制动系(二)

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制动器结构辅助系统ABSEBD

制动系(二)实景解析

逐零件拆解鼓式与盘式制动器,看清 ABS / EBD 等辅助系统如何协同

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制动器结构辅助系统ABSEBD

制动系(二)实景解析

逐零件拆解鼓式与盘式制动器,看清 ABS / EBD 等辅助系统如何协同

1第 1 页 · 制动系(二)实景解析

混合制动系统基本概念

上一节我们看到机械、液压、气压、电制动各自能独立工作。现代车很少只挑一种——比如电动车虽有能量回收,却仍然装刹车片。多套系统为什么要并存?它们如何协同?这正是混合制动要回答的两件事。

能量来源家族
机械能、液压能、气压能、电能(再生)等多种来源并存
混合的本质
同一辆车装两套以上能量源,按规则协同完成制动任务
经典组合
新能源车:再生+液压摩擦;智能商用车:电控气压+备用液压
协调控制
主/辅关系、切换阈值、失效备份由 ECU/VCU 按工况实时分配
家庭光储一体化供电对应 →混合制动系统

光伏相当于再生制动(边用边产)、电网相当于摩擦制动(稳定主力)、储能相当于液压蓄能器(缓冲备用)

F总制动=F再生制动+F摩擦制动F_{总制动} = F_{再生制动} + F_{摩擦制动}
2第 2 页 · 混合制动系统基本概念

主动制动系统实景

按信号流动方向读:左侧传感器采集→中间 ECU 决策→右侧执行器动作→最下方轮速反馈回传感器,构成闭环。

图解渲染中…
c1ECU 综合多源信号,计算每个车轮的目标制动力a3实际制动力作用轮胎,轮速变化即反馈量a2ESP 可对单轮独立加压或泄压,实现差动制动
3第 3 页 · 主动制动系统实景

鼓式制动器促动装置

上一页我们看了主动制动系统的电控介入,但真正让车停下来的力,最终要靠促动装置把踏板力放大成制动蹄的夹紧力。这一页看鼓式制动器里的这个'力放大器'是怎么把几十牛变成几千牛的。

力链末端的执行单元
踏板→助力器→主缸→促动装置→制动蹄;促动装置负责把液压力转换为蹄片张紧力
轮缸式(双向活塞)
两个活塞背靠背布置,主缸来油后同时向外顶推两蹄;乘用车主流方案
凸轮式(S形凸轮)
旋转S形凸轮将蹄片向外撑开;机械增益高,常见于商用车气压制动
间隙自调机构
摩擦片磨损后蹄-鼓间隙增大;促动装置配合棘轮/螺纹机构自动补偿
指甲刀对应 →促动装置的杠杆放大

长手柄是小力端、刀口是大力端——对应踏板力经多级杠杆放大成蹄片张力

FF主缸×A轮缸A主缸×M杠杆/凸轮F_{\text{蹄}} \approx F_{\text{主缸}} \times \frac{A_{\text{轮缸}}}{A_{\text{主缸}}} \times M_{\text{杠杆/凸轮}}
4第 4 页 · 鼓式制动器促动装置

凸轮促动与轮缸促动过程

两种促动方式的传力路径,从踏板信号到蹄鼓摩擦,四步看分明叉。

1
制动信号传入
踏板力转化为气压或液压信号,传至促动装置入口
2
促动器响应
凸轮促动:凸轮轴旋转;轮缸促动:活塞轴向外推出
3
力传递到制动蹄
凸轮轮廓经滚轮顶推蹄片;活塞端面直接顶推蹄片中部
4
蹄鼓摩擦制动
蹄片外扩压紧鼓壁,摩擦力矩使车轮减速直至停车
5第 5 页 · 凸轮促动与轮缸促动过程

凸轮促动 vs 轮缸促动

两种促动都能撑开刹车蹄,但发力原理、适用场景截然不同——这是重型车与乘用车制动方案分野的关键。

凸轮促动
  • 气压驱动S形凸轮旋转顶推蹄片
  • 重型卡车、客车、挂车(气压制动)
  • 力矩大、可靠性高,适合重载工况
  • 需调整臂+回位弹簧,结构较复杂
轮缸促动
  • 液压驱动双活塞直接外推蹄片
  • 乘用车、轻型车(液压制动)
  • 响应灵敏、力值线性,便于精细控制
  • 结构紧凑,靠行程自动调整间隙
重载工况选凸轮(力大可靠),乘用场景选轮缸(响应细腻);混用会牺牲各自优势。
6第 6 页 · 凸轮促动 vs 轮缸促动

