制动系统新技术

2023年12月12日发(作者：君马汽车停产了吗)

制动系统新技术

一 制动盘新技术

行车安全与制动系统的性能有着最直接的关系。随着汽车发动机的功率越来越大，汽车的行驶速度越来越快，汽车制动系统也在迅速地发展。

在轿车的制动系统中，由于鼓式制动器的一些缺点，鼓式制动器正在逐渐被盘式制动器所取代。盘式制动器的工作方式是利用制动摩擦片与制动盘之间的摩擦力来使车辆减速或停止，实施制动时，汽车的动能会转化成大量的热能。

图 1 平面式制动器

为了有效地降低制动时制动盘的温升，很多制动盘上都开有通风槽，这样就可以利用汽车行驶时的自然风散热。很多轿车的前轮采用了通风式制动盘设计，而后轮却采用了非通风式制动盘设计，这多数是基于降低成本的考虑，因为通风式制动盘的制造工艺相对复杂，价格也相对较高。通风盘可以分为：平面式制动盘（图１）、打孔式制动盘（图２）以及划线式制动盘（图３）。相对而言，平面式制动盘散热能力较低，打孔式制动盘的散热能力优于平面式制动盘。划线式制动盘的优点在于它的制动效果和散热能力都比较好，由于制动盘上分布有规则的线形沟槽，制动盘与制动摩擦片之间的摩擦系数大大提高，制动效果也就更好。传统的制动盘是由铸铁制造而成，随着各种新材料在汽车制造中不断得到应用，碳纤维制动盘和陶瓷制动盘也逐渐被人们所熟悉。 图 2 打孔式制动器

图 3 划线式制动器

铸铁制动盘

铸铁制动盘具有容易加工和耐磨性较好等优点，但是它也具有质量大和热稳定性较差等缺点。随着汽车零部件制造技术的发展，制动盘正向着质量更轻、摩擦系数更大以及耐久性更好的方向发展。

碳纤维制动盘

碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上，例如Ｆ１赛车上。它能够在５０ ｍ的距离内将汽车的速度从３００ ｋｍ／ｈ降低到５０ ｋｍ／ｈ，此时制动盘的温度会升高到９００ ℃以上，制动盘会因为吸收大量的热能而变红（图４）。碳纤维制动盘能够承受２ ５００ ℃的高温，而且具有非常优秀的制动稳定性。

图 4 制动盘吸收热能而变红

虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能，但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际，因为碳纤维制动盘的性能在温度达到８００ ℃以上时才能够达到最好。也就是说，必须在行驶了数公里之后，汽车的制动装置才能进入最佳工作状态，这对于大多数只是短途行驶的车辆并不适用。另外，碳纤维制动盘的磨损速度很快，制造成本也非常高。

陶瓷制动盘

由于陶瓷具有质地坚硬、耐磨性好以及抗高温等优点，因此由陶瓷制成的产品在汽车上不断得到应用。利用陶瓷在高温下具有良好的刚度和形状变化很小的特性，陶瓷被制成了制动盘、三元催化器、涡轮增压器的涡轮和泵轮、轴承、发动机活塞以及气门等部件。大众公司从２００５年开始在奥迪Ａ８ Ｗ１２轿车上使用了陶瓷制动盘（图５）。

图 5 奥迪A8使用了陶瓷制动盘

事实上，采用铸铁材料制造制动盘相对更容易一些，只需要经过铸造过程和简单的机械加工就可以完成，而用陶瓷制造制动盘的过程则要复杂得多。首先，需要将碳纤维和合成树脂以及其他液态聚合物混合在一起，再注入模具中压缩，冷却烘干后使之成为坚硬的制动盘毛坯。将毛坯放入充满氮气的高温分解炉中加热至１ ０００ ℃，直到碳聚合物完全转化成碳元素，这样就制成了碳纤维制动盘。最后一步是将碳纤维制动盘置于硅化炉中，加热到１

５００ ℃，使制动盘的表面吸收液态硅，冷却后制动盘的表面就形成了硅碳化合物，也就是通常所说的陶瓷材料，这种材料的硬度几乎和金刚石一样。同时，这种陶瓷制动盘内部的碳纤维材料可以使制动盘具有很好的刚度。

