淺談汽車制動(dòng)器的發(fā)展趨勢(shì)

俞 康

（重慶三峽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，重慶 404130）

目前，汽車已經(jīng)成為人們出行最主要的交通工具，其行駛的安全性是衡量其質(zhì)量的重要指標(biāo)，制動(dòng)器作為汽車制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其制動(dòng)性能直接決定著汽車行駛的安全性。制動(dòng)器按照摩擦副中旋轉(zhuǎn)元件的不同可分為鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器兩大類。在目前的汽車制動(dòng)系統(tǒng)中，鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器是運(yùn)用最為廣泛的兩種形式，通過對(duì)這兩種制動(dòng)器的合理選擇和靈活應(yīng)用，可以使汽車的制動(dòng)性能和經(jīng)濟(jì)效益都得到滿足。

1 鼓式制動(dòng)器

鼓式制動(dòng)器包含領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向自增力式、雙向自增力式等制動(dòng)結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器是利用制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使制動(dòng)蹄將制動(dòng)摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，根據(jù)需要使車輪減速或在最短的距離內(nèi)停車，以確保行車安全，并保障汽車停放可靠不能自動(dòng)滑移。鼓式制動(dòng)器是利用制動(dòng)蹄片擠壓制動(dòng)鼓而獲得制動(dòng)力的，可分為內(nèi)張式和外束式兩種。內(nèi)張鼓式制動(dòng)器是以制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面為工作表面，在現(xiàn)代汽車上廣泛使用；外束鼓式制動(dòng)器則是以制動(dòng)鼓的外圓柱面為工作表面，目前只用作極少數(shù)汽車的駐車制動(dòng)器。

2 盤式制動(dòng)器

盤式制動(dòng)器分為通風(fēng)盤式制動(dòng)器和濕式全封閉多盤制動(dòng)器兩類。通風(fēng)盤式制動(dòng)器包含固定鉗式、浮動(dòng)鉗式兩種制動(dòng)器，浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器又包括滑動(dòng)鉗式和擺動(dòng)鉗盤式兩種類型。對(duì)比鼓式制動(dòng)器，盤式制動(dòng)器的散熱性能、工作穩(wěn)定性以及反復(fù)使用時(shí)摩擦力衰減性能更加優(yōu)越，可使制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性、行車安全性得到更好的保障，故其被廣泛地推廣應(yīng)用。盤式制動(dòng)器有液壓型的，由液壓控制。盤式制動(dòng)器散熱快、重量輕、構(gòu)造簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，不僅制動(dòng)效果穩(wěn)定，并且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，很多轎車采用的盤式制動(dòng)器有平面式制動(dòng)盤、打孔式制動(dòng)盤以及劃線式制動(dòng)盤，其中劃線式制動(dòng)盤的制動(dòng)效果和通風(fēng)散熱能力均比較好。盤式制動(dòng)器沿制動(dòng)盤向施力，制動(dòng)軸不受彎矩，徑向尺寸小。盤式制動(dòng)器已廣泛應(yīng)用于轎車，現(xiàn)在大部分轎車用于全部車輪，少數(shù)轎車只用作前輪制動(dòng)器，與后輪的鼓式制動(dòng)器配合，以使汽車有較高的制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。在商用車中，盤式制動(dòng)器在新車型及高端車型中逐漸被采用。

此外，盤式制動(dòng)器還有以下優(yōu)點(diǎn)：1）由于盤式制動(dòng)器系統(tǒng)由盤片、墊、汽缸、鉗子構(gòu)成，零部構(gòu)件體量小于鼓式剎車系統(tǒng)，會(huì)比其他車型整體重量輕。盤式制動(dòng)器安裝簡(jiǎn)單，制動(dòng)系統(tǒng)性能比傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)性能強(qiáng)。2）電子制動(dòng)控制系統(tǒng)（EBS）。盤式制動(dòng)器使用方便、實(shí)用，但是剎車靈敏度EBS系統(tǒng)對(duì)剎車的靈敏度高，因此在縮小剎車范圍、提高行車時(shí)的穩(wěn)定性方面，可以降低汽車零件方面的磨損。在響應(yīng)方面，盤式制動(dòng)器各輪的受壓力一致，各軸的左右輪之間的磨損一樣均勻[1]。3）盡管鼓式剎車的制動(dòng)力更強(qiáng)，但是散熱效果差，而盤式制動(dòng)器具有體量輕、受損小、維修簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，可以代替鼓式制動(dòng)器。