鼓式间隙自动调整原理

踩制动时,蹄片要先走完间隙才能贴上鼓。摩擦片磨薄后,间隙越来越大,踏板越踩越深——脚感漂了。自动调整机构正是为解决脚感漂移而设。

磨损致间隙增大
摩擦片磨薄后,蹄片外推距离变大,初始间隙随之增加
踏板行程受影响
间隙每增一点,踏板就得多踩一段空行程,脚感变软
自调机构位置
通常装在驻车制动杠杆底部,靠棘轮+螺杆结构
调整触发时机
拉紧驻车制动时,钢索拉动杠杆,棘轮自动前推一格
保持行程恒定
每次制动都微调补偿,把间隙收回到设计值
自行车链条用久变松对应 →制动蹄间隙变大

都靠棘轮机构一格一格收紧,恢复合适松紧

7第 7 页 · 鼓式间隙自动调整原理

间隙自动调整实景

看两种自动调整机构在磨损发生后怎么把间隙拉回去:左路棘轮式、右路螺杆式,最终汇到间隙恢复。

图解渲染中…
a3分支节点,按车型配置的机构类型分流a4棘轮式触发条件:制动回位时反向过补偿a5螺杆式触发条件:拉起驻车制动时动作a8两条路径汇合点,间隙回到设计值
8第 8 页 · 间隙自动调整实景

盘式制动器基本结构

鼓式靠摩擦片向外撑开来实现自调,盘式更直接:把圆盘暴露出来,从两侧用摩擦片夹住它。三件基本件就能搭出来。

制动盘
随车轮转动的金属圆盘,是被夹紧产生摩擦的「靶子」
摩擦片
装在钳体里,制动时被推向盘面,靠摩擦产生制动力
钳体
托住摩擦片并施加夹紧力的骨架,决定结构是固定还是浮动
固定式钳体
两侧摩擦片各自有独立油缸推动,刚性更好但零件多
浮动式钳体
整体在滑销上滑动,只用单侧油缸推动,结构简单成本低
自行车手捏刹车夹轮圈对应 →盘式制动器夹制动盘

都是从两侧夹住旋转件,区别在于自行车用橡胶皮夹轮圈,盘式用专用摩擦片夹金属盘

9第 9 页 · 盘式制动器基本结构

盘式驻车制动系统

上页的盘式制动器靠液压推动卡钳夹紧制动盘——但拉起手刹时没人推液压油。这套纯液压的系统,怎么多出机械锁止能力?

集成位置
驻车锁止机构集成在后轮盘式制动器内部,不另设独立的机械刹车
鼓盘一体式
在制动盘内侧嵌套一个小型鼓式机构,刹车蹄张开实现驻车
卡钳集成式
卡钳内增设螺杆传动,拉线驱动螺杆推动压片夹紧制动盘
电子驻车EPB
电机驱动螺杆取代拉线,可一键驻车、自动释放、坡道辅助
螺旋千斤顶对应 →卡钳集成式驻车

都是旋转螺杆把转动变成直线推力,用小力换大力把车辆锁住

F=2πTpF=\dfrac{2\pi T}{p}
10第 10 页 · 盘式驻车制动系统

盘式制动器实景

顺着制动液压力看,浮钳如何一步步把盘夹紧。

图解渲染中…
E盘对内侧片的反力,是钳体能'浮'起来的根源F钳体靠导向销滑动,故称'浮钳'G外侧片无活塞,靠钳体滑动才压向盘
11第 11 页 · 盘式制动器实景

盘鼓组合式实景

前盘后鼓是最常见的家用车制动布置。看图理解前后轴为什么分工。

图解渲染中…
a2前轴装通风盘式制动卡钳a3后轴装鼓式制动器带驻车a7手刹通过鼓内凸轮或轮缸张紧
12第 12 页 · 盘鼓组合式实景

真空助力器结构

前页看到,驾驶员踩下踏板后,力量还要经制动主缸变成液压。发动机运转时,进气歧管已经提供低压;真空助力器正是在这段路径上先“借”压差放大脚力。

真空源与止回阀
发动机进气歧管(柴油机常由真空泵)提供低压并进入前腔;止回阀在停机后封住真空。
前后腔与膜片
橡胶膜片把前腔和后腔隔开;前腔保持真空,后腔压力由控制阀改变,形成膜片位移。
控制阀切换
踏板推杆带动阀芯:松开时两腔连通真空,踩下时后腔逐步接空气,重新接真空后压差减小。
推杆、回位与边界
膜片力经推杆传给主缸;回位弹簧使阀口复位。真空不足时需更大脚力,但主缸仍可由人力推动。
吸盘内外侧对应 →真空助力器

