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汽车文化之刹车系统是怎么来的?

米兰体育官方下载入口手机版 米兰苹果免费下载 、Drum brake、轮毂刹车圈专业生产厂家无锡九环2022年4月25日讯  Brake System制动系统是所有汽车上都必不可少的独立系统,之所以要强调“独立”,主要是考虑到它关乎主动安全性,所以制动系统必须完全独立于汽车其他系统、子系统而可独立工作的。很简单,修过车的都知道,很多时候厂内挪车,那些没了引擎、没了波箱的待修车,制动系统依然能有效工作的。是否记得早些年那个“因定速巡航系统故障而导致的制动系统失灵”事件,笔者觉得,要么这就是一桩现代科技下的灵异事件,要么就是一次子虚乌有的炒作,估计是这厮是想红想出名想疯了。能够被电脑控制的制动系统,现实中存在,但早已被各国政府判定为不合法而终止研究。


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汽车的制动系统是一套完全独立运作的系统,不是车厂研发能力的问题研发不出电传操控,而是国际通用的汽车法规里暂时还不允许在制动系统加入任何与电传操控相关的技术,所以,早前那些用定速巡航失灵并以此作为没刹车的借口,完全违背了商品汽车的法规现实,用来骗骗对汽车一知半解的愚民们倒是个不错的新闻炒作话题。


关于一些基础原理重复一下:

制动系统的原理其实并不难理解,就是一个将行驶中的汽车所具备的动能,通过制动皮和制动碟之间的摩擦做功、轮胎与地面之间摩擦做功结合而将这种能量散失掉的过程,就是制动系统的物理原理,一般通过两条公式便可解释:

E=mv²/2:E是汽车制动时的动能,m是汽车的质量、v是制动时的起始速度;


W=μmgd:μ是轮胎的摩擦系数,m是汽车的质量,g是地球的重力加速度,d则是制动距离。


制动系统的效能是由“制动时的减速度”来定义的。但最大制动减速度不受制动系统限制,而受制于轮胎静摩擦系数限制。


有了这两条物理公式和说明便可知道,一辆汽车的制动系统工作原理基本就能理解了,无非就是一个与汽车重量有关、并与速度与能量之间的转化过程,而制动系统在这套公式则是一个速度不断改变的量,制动系统的性能对这种能量的产生和消散过程有着至关重要的影响。也同时在这两条公式里可以知道,汽车的重量对于制动性能的发挥有着决定性的影响,换句话说,那些一天只会给你说“多少动力就要用什么刹车套件”的言论如同鬼扯,用多大的碟、多少活塞的卡钳,考虑的可变量只有两个:一个是车重多少,1吨不到的车你没必要换套380mm的六活塞卡钳套件;两吨的车,用套300mm碟配个单活塞卡钳,制动力一定不够用。另外一个决定制动性能同等重要的因素就是轮胎,能量散失的过程中,决定车辆最短制动距离的因素是轮胎摩擦系数,换句简单点儿的话就是轮胎抓地力。



说了一堆关于制动系统的原理和思路问题,那么我们从汽车文化的角度看看,制动系统又是怎么来的?

汽车最早的制动系统的形式名叫机械式摩擦制动器,就是简单粗暴地将使用木料和皮料与转动的车轮外侧进行摩擦,让车子慢下来或者停下来。刹车片最早诞生于1820年,由德国发明家Karl von Drais(卡尔·冯·德赖斯)发明,而产品化则一直到1850年代才出现,主要应用在铁路、马车、自行车等诸多场合。19世纪末出现的内燃机汽车刚开始时也是使用来自马车的外圈摩擦式制动器,至于人类第一块刹车皮诞生于1888年8月,由Bertha Benz(伯莎·本茨、Carl Benz妻子)在长途驾驶回娘家过程中发生故障后,到路边的皮匠使用牛皮制作成了替换品,流传至今,很多人仍习惯使用“刹车皮”来称呼Brake Pad就是这个历史典故了。随着可充气轮胎的出现,通过摩擦车轮获得制动力的方式已经不现实,寻找替代方案成为了历史发展的必然,在自行车制动器上获得灵感的汽车用碟式制动器(Disc Brake)米兰体育官方下载入口手机版 (Drum Brake)的相继出现,并一直发展至今。当然了,这两种仍属于摩擦式刹车。