陶瓷制动盘克服了碳纤维制动盘的缺点，它在低温时也具有很好的制动效果，它能承受１ ４００ ℃的高温而不变形、不产生裂缝、不抖动。陶瓷制动盘与铸铁制动盘相比具有明显的优势。

（１）陶瓷制动盘比铸铁制动盘的质量降低了５０％左右。例如在保时捷９１１Ｔｕｒｂｏ跑车上，尽管陶瓷制动盘的直径比传统制动盘直径大２ ｃｍ，但４个车轮的制动器总质量却减少了１６ ｋｇ。

（２）陶瓷制动盘的摩擦系数比铸铁制动盘高２５％左右，大大提高了制动效率。

（３）铸铁制动盘在连续高速制动后会因为温度过高而变形，制动盘表面会形成波纹，导致制动时车轮发生抖动，降低制动效率。在高温下，陶瓷制动盘的摩擦系数和刚度几乎不会发生变化，所以陶瓷制动盘不会出现上述问题。

（４）由于陶瓷制动盘的表面硬度很高，因此它在制动时的磨损很小。测试结果表明，陶瓷制动盘的使用寿命能够超过３０万 ｋｍ。

尽管陶瓷制动盘能够承受很高的温度，但制动系统中的其他部件，例如车轮转速传感器等却不具备抗高温的能力，因此很多陶瓷制动盘上开有贯通的通风孔，在制动盘内部也铸有冷却管，在制动盘和制动器活塞之间还有一层起隔温作用的特制陶瓷护板。

目前，陶瓷制动盘的价格仍然很高，因为制造所需的时间很长。强化的碳纤维制动盘已经出现，这种制造技术能够获得与陶瓷制动盘相同的品质，但制造周期更短，所以经济性更好。

二 制动辅助系统ABS EBD EBA

ABS

组成:ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的。

工作原理：在制动时，ABS根据每个车轮速度传感器传来的速度信号，可迅速判断处车轮的抱死状态，关闭开始抱死车轮上面的常开输入电磁阀，让制动力不变，如果车轮继续抱死，则打开常闭输出电磁阀，这个车轮上的制动压力由于出现直通制动液贮油箱的管路而迅速下移，防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。在此同时，主控制阀通电开启，动态压力的制动液可进入制动阀，动态压力的制动液从动态助力管路通过主控制阀、制动总泵密封垫外缘到达前轮输入管路如此反复地工作（工作频率3－12次/秒），让制动状态始终处于最佳点（滑移率S为20%），制动效果达到最好，行车最安全。

在制动总泵前面腔内地制动液是动态压力制动液，它推动反应套筒向右移动，反应套筒又推动助力活塞从而使制动踏板推杆向右移。因此，在ABS工作地时候，驾驶员可以感觉到脚上踏板地颤动，听到一些噪音。

汽车减速后，一旦ABS电脑检测到车轮抱死状态消失，它就会让主控制阀关闭，从而使系统转入普通地制动状态下进行工作。如果蓄压器地压力下降到安全极限以下，红色制动故障指示灯和琥珀色ABS故障指示灯亮。在这种情况下，驾驶员要用较大地力进行深踩踏板地制动地方式才能对前后轮进行有效地制动。

优缺点： 1、加强对车辆的控制。装备有ABS的汽车，驾驶员在紧急制动过程中仍能保持着很大程度的操控性，可以及时调整方向，对前面的障碍或险情做出及时、必要的躲避。而未配备ABS的车辆紧急制动时容易产生侧滑、甩尾等意外情况，使驾驶员失去对车辆的控制，增加危险性。 2、减少浮滑现象。没有配备ABS的车辆在潮湿、光滑的道路上紧急制动，车轮抱死后会出现车辆在路面上保持惯性继续向前滑动的情况。而ABS由于减少了车轮抱死的机会，因此也减少了制动过程中出现浮滑的机会。 3、特定路况下有效缩短制动距离。在紧急制动状态下，较为光整的路面条件下，ABS能使车轮处于既滚动又拖动的状况，拖动的比例占20%左右，这时轮胎与地面的摩擦力最大，即所谓的最佳制动点或区域。普通的制动系统无法做到这一点。此时刹车性能得以提高，制动距离缩短。而如沙石雪地等路面状态下，由于间歇性制动，使得轮胎滑动旋转再滑动旋转，相对增加了制动距离。 4、减轻了轮胎的磨损。使用ABS消除了在紧急制动过程中抱死的车轮使轮胎遭受不能修复的损伤，即在轮胎表面形成平斑的可能性。大家留心就会发现，在道路上留下长长刹车痕迹的是未装备ABS的车辆，而装备了ABS的车辆，只会留下轻微的刹车痕迹，并且是一小段一小段的，明显减少了轮胎和地面的磨损程度

