了解其中的原因：

用肉眼看起来很平滑的接触面，在显微镜下观察却是相当粗糙的。把滑块平放在桌面上时，滑块和桌面之间有许多小锯齿挤在一起，其中一些会相互咬合。滑块重量越大，咬合的锯齿就越多，其滑动阻力也会越大。

不同的材料具有不同的微观结构。例如，橡胶与橡胶之间就比钢铁与钢铁之间更难滑动。材料的类型决定了摩擦系数，此系数等于推动滑块所需的作用力与滑块重量的比值。在上例中，如果摩擦系数为1.0，那么推动重100公斤的滑块需要施加100公斤的力，推动重400公斤的滑块需要施加400公斤的力。如果摩擦系数为0.1，那么10公斤的力就可以推动重100公斤的滑块，而推动重400公斤的滑块也只需施加40公斤的力。

所以推动滑块所需的作用力与其重量成正比。滑块越重，推动它所需的作用力就越大。这一原理适用于制动器与离合器这样的装置，在这种装置上，制动片紧压着旋转盘。制动片受到的压力越大，汽车的制动力就越大。

在了解实际的汽车制动系统的各个部件之前，我们先来看看一个简单的系统：