3 汽車制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀

2015年，劉峻瑜等發(fā)明了一種“基于熱管散熱的鼓式制動(dòng)器及具有該制動(dòng)器的交通工具”，通過對(duì)現(xiàn)有鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，并增加散熱管，使其具有了較好的散熱效果，保證了剎車的可靠性。鼓式制動(dòng)器主要包括制動(dòng)器底板，在制動(dòng)器底板上安裝了左、右制動(dòng)蹄，復(fù)位彈簧安裝在左、右制動(dòng)蹄之間，左制動(dòng)蹄和右制動(dòng)蹄上各安裝了一個(gè)摩擦襯片，摩擦襯片位于制動(dòng)鼓內(nèi)部。且左、右制動(dòng)蹄上分別安裝有多個(gè)熱管，制動(dòng)器底板上具有與所述熱管數(shù)量相對(duì)應(yīng)的槽道，供熱管徑向移動(dòng)之用，熱管具有加熱段及冷凝段，加熱段與制動(dòng)蹄相連接，冷凝段位于制動(dòng)鼓的外部，加熱段將制動(dòng)蹄的熱量導(dǎo)向冷凝段[2-3]。

2015年，陳振豐發(fā)明了“具有間隙自動(dòng)調(diào)整裝置的定鉗盤式制動(dòng)器”，通過在制動(dòng)鉗內(nèi)壁設(shè)置摩擦環(huán)，當(dāng)制動(dòng)塊磨損使制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間的間隙增大時(shí)，通過液壓作用使摩擦環(huán)移動(dòng)的距離等于制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間增加的間隙，從而實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間間隙的自動(dòng)調(diào)整[4]。

2016年，李鴻飛等發(fā)明了“一種領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器”，通過增加增力臂和支撐臂，駐車時(shí)無論制動(dòng)鼓是順時(shí)針運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)還是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，第一蹄片與第二蹄片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向均能夠與制動(dòng)鼓的制動(dòng)方向相同，進(jìn)而提高駐車的制動(dòng)效果[5]。

4 汽車制動(dòng)器的未來發(fā)展趨勢(shì)

在小型車、SUV、皮卡等車型中，從實(shí)用和經(jīng)濟(jì)方面來看，一般使用的剎車模式有很多種，例如混合模式，即前輪是盤式制動(dòng)器，后輪是鼓式制動(dòng)器。因?yàn)閼T性的原因，前輪的荷載一般占汽車所有荷載的70%，因此，前輪的剎車力明顯大于后輪，汽車制造商為降低造價(jià)，前輪采用盤式制動(dòng)器，而后輪采用鼓式制動(dòng)器，這樣的匹配大大降低了汽車生產(chǎn)預(yù)算[6]。另外，在緊急剎車時(shí)候，車輛會(huì)繼續(xù)向前移動(dòng)一段距離才能停下來，汽車的軸向荷載向前方移動(dòng)，前輪制動(dòng)比后輪要求高。有些中高級(jí)轎車為了更好地散熱，前輪會(huì)采用通風(fēng)盤式制動(dòng)，后輪采用非通風(fēng)盤式制動(dòng)，主要是為了節(jié)約成本，畢竟通風(fēng)盤式制造成本更高，工藝也更復(fù)雜。隨著材料科學(xué)的發(fā)展和成本的降低，在汽車行業(yè)中，盤式制動(dòng)器終將取代鼓式制動(dòng)器[7]。

現(xiàn)如今，制動(dòng)系統(tǒng)正在往線控制動(dòng)系統(tǒng)（Brakeby-Wire，BBW）方向發(fā)展。線控制動(dòng)（Brake-by-Wire）將原有的制動(dòng)踏板用一個(gè)模擬發(fā)生器替代，用以接收駕駛員的制動(dòng)意圖，產(chǎn)生、傳遞制動(dòng)信號(hào)給控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并根據(jù)一定的算法模擬反饋給駕駛員。顯而易見，它需要非常安全可靠的結(jié)構(gòu)，用以正常地工作。近年來，自動(dòng)駕駛推動(dòng)了線控制動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在自動(dòng)駕駛汽車控制執(zhí)行層中，線控制動(dòng)比較關(guān)鍵，技術(shù)難度也是最高的。由于技術(shù)發(fā)展程度的局限，目前出現(xiàn)了電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（EHB）和電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（EMB）兩種形式的線控制動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車的電子化程度越來越高，新能源汽車和自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展又進(jìn)一步加快了這種趨勢(shì)。由于EHB以液壓為制動(dòng)能量源，液壓的產(chǎn)生和電控化相對(duì)來說比較困難，和其他電控系統(tǒng)不容易做到整合，而且液壓系統(tǒng)的重量對(duì)輕量化不利。在汽車越來越像電子產(chǎn)品的今天，EHB的大面積普及并不被看好。未來可能成為主流的線控制動(dòng)系統(tǒng)將是EMB，但EMB技術(shù)在汽車上的應(yīng)用并不成熟，短期內(nèi)難以量產(chǎn)。

