制動系統工作原理圖解分析

我們都知道，踩下制動踏板后車速就會逐漸放慢直至停止。但這是如何實現的呢？汽車是如何將您腿部發出的力傳遞到車輪的？力又是如何經過放大，足以讓汽車這么大的物體停下來的呢？

典型的制動系統

本文是制動系統六個部分的第一部分，我們將按踏板到車輪的順序，從頭到尾詳細講述制動系統的各個部分。本文將介紹汽車制動系統的基本概念，并分析一個簡單制動系統的工作原理。在其他文章中，我們將向您介紹汽車制動系統的其他部件，并詳細講述每個部件的工作原理。

您踩下制動踏板以后，汽車通過制動液將您的腳下發出的力傳遞到制動器。而制動實際上需要的力要遠遠大于您的腳所施加的力，因此汽車必須將您的腳施加的力放大。放大的方式有兩種：

• 機械效益（杠桿作用）
• 液壓放大

制動器通過摩擦將制動力傳遞到輪胎，輪胎則通過摩擦將制動力傳遞到路面。在開始討論制動系統的各部件之前，先讓我們熟悉一下以下三條原理：

• 杠桿作用
• 液壓作用
• 摩擦力作用

杠桿作用

制動踏板以如下方式設計，它可以將您腿部發出的力在傳遞到制動液之前就放大幾倍。

如上圖所示，在杠桿的左端施加一個力F。杠桿左端的長度（2x）是右端（x）的兩倍。因此，我們可以在杠桿右端獲得一個2F的力，它運動的位移(y)則只是左端位移（2y）的一半。改變杠桿左右兩端的相對長度，也就改變了放大系數。

液壓系統

任何液壓系統的基本原理都很簡單：作用于某一點的力被不能壓縮的液體傳遞到另一點，這種液體通常是油類液體。 絕大多數制動系統都是通過這一過程放大制動力的。下面是一個最簡單的液壓系統：

如上圖所示：兩個活塞（紅色）分別裝在充滿油（藍色）的兩個玻璃圓桶中，圓桶之間由一個充滿油的導管連接。如果給一個活塞（圖中左邊的活塞）施加一個向下的力，那么這個力就可以通過管道內的液壓油傳遞到另一個活塞。由于油不能被壓縮，所以這種傳遞方式的效率非常高，幾乎所有的力都傳遞給了第二個活塞。液壓系統最大的好處就是，連接兩個液壓缸的導管可以是任何長度，也可以曲折成各種形狀以繞過中間的其他部件。此外，還有一個好處就是液壓管可以分支，這樣一個主缸就可以被分成多個副缸，如下圖所示：

使用液壓系統的另一個好處就是力的放大或縮小相當容易。如果您讀過滑輪組的工作原理或齒輪比原理，您就會知道，用力換取位移在機械系統中極為常見。在液壓系統中，您要做的就是改變其中一個活塞及其配套液壓缸的尺寸，如下圖所示：

上圖中，力的放大倍數取決于活塞的直徑。假設左邊的活塞直徑為5厘米，即半徑為2.5厘米；右邊的活塞直徑為15厘米，即半徑為7.5厘米。兩個活塞的面積可以通過公式A=2πr²計算得出。左邊活塞的面積為19.6平方厘米，右邊活塞的面積為176平方厘米。右邊活塞的面積是左邊活塞的九倍。這就意味著給左邊的活塞施加任何一個力，右邊的活塞就會產生一個九倍的力。因此，如果給左邊的活塞施加一個100公斤的向下的力，右邊的活塞就會產生一個900公斤的向上的力。 唯一的不足就是當左邊的活塞向下移動9厘米時，右邊的活塞只能向上移動1厘米。

摩擦力

摩擦力是一個物體在另一個物體上滑動時受到的阻力。請看下圖，兩個滑塊都是用相同材料做成的，但其中一個較另一個更重。所以不難看出哪一個更難推動。

摩擦力與重量

我們可以通過近距離地觀察其中一個滑塊和桌面來了解其中的原因：

用肉眼看起來很平滑的接觸面，在顯微鏡下觀察卻是相當粗糙的。把滑塊平放在桌面上時，滑塊和桌面之間有許多小鋸齒擠在一起，其中一些會相互咬合。滑塊重量越大，咬合的鋸齒就越多，其滑動阻力也會越大。

不同的材料具有不同的微觀結構。例如，橡膠與橡膠之間就比鋼鐵與鋼鐵之間更難滑動。材料的類型決定了摩擦系數，此系數等于推動滑塊所需的作用力與滑塊重量的比值。在上例中，如果摩擦系數為1.0，那么推動重100公斤的滑塊需要施加100公斤的力，推動重400公斤的滑塊需要施加400公斤的力。如果摩擦系數為0.1，那么10公斤的力就可以推動重100公斤的滑塊，而推動重400公斤的滑塊也只需施加40公斤的力。

所以推動滑塊所需的作用力與其重量成正比。滑塊越重，推動它所需的作用力就越大。這一原理適用于制動器與離合器這樣的裝置，在這種裝置上，制動片緊壓著旋轉盤。制動片受到的壓力越大，汽車的制動力就越大。

在了解實際的汽車制動系統的各個部件之前，我們先來看看一個簡單的系統：