解析汽车制动系统基础结构

浮世Amnesia

理解制动系统的基础结构有什么好处？很多人对此嗤之以鼻，觉得张口闭口蹦出的都是ABS、ESP之类的名词才叫酷，你还别小看这些基础的理论知识，它可以用来提高自己在防忽悠方面的抵抗力，比如，文中会提到的制动片磨损问题，当有奸商对你狠下毒手的时候，你便可以给他好好的上一课，另外，这在买车时也能派上用场，为了促成一单生意，销售顾问有可能会适当的将某些功能进行夸大，例如，他家的车所装配的行车稳定系统（ESP、DSC......)可以依据制动片的磨损程度来额外施加制动力以提高驾驶员的驾驭感受，此时，你便可笑着对他说：“别逗了”。

    接手这个选题是需要一定勇气的，因为，围绕汽车制动这个话题在此前已经制作过太多的内容，等到我来做这方面内容时，无论从选题立意还是文章的切入点来看，都不太容易带动大家的阅读热情。在斟酌之后，我打算换个方式聊聊汽车制动，以让大家对这一部分能有更深刻的认识，当然，在文章中同样会收纳一些较为实用的内容，话不多说，大家各取所需吧。● 为什么你踩下制动踏板时，车速会慢下来？

     一张图可以很清楚的把这个问题交代清楚，为了减轻大家的阅读压力，我不打算用过多文字来描述这部分，还是把精力放在后面的内容吧。

● 在制动结束后，制动片和制动盘是怎么被分开的？

    这又牵扯出一个问题，在完成制动后，制动片和制动盘是如何被分开的？其实很简单，松开制动踏板后，制动系统内的制动压力随即下降，因此，制动卡钳的活塞处于松弛的状态（在橡胶密封圈的变形作用下回位），滚动的车轮带着制动盘一起旋转，依靠旋转时细微的摆动，制动盘便可顺利挣脱制动片的束缚，推动制动片跟着活塞回位。

● 制动踏板的背后是什么？

    脚下的每一块踏板分别具备何种作用是个关键，这在学车时，教练会反复强调，因为它不仅是起步的关键，最为主要的则是与安全息息相关，但你知道在这些踏板的背后是什么样的构造吗？顺应本文主旨，今日所谈仅限制动。

『制动踏板背后到底是个什么结构？』

    当你踩下制动踏板时，利用杠杆的原理，踏板机构会率先对腿部施予的力量进行放大，这个力量直接作用于踏板后方的推杆，对于民用车来说，仅凭这个力道则很难让车辆获得明显的制动效果，因此，这就需要另外一股力量来协助。

    在踏板与制动总泵之间设有真空助力器，它可提供更大的力量作用于推杆上，使得驾驶者能更轻松地踩下制动踏板从而推动制动主缸内的活塞前行。● 为什么踩下制动踏板后会听到喘气声？

-- 哪个是真空助力器？

    在发动机运转时，踩下制动踏板的瞬间，有时你能隐约间听到一声“叹息”，有人怀疑自己的车哪漏气了，而通过对声音出现时机的总结，可以断定声音源自制动系统，于是，越想越害怕。

    顺着声音听过去，声音的确是从制动踏板的后方传来的，但无论趴下身去看，还是用手伸进去摸，你都找不到那个会“喘气儿”的家伙。有时候人就是这样，一旦较起真儿来，还真不是那么容易轻言放弃，于是，便叫来了同伙，命其要有节奏地不断踩制动踏板，这下，多年来练就的听声辩位的功夫可算派上用场了，经几番查找，最终确认“叹息声”是从而隔壁的发动机舱内传出的。

    打开发动机舱盖，随着每次制动踏板的踩下伴随而来的“喘气声”，你将目光聚焦在一个用于固定制动总泵的底座上，通过移动终端翻阅汽车之家百科栏目得知这是一个名为“真空助力器”的装置。

    顾名思义，真空是此类助力器的动力源，所谓的真空其实就是负压。“如果你实在不能理解它，那就把它想象成一个没装针头的注射器，用手指堵住一头用力拉活塞推杆，这样你就可以感受到负压的存在了”。这是在此前的发动机文章中我对真空的描述。

-- 真空助力器是如何利用真空来提供助力的？

    在工作的状态下，推杆回位弹簧使得制动踏板处于初始位置，此时，真空管与真空助力器连接位置的单向阀处于打开的状态，在助力器内部，隔膜将其分为真空气室和应用气室，这两个气室相互间可连通，在大多数时间里二者都与外界隔绝，通过有两个阀门装置可以实现气室与大气相连。

    在发动机运转时，踩下制动踏板，在推杆的作用下，真空的阀门关闭，同时，推杆另一端的空气阀门被开启，待空气进入后（踩下制动踏板产生喘气声的原因）便会造成腔内气压不平衡的状态，在负压的作用下，膜片被拉向制动总泵一端，进而带动制动总泵的推杆，这便实现了将腿部力量进一步放大的功能。