吸盘内侧对应前腔,外侧大气压对应后腔;踩踏板开阀引入空气,膜片便被推向主缸。

FassistΔpAF_{\text{assist}}\approx\Delta p\,A
13第 13 页 · 真空助力器结构

真空助力器实景

真空助力器剖面结构图——从外向内,看壳体、膜片、控制阀三大部分如何配合

图解渲染中…
a4膜片把壳体一分为二,前侧持续真空,后侧按工况切换真空/大气a5控制阀决定后腔接真空源还是接大气,决定是否助力a6不踩刹车时常开,让后腔保持真空(无助力状态)a7不踩刹车时常闭;踩下时打开,大气进入后腔产生压差
14第 14 页 · 真空助力器实景

制动主缸结构

真空助力器把脚力放大推了进来——但这个力还要「翻译」成液压,才能推动远处每个轮缸。完成这步翻译的核心,就是制动主缸。

串联双腔结构
一根缸体里前后两个活塞,分成独立的前腔和后腔,互不串油
机械→液压转换
踏板推第一活塞压缩密封油液→压力传到第二活塞→再推向轮缸
双回路安全冗余
前腔接一组轮、后腔接另一组(II/H 型分配),一个腔失效另一腔仍能制动
补偿孔与回位
松踏板时补偿孔打开回油,回位弹簧把活塞推回初始位
两节注射器串联对应 →tandem 主缸双腔

第一节活塞把液体压入第二节,第二节再把高压油送向轮缸

P=FAP = \frac{F}{A}
15第 15 页 · 制动主缸结构

真空助力制动系统工作过程

从左到右是力的传递链路:踏板力 → 真空放大 → 主缸建压 → 轮缸推片。

图解渲染中…
a3真空+大气压差把踏板力放大 3~5 倍a4把放大后的机械力转成制动液高压a5液压油管等强传递到各车轮a6液压再变回机械力推动摩擦片
16第 16 页 · 真空助力制动系统工作过程

长城哈佛制动系统布置实景

接续上一页,从左到右追踪踏板力、真空助力、双回路油液和四个轮端。

图解渲染中…
a3利用发动机真空与大气压差放大踏板力。a6串列双腔主缸,输出两路液压。a8第一回路连接左前与右后制动器。a9第二回路连接右前与左后制动器。
17第 17 页 · 长城哈佛制动系统布置实景

鼓式 vs 盘式制动器对比

为什么值得比:外观差异大,但结构、散热、效能的差别才决定整车制动表现。

鼓式制动器
  • 封闭鼓腔散热差,热衰减明显
  • 制动蹄外扩压内鼓壁,结构紧凑
  • 制动力大但易衰减,可兼驻车
  • 多用于后轮与重载车型
盘式制动器
  • 盘片外露散热快,抗热衰减强
  • 卡钳夹紧旋转盘,结构开放
  • 响应快线性感好,制动力偏小
  • 多用于前轮与性能乘用车
前轮与性能场景首选盘式;后轮、重载或需驻车制动时鼓式仍占优势,前盘后鼓是常见折中。
18第 18 页 · 鼓式 vs 盘式制动器对比

制动系实景知识总结

  • 促动分两路:凸轮大力适配重载,轮缸轻便适配轿车
  • 间隙自调殊途同归:检测磨损→补偿行程→维持恒定
  • 鼓式封闭增力强,盘式开放散热好,本质是工况取舍
  • 助力的本质是力放大:小力输入→真空放大→主缸建压
  • 整车制动链五环:踏板→助力→主缸→管路→促动→摩擦
延伸主题:ABS与ESC防抱死介入逻辑新能源线控制动原理制动能量回收机制
19第 19 页 · 制动系实景知识总结

课后思考

先独自思考三分钟,再对照参考答案。问题没有标准答案,思路比结论更重要。

1为什么鼓式制动器比盘式更容易出现热衰退?从它的封闭结构上找原因。

参考答案鼓式封闭,散热只靠外表面,热量难以散出;盘式外露,通风盘带风道,散热面积大、散热快。

2重型卡车频繁跑长下坡,如果只装普通盘式前刹会出什么问题?为什么后轮至今仍用鼓式?

参考答案盘式长时间制动易热衰减;鼓式闭式结构+摩擦面积大,热容量高,长下坡制动力稳定——'好'因场景而异。

3真空助力器依赖发动机进气真空,电动车没有这个真空源,它的制动助力靠什么实现?

参考答案两条路:电动真空泵+储能罐维持真空;或直接 eBooster 电液助力、线控制动 By-Wire。原理从机械变为电信号+电机。

20第 20 页 · 课后思考
制动系(二) · 知识图解