19世纪末至20世纪初的内燃机汽车制动系统,因为车辆均为后轮驱动形式,很自然地,几乎所有的汽车就只有后轮使用制动器,前轮为自由状态,这个情况直到1924年,德国的Horch在其10M25车型的四个车轮上装用上了米兰体育官方下载入口手机版 ,这也是第一辆四轮均有刹车的车型。至于后来出现的电动刹车和磁力刹车则可以视为非摩擦式制动器,但因为法规和自身可靠性问题,目前所有的电动车无论再先进的能量回收系统之前,都必须使用一套燃油汽车上的制动系统作为主系统。至于驱动刹车的形式则有油压式和拉索式,前者基本已经是现代汽车的标准配置,后者则常见于1930年之前的汽车及当今汽车的手刹机构里。


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碟式制动器和米兰体育官方下载入口手机版 ,它们的理论专利诞生有前后,但被应用到汽车上的时间,则是鼓式较早,碟式因为其自身存在着许多技术难点有待解决,到了50年代中叶才开始被投入大量生产。


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这就是第一款四个车轮都安装有制动器的内燃机汽车,1924年推出的Horch 10的中期改进版10M25,又名10/50 PS。不过此时Horch首席工程师是Paul Daimler(保罗·戴姆勒)。


关于碟刹和鼓刹孰优孰劣的问题,很多人因为看到鼓式刹车常见于后轮、而且不少原本是前碟后鼓的车型的高配型号都会换上前后碟刹,便将米兰体育官方下载入口手机版 理解为一种比碟刹落后的制动形式。其实这个想法并不正确,碟式和鼓式其实都有各自的优缺点,某些实际应用上,例如手刹,鼓式手刹会比碟式手刹更稳定和可靠。


碟式制动器出现于1890年代的英国,由Frederick W. Lanchester(弗雷德里克·W·兰彻斯特)发明,并在1902年获得了专利,同时地,他也是英国兰彻斯特汽车公司的创始人,这套碟式制动器就曾小批量地出现在兰彻斯特汽车上,不过该公司的经营状况一向不太好,后来被英国的Daimler丹拿汽车收购便销声匿迹。

米兰体育官方下载入口手机版 的原理专利出现于1882年,由Walter Russell Mortimer(沃尔特·罗素·莫蒂默)发明并首先应用于自行车上,应该说,之后应用在汽车上的米兰体育官方下载入口手机版 的理论及原理基础均在此基础上发展而来。在汽车应用方面,最早出现在汽车的鼓刹由DMG公司的Wilhelm Maybach(威廉·迈巴赫)于1900年首次应用在Mercedes 35PS车型上;随后在1902年,由路易斯·雷诺申请了内蹄式制动器的专利,至于常见于摩托车上的鼓式制动系统,到了1920年代才开始被应用。


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汽车、摩托车上使用的米兰体育官方下载入口手机版 一般是指内鼓式,虽然看起来笨重,但其实米兰体育官方下载入口手机版 也是有碟式制动器所不具备的优点,例如它蹄片与刹车鼓内壁的接触面积较大,且平均,其有效摩擦系数比碟式要高,所以只需很少的液压力便可获得较大的摩擦力,所以轻型车上米兰体育官方下载入口手机版 几乎可以不用真空助力鼓(很多老车就没有助力鼓就因为前后都是鼓刹,不需要);所有制动元件均整合在鼓身内,不会受到砂石的伤害;粉尘较少,所以你会发现使用米兰体育官方下载入口手机版 的老爷车可以使用优雅的钢丝轮圈还经常一尘不染就是这个原因了;相对于碟式制动器,它更耐用。有优点当然就会有缺点,例如更换刹车皮比较复杂;在重型车上,米兰体育官方下载入口手机版 会比碟式的要重,不利于节省燃料,加上散热效能较差,导致了因过热而产生的制动力衰减问题。最要命的一点是,如果将米兰体育官方下载入口手机版 放在前轮,车辆转弯时很容易出现车轮脱离的事故,这种问题在1970年代以前,也就是乘用轿车普遍使用米兰体育官方下载入口手机版 作为前轮制动器时代最常见的问题,而碟式刹车则几乎可以根治了这个问题。