5 思考與建議

1）在剎車情況下汽車的穩(wěn)定性要好。無論是在怎樣的速度情況下剎車，汽車都不能失去方向的穩(wěn)定性和控制性。否則，車輪子抱死而側(cè)滑的話，汽車就會(huì)失去操控性。如果后面的輪子抱死側(cè)滑，汽車會(huì)突然失去穩(wěn)定性。所以，汽車的前面和后面的輪子的力矩比例要受力均勻，依據(jù)各車軸之間的荷載移動(dòng)情況來調(diào)整。不然，在突然剎車情況下，某個(gè)部位的車軸車輪會(huì)抱死滑動(dòng)，不能操縱汽車，不能擺動(dòng)尾部，會(huì)發(fā)生翻車的危險(xiǎn)。

2）制動(dòng)耐熱性能要好。汽車在路上行駛時(shí)剎車，可能會(huì)短時(shí)間重復(fù)踩剎車，尤其是下坡時(shí)會(huì)連續(xù)踩剎車減緩行車速度，但是這樣會(huì)引起剎車片過熱，導(dǎo)致剎車失靈，這種現(xiàn)象被稱為熱衰退。剎車熱衰減后，停下汽車，可以減少剎車過熱，可以讓剎車能力恢復(fù)，這被稱為熱恢復(fù)。所以，剎車耐熱性好才能保證剎車正常使用[8]。

3）剎車系統(tǒng)的零件要好。因?yàn)槟Σ習(xí)斐闪慵苋菀讚p耗，那么為了降低剎車零件成本，應(yīng)該選用耐高溫和堅(jiān)固的輕型以及環(huán)保的材料制作剎車零件。

4）剎車系統(tǒng)制冷效果要好。在春夏秋冬不同的溫度下，要求對(duì)制動(dòng)器的制冷效果也是不同的，且在高速行駛和低速行駛的狀態(tài)下也不一樣，此時(shí)電機(jī)的發(fā)熱系數(shù)小，可利用前端裝置散熱器對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行冷卻。同時(shí)也避免了傳統(tǒng)制冷效果差的問題，并節(jié)約了電池電能的消耗[6]。

5）汽車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)向輕量化傾斜。現(xiàn)在全球都在倡導(dǎo)環(huán)保理念，汽車的制動(dòng)器發(fā)展也是如此。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，汽車油耗會(huì)隨著汽車的重量下降而下降，排放量也會(huì)減少。因此，汽車輕量化的同時(shí)，也直接有效提高了汽車的動(dòng)力性能。

6）剎車系統(tǒng)智能化。隨著科技的發(fā)展，汽車行業(yè)也會(huì)面臨改革，未來的汽車制動(dòng)系統(tǒng)智能化是一種趨勢(shì)，單獨(dú)的控制會(huì)變成綜合一體化系統(tǒng)。單獨(dú)的模塊會(huì)集中在一體化的電控平臺(tái)上，并且會(huì)取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)[9-10]。

6 結(jié)語

汽車行業(yè)發(fā)展已近百年，從最初的能夠行駛和簡(jiǎn)單的貨物運(yùn)輸，到如今追求動(dòng)力性、安全性、節(jié)能性和智能性一體化的方向演變和發(fā)展。但歸根結(jié)底，始終不變的是其保障乘員安全的功能，制動(dòng)系統(tǒng)在其中發(fā)揮了巨大的作用。隨著國內(nèi)外相關(guān)科學(xué)家研究的不斷深入和相關(guān)技術(shù)開發(fā)的重大突破，各種新型材料和創(chuàng)新技術(shù)勢(shì)必不斷涌現(xiàn)，這些先進(jìn)技術(shù)必將進(jìn)一步提高車輛制動(dòng)器的使用耐久性、實(shí)用性、便捷性和穩(wěn)定性。