● 真空助力器的“真空”从哪来？

-- 源自发动机

    获得真空最为普通的方式就是利用发动机本身的工作特性，通过一根管路将进气歧管与真空助力器相连，从而将发动机在运转时产生的真空导入助力器。这种助力的方式对发动机的工况会形成细微的影响，何以见得？

    与我们所熟悉的空燃参数比一样，真空度同样是反应发动机正常运转的重要参数。当我们踩下制动踏板时，真空助力器会随着踏板的行程逐渐释放真空气室内的真空，制动操作结束后，驾驶者释放制动踏板，在回位弹簧的帮助下，真空助力器会迅速恢复至“戒备”状态，这便再一次需要从进气歧管抽取真空，正是这个过程，在瞬间它会影响到发动机的真空环境，从而使得发动机的工况出现波动，有时候你可以通过发动机的细微抖动或转速表的变化来察觉到它。
   
-- 凸轮轴驱动的真空泵

    发动机周边的附件很多都是在发动机运转时形成的真空环境中被控制的，受结构和类型所限（柴油发动机和汽油直喷发动机），有些发动机则无法提供用于满足周围附件工作的真空环境，因此在真空源的提供方式上做出了调整，加装一个独立的真空泵是个不错的办法。

    此类真空泵依靠凸轮轴带动泵内转子，与转子同轴相连的叶片以偏心的位置进行转动，在偏心旋转过程中，叶片上方的容积被不断的挤压、释放，这个过程便制造出了真空环境，通过橡胶管把真空泵与真空助力器相连，剩下的事则与上面提到的相同，

-- 电动真空泵

    厂商开始逐渐在混合动力车和纯电动车领域发力，不知你有没有想过“真空”的问题，当车辆依靠电机行驶时，原先获取真空的方式都行不通了，但采用传统结构的制动系统仍需要借助除驾驶员腿部以外的力量来更有效的推动制动总泵，电动助力泵成了最好的选择。

-- 题外话：制动系统中，上面提到的那些真空助力器是必须的吗？

   有些厂商希望传统结构的真空助力器永远消失，你可以认为这是一种“过河拆桥”的行为，但当你了解内情之后，才知道，原来纯机械的装置真的要过时了。

   奥迪A1 e-tron的两个后轮制动卡钳采用了线控技术，控制信号来自制动踏板传感器和ESP控制单元，也就是说，当踩下刹车踏板时，制动总泵直接作用于前轮，而后制动分泵依靠齿轮的运动来推动活塞进行制动，制动效果上，液压制动会更直接而且力量也会更大，不过，这并不重要，从以往的经验来看，前轮的制动力往往都要大于后轮。由于不需要刹车油传递来自制动踏板的制动力，后轮的电子机械制动卡钳可以迅速作出反应，这对ESP车身动态稳定系统的控制也会更有优势。其实，这已经暗示了，传统的制动系统将有可能退出舞台，电子制动卡钳的时代到来时，真空助力泵离开的时候就到了。

    人们总觉得液压的系统要比电子系统来得可靠，那好吧，电子卡钳先放一旁，我们再来看看另一种更加现实的制动助力系统--博世推出的这套系统由制动总泵和助力控制模块两部分组成。从外观来看，图中所示的制动总泵显然不同以往，的确如此，在兼顾本职工作的同时，它还做了一些原本不归它管的工作。为了感知驾驶员的意图，制动总泵上安装了踏板行程传感器，其所传递出的信号会直接被助力控制模块获取，依据此信号，助力控制模块可对制动总泵的活塞施加相应的压力，从而达到对车轮制动的目的。也就说，驾驶员踩下制动踏板的动作更多是在向助力模块传递电信号，而实际用于推动制动主缸活塞的力量则由带有高压蓄能器的电子助力模块（上图右侧）完成。

    如果是这样的话，长期霸占汽车之家办公区内那台赛车模拟器的同事一定能很快适应这种毫无制动脚感的方式，但研发它的工程师显然不是个游戏迷，依靠模拟装置，在制动过程中，踏板还是可以呈现出属于汽车的制动感觉，但显然，本质变了。

● 制动“失灵”是怎么回事？

    由于对真空源的过分依赖，通过发动机来获取真空的方式对于制动系统来说存在着一些问题，这不禁又让我们想起了2年前的“刹车门”事件。当油门踏板卡死后，发动机转速迅速攀升，此时，发动机会吸入大量的空气来维持在该工况下的动力输出，真空环境的平衡也会因此被打破，一旦突发情况发生，驾驶者本能的踩下制动踏板，第一次踩下时，真空助力器内存留的真空还可以帮助驾驶者推动制动总泵以实现车辆的制动，但当第二次、第三次踩下制动踏板时，由于发动机无法提供充足的负压来满足真空助力器的工作条件，所以，真空助力器“失效”，制动踏板变硬，造成制动效果下降，从驾驶者的反馈来看，大多数人则认为制动失灵。

    到后来厂商开始重视“刹车优先系统”，即在油门踏板和刹车踏板同时踩下时，采用电子控制的节气门会关闭，如果节气门采用拉线控制，那么，发动机电脑会对相应的执行器发出限制指令，减少喷油或控制点火频率。