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米兰体育官方下载入口手机版 的原理并不复杂,而且制动力并不弱,但散热问题始终困扰着它的使用。


碟式制动器的诞生同样也是来自自行车,最早碟式制动器专利出现于1894年的美国,比刚才提到英国人Frederick W. Lanchester(弗雷德里克·W·兰彻斯特)获得汽车用碟式制动器的专利要早一些,但比自行车上使用米兰体育官方下载入口手机版 要晚。1902年在获得专利后,Frederick W. Lanchester(弗雷德里克·W·兰彻斯特)直到1905年才将这种通过机械传动的刹车系统应用在自家的汽车上,但此时绝大部分的轿车已经普及了鼓式刹车,所以碟式制动器很少应用于汽车上,反而在飞机和铁路系统上,直到二战后,米兰体育官方下载入口手机版 依然是绝对的主流配置。碟式制动器难以普及的最大问题不在于性能原理上,而在于其转动机构过于复杂,可靠性差、尤其是很容易受到路面环境的影响,例如砂石粉尘等,加上材料学进展缓慢,耐用性和可靠性得不到保证,更是让许多想将碟式制动器放到轿车上使用的公司暂停或者拖延了研发进度。首款配备四轮碟式制动器的轿车是1948年的Tucker 48,虽然此车号称是当时最先进的汽车,但它只生产过51辆,满打满算也只能归入小批量的手工制品范畴,对于世界汽车工业潮流的影响算不上有“突出贡献”,到了1953年,首款四轮均为碟式制动器的赛车:Jaguar XK120-C取得的勒芒冠军让整件事出现了转机。


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目前普遍原装车上采用的碟式制动器的组成结构,图中这种形式叫浮动式卡钳配固定式制动碟,而高性能取向或者升级用的则多为固定式卡钳配浮动式制动碟形式。


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1953年,捷豹XK120-C赛车,凭借着其可靠的四轮碟刹机构,为获得该年的勒芒24小时冠军提供了有力保障,这也是碟刹制动器从研发室真正走入市场的标志性“露脸”事件。


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受到了Jaguar XK120-C赛车的鼓舞,首个将碟式制动器作为标配(前轮)进入大量化生产时代的车型是1955年投放市场的雪铁龙DS 19,该车的出现也引发了碟式制动器发展初期关于安装位置之争,部分工程师抱有顾虑,例如碟片容易接触到砂石而造成损坏的情况,雪铁龙工程师们的解决方案是把制动卡钳放在变速箱上,直接对传动半轴进行制动。这种俗称为“轴头碟”的设计在早年量产化轿车上颇为常见,例如英国、法国、意大利的不少车型就是这样,甚至为了解决制动系统的散热问题,还特地在车辆前下方、侧部预设了导风管直接吹向制动系统。DS 19系列车型的总产量超过150万辆,它对后世汽车开始普及碟式制动器产生了深远的影响。除了DS19外,首款使用四轮碟式制动器的量产车型是1956年的Jensen 541,Jensen詹森汽车在国内车迷圈的知名度不高,但其实这个诞生于1922年、结束于2011年的英国品牌在汽车科技发展史上有着举足轻重的地位,除了在量产车上首次应用上了四轮碟刹系统的Jensen 541以外,1966年推出的Jensen FF更是最早量产四轮驱动系统和配备ABS防抱死制动系统的车型,注意了,它才是最早使用四轮驱动系统的轿车,那个时候Audi这个品牌还在雪藏中,下次有人问起你谁是最早的四轮驱动轿车,就别再迷之自信般回答奥迪Sport Quattro了,正确答案是“詹森FF”。


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雪铁龙DS 19的前制动系统采用碟式制动器,DS 19采用FMF驱动布局,即前中置引擎、前置变速箱、前轮驱动。制动系统的安装位置与今天常见的半轴外侧不同,卡钳安装在变速箱体上,294mm直径的制动碟则位于传动半轴内侧。


