Know-How 系列 | 汽车制动系统顺畅运行的秘诀
汽车制动系统究竟是如何工作的?
这道问题乍一看,似乎很简单:制动片压在制动盘上,产生摩擦,车辆减速--这就是盘式制动器的基本原理。但实际上,汽车制动系统包含了大量的专业技术,能否了解并掌握它们,也是确保系统顺畅、高效运行的关键。在本篇文章中,埃马克将通过 5 组问答为您进行详细讲解。
1. 汽车制动系统的详细特征是什么?
盘式制动器,自20世纪60年代起就开始在汽车上得到使用。与鼓式制动器相比,盘式制动器在连续负荷下更加稳定。该系统由液压系统控制:当驾驶员踩下制动踏板时,液压缸会将制动液分别输送到两个压力回路中,制动盘上的活塞被激活并压缩制动片,这样整个系统就不会在发生严重损坏时立即失灵。
汽车通常有两个压力回路,以便在局部损坏时整个系统不会失灵。
(图片来源:VentYl, 公有领域, via Wikimedia Commons, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/Brzdy-S130.png)
有趣的是,这个看似简单的系统的进一步发展是复杂的。由于制动盘和制动片之间的相互作用对物理细节的要求很高,因此制动器作为一个安全关键部件,需要经过大量的设计、测试和审批程序。专家们称制动器的制动盘和制动片是有两个 "摩擦伙伴",这也表明这两个部件都因不断摩擦而磨损。顺便提一下,最大制动力是由车轮的所谓静摩擦力决定的,而不是由制动器决定的。
2. 是谁发明了汽车制动系统?
英国人弗雷德里克-兰彻斯特(Frederick W. Lanchester)被认为是乘用车盘式制动器的发明者。他于1902年申请了专利,从1905年起,他的技术(仍为纯机械技术)被安装在汽车上。第一个液压制动系统则由美国人 Malcolm Loughead 开发,他于1917年申请了专利。另一项重大进步是德国工程师赫尔曼-克劳(Herman Klaue)于1940年发明了制动盘硬涂层,包括自强化制动系统。欧洲第一辆所有车轮均采用盘式制动器的量产汽车是奥斯汀-希利 100S跑车。该车由英国BMC公司于1953年至1959年间制造。
1894 年的自行车盘式制动器专利:这里采用的基本原理至今仍然有效。
(图片来源:Joel H. Hendrick & Arthur H. FayJoel H. Hendrick & Arthur H. Fay,公有领域,https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/ff/1894-09-18-Patent-526317-Brake-for-Velocipedes-2a.jpg,通过维基共享资源)
3. 制动系统是如何变化的?
欧盟计划中的欧 7 标准是制动系统改变的开始。该标准不仅规定了内燃机的排放,还首次规定了制动器和轮胎的磨损。因此,汽车将被视为一个整体,制动系统的微粒排放必须大大减少。
目前,根据车型的不同,汽车每公里的颗粒物排放量在 5 至 40 毫克之间(WLTP 驾驶循环)。今后,所有(!)汽车的排放上限将仅为 7 毫克。因此,研究人员正在研究刹车盘和刹车片,因为它们之间的相互作用会产生微粒物质。研究的重点是对传统制动盘进行涂层处理,使其几乎不再出现腐蚀、磨损和微尘。
4. 电动汽车能发挥什么作用?
在电动汽车中,制动器的使用频率较低,因为在电机恢复过程中会产生足够的制动效果,而未使用的制动盘有可能因此生锈,带来安全隐患。值得注意的是,TÜV 在2023年的一份报告中曾列出了电动汽车制动器的缺陷,其制动盘生锈的频率要高于平均水平。专家们也曾用“刹车片睡着了"来形容这一情况,并建议电动汽车驾驶员应定期加大刹车力度,以防止制动盘生锈。
5. 这一切对生产意味着什么?
对制动盘进行涂层以减少磨损并不是一个新的想法。然而,迄今为止,这一技术一直存在着很多问题,如高昂的生产成本、复杂的准备工作,破坏性的涂层厚度等等。在这种情况下,埃马克与 HPL 技术公司合作,为制动盘涂覆提供了一种新的添加剂工艺,即高速激光熔覆。在这一工艺中,材料粉末会被喷送至激光束的焦点处,而后在空气中熔化,并撞击同样已熔化的制动盘表面,以达到较高的涂覆面积(超过5㎡/h)、极小的涂层厚度(不到0.05mm),以及均匀的表面。
埃马克的涂覆技术
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