未来发展：近年来由于汽车消费者对安全的日益重视，大部分的车都已将ABS列为标准配备。如果没有ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使行车方向变得无法控制。所以，ABS系统通过电子或机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力。 随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据。目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。 有人说制动防抱系统是汽车安全措施中继安全带之后的又一重大进展。汽车制动系统是汽车上关系到乘客安全性最重要的二个系统之一。随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车的安全性越来越为人们重视。汽车制动防抱系统，是提高汽车制动安全性的又一重大进步。 ABS防抱制动系统由汽车微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率，保持车轮转动。在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死〔锁死〕车轮相比，能提供更高的制动力量。

EBD

组成：

EBD实际上是ABS的辅助功能，是在ABS的控制电脑里增加一个控制软件，机械系统与ABS完全一致。它只是ABS系统的有效补充，一般和ABS组合使用，可以提高ABS的功效。当发生紧急制动时，EBD在ABS作用之前，可依据车身的重量和路面条件，自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率，如发觉此差异程度必须被调整时，刹车油压系统将会调整传至后轮的油压，以得到更平衡且更接近理想化的刹车力分布。

工作原理：

在刹车的时候，车辆四个车轮的刹车卡钳均会动作，以将车辆停下。但由于路面状况会有变异，加上减速时车辆重心的转移，四个车轮与地面间的抓地力将有所不同。传统的刹车系统会平均将刹车总泵的力量分配至四个车轮。从上述可知，这样的分配并不符合刹车力的使用效益。EBD系统便被发明以将刹车力做出最佳的应用。

EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配，以保证车辆的平稳和安全。当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。

EBA紧急制动辅助系统

组成：踏板处位移传感器、压力传感器，主缸压力传感器，转速传感器，制动灯信号，ECU等等。

工作原理：

在一些非常紧急的事件中，驾驶者往往不能迅速地踩下刹车踏板，是为此设计。该系统利用传感器感应驾驶者对制动踏板踩踏的力度与速度大小，然后通过电脑判断驾驶者此次刹车意图。如果属于非常紧急的制动，EBA此时就会指示制动系统产生更高的油压使ABS发挥作用，从而使制动力快速产生，减少制动距离。而对于正常情况刹车，EBA则会通过判断不予启动ABS。 通常情况下，EBA的响应速度都会远远快于驾驶者，这对缩短刹车距离，增强安全性非常有利。此外，对于脚力较差的妇女及高龄驾驶者闪避紧急危险的刹车，也帮助很大。有关测试表明，EBA可以使车速高达200公里/小时的汽车完全停下的距离缩短21米之多，尤其是对在高速公路行驶的车辆，EBA可以有效防止常见的“追尾”意外

优缺点：1根据作用于刹车踏板的速度和力量判断是否紧急刹车。

2即使踩刹车的力量很弱，也能发生出很大的制动。

3松开踏板时自动减少助力量，降低刹车时的不适应感。

未来发展：

有关测试表明，EBA可以使车速高达200公里/小时的汽车完全停下的距离缩短21米之多，尤其是对在高速公路行驶的车辆，EBA可以有效防止常见的“追尾”意外。 科学测试表明：在突如其来的紧急情况下，大多数驾驶员能很快踩制动，但达不到十分强劲有力，或者在最初次碰撞平息时，驾驶员会太早放松制动踏板，这两点正是制动辅助系统要解决的。“BAS”可认知紧急制动，在毫秒内建立起最大的制动力量，并且保持它一下到驾驶员的脚离开制动踏板。这样一来，制动距离便明显地缩短。