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早年的制动系统大多为机械式控制,通过杠杆原理将人手施加的力放大后传递到摩擦片上,随着米兰体育官方下载入口手机版 的流行,又出现了拉索式控制机构,驾驶者的施力部位也从手向脚转移。第一辆采用液压制动器的车型出现在1921年美国Duesenberg杜森贝格的Model A赛车上,而第一辆配备液压制动系统的量产车则是克莱斯勒的B70。不过,之后的很长一段时间里,拉索式的制动控制依然是各大量产车的主流配置,例如大众的甲壳虫一直到1962年3月才全面进入液压制动系统时代。


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克莱斯勒在1924年推出了使用液压制动系统的B70,也是第一款使用该系统的量产车,总产量超过10万辆。


制动系统的发展历史主要是围绕着如何帮助制动器提高效能或者可靠性思路产生的,这个就不能不提到能提高制动有效性15%以上的ABS系统(Anti-lock Brake System)了:

1903年在火车科技树上诞生了“制动力调节器”专利,它由法国人Paul Hallot(保罗·哈洛特)获得,这是机械式ABS的机理原型;

1928年,由德国工程师Karl Waessel(卡尔·维塞尔)确定了在汽车上使用制动调节器的基本工作原理;

1936年,经由Robert Bosch(罗伯特·博世)改进后,获得了“ABS防抱死制动系统”专利,此时仍为机械式,但并没有投入实际量产;

1966年开始在Jensen FF上使用的机械式制动力调节系统(来自Dunlop-Maxaret公司);

1969年,ITT公司展示第一代电子防抱死制动系统(协和式客机上使用);

1971年,日产在President上首次应用了电子式ABS辅助系统(EAL系统);

1971年,现代电子化的车用ABS系统由菲亚特汽车研发中心的工程师Mario Palazzetti(马里奥·帕拉泽蒂)研发成功并获得专利,帕拉泽蒂也被称为现代ABS之父,这项专利后来被卖给了Bosch公司,并将其命名为ABS;

1978年,博世公司重新向市场推出商品化的电子ABS系统,因为“ABS”这个字母组合早已被其注册,所以其他品牌的同类系统只能更名。

第一辆搭载“ABS”这个名字辅助系统的车型是Mercedes W116;

至今,ABS已经基本成为了乘用车的标配。


列出ABS系统的发展时间轴,是因为笔者不止百次在网络上、或者车迷交流讨论中见到过“ABS乃Bosch博世发明的专利技术”一说,看完上述的历史发展演化过程,请那些似懂非懂、道听途说的伪车迷们该停停嘴,了解一下事实再吹吧,防抱死制动系统的概念是法国人提出的,由意大利人实现了现代车用电子化ABS系统的研发,Bosch只是买到了该专利然后重命名而已!    

再发展到后来一些列通过电子化辅助伺服器而产生的电子制动力分配(EBV)、电子稳定控制系统(ESC)等等,其实都同样是构筑于制动系统基础上的附件,但这里必须要有一个概念,这类电子化系统的作用是为了方便你更容易操控车辆,而不存在必要性一说,在法律法规规定下,此类系统不能凌驾于基础的制动主系统上,换句话说,这些电子系统可以失效,但车辆依然能正常使用、正常刹车。很多人受到了媒体唆使并将这类系统视为唯一或者必然,并以此为信条,奉劝一句,当你怀疑自己没了这些电子系统辅助还会不会开车时,建议去接受一下高级驾驶培训课程的深造。


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另外还有一个很多车友关心的,制动系统应如何升级的问题,近年有不少自媒体公众号都煞有其事的出过类似的文章,其实关于制动系统如何升级的问题并不复杂,更没有太多与这个品牌那个品牌相关的说辞,所有的升级其实都只是围绕着一个核心:车重与能量、速度之间的转化过程,只要稍稍花点儿时间弄清楚这几者的关系,再去挑选合适自己的制动升级套件时,就不是“你说啥就是啥”,会变成“你别水我、我懂”,这样去消费升级套件才是理性的!


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