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