● 采用独立真空泵后就不会发生制动助力失效的故障了吗？

    从采用凸轮轴驱动的助力泵结构来看，它同样有可能面临这个问题。以下是我们从前方采集回来的素材，车主恽女士就曾因助力泵失效而多次面临刹车“失灵”的险情。下面让我们来看看是什么样的原因导致了故障的发生。

    在泵体与管路连接的接口处有一个滚珠式的单向阀，这个单向阀是维持刹车真空助力系统的重要控制元件。在真空泵为刹车助力系统建立了正常的真空环境后，真空泵内部与助力器真空气室间的压力处于平衡状态，此时，单向阀关闭。当平衡被驾驶员的制动动作打破时，管路内的气压与外界相近，一直保持工作状态的真空泵在克服弹簧弹力后将单向阀吸开，进而使得真空助力系统重新建立真空环境以为下次制动做好准备。

    问题就出在了这个塑料材质的球形单向阀上，长期做着开启关闭的动作使得这个球形单向阀在与管口的摩擦中出现了磨损，在正常情况下，这个球形阀会用自身三分之一的体积将管口堵住，而在出现磨损后，就会有更多体积卡在管口外面，当磨损达到一定程度后，球形阀就有可能卡死在管口，从而，真空泵则无法将单向阀吸开，因此，卡死的单向阀在真空泵与真空助力器之间形成阻断，真空助力器也就无法参与到正常的工作中了，从而导致了制动踏板变硬的情况。

● 制动片磨损会影响制动力吗？

    制动片是常规的损耗部件，每次保养时，维修技师都会对制动片的磨损程度进行检查，以确保在下一个保养周期内制动片不会磨损至极限（此前，用车频道制作了“自己检查不求人！刹车片的简单自检方法”的文章，里面所提的方法很实用）。为了对制动片的磨损情况进行更全面的监控，有些车型在制动片上安装了传感器，当制动片磨损至极限位置时，传感器被磨断，随即触发仪表灯报警，提示驾驶者检查制动片磨损状况。这很正常，但在随后的描述中，我听到有人说，制动片磨损了，制动性能就会下降，真是这样吗？

    在某汽车品牌专讲技术的公开课上涉及到了这方面的内容，但所讲的内容似乎与制动系统传统的工作方式存在着根本的分歧。

    课上所讲，当制动片变薄时，驾驶员需要踩下制动踏板更多的行程才能达到原先的制动力，顺着这个思路来想，似乎也行得通，制动片因磨损而变薄，因此，制动分泵上的活塞就需要更多的行程才能将制动片推至制动盘，使二者产生摩擦进行制动，进而，驾驶员也就需要把制动踏板踩下更多的行程，那为什么开这款车的驾驶员感受不到这点呢？讲师则借此突出了该品牌车型所使用的行车稳定系统，声称该系统可以对此进行修正补偿的动作，但事实不是这样的。

    其实，每进行一次制动都是对制动片和制动盘之间的配合间隙进行一次校对调整，因此，随着制动片磨损变薄，制动卡钳内的活塞也会相应的向制动盘方向出现一定的位移（这是由于活塞回位设计的特性），而多出的这部分行程由制动液来补偿，利用这个特点，我们也可以通过制动液储液罐内的液面高度来大致判断出制动片的磨损情况（在制动系统管路完好，不存在渗漏的情况）。

    所以，从制动压力上来看，无论制动片的磨损程度如何，只要储液罐中还存有制动液，制动总泵便可把它们充分的“填压”至制动系统的管路中，至于制动踏板的行程则一直会保持原先的状态。当然，在制动片的摩擦部分即将或者已经达到磨损极限时，还是要尽快对制动片进行更换，避免制动片背面的铁质衬板对制动盘造成损伤，扩大维修范围。更为重要的是，当铁质衬板与制动盘相互产生摩擦时，制动力就真的会大打折扣了。

● 制动力在什么情况下会下降？

    制动片的磨损不会导致其摩擦力的下降，制动片的磨损不会导致制动踏板行程的增加，制动片的磨损也不会导致制动压力不足，那制动力到底在什么情况会出现问题？

    制动液在制动总泵和车轮上的制动分泵之间负责压力的传递工作，若它出现了问题就会造成制动力不足的现象。制动液本身具备沸点高和高温不产生气阻的特性，但它特别喜欢水，其自身的亲水性会使沸点降低，在温度过高时，就容易产生气阻，而空气是可以被压缩的，当踩下制动踏板时，制动主缸的活塞推动制动液前行，空气部分被压缩的同时制动压力就会被化解，从而削弱传递至各车轮制动分泵的制动压力，最终导致制动力不足。

    如果你觉得制动踏板踩下去的感觉与之前不太一样，像是踩在棉花上，有可能是制动管路中存有空气，需要及时到修理厂做排气的处理。至于排气过程是将制动液整体更换还是适当添加，要视制动液的保养周期来定。

● 制动时出现抖动就一定是制动系统出现了问题吗？

    制动时方向盘连带着车身出现抖动是怎么回事？有人说是因为制动盘表面不平导致，在征得多人意见后决定把制动盘做个抛光处理，使其摩擦表面恢复平整，但到了4S店一问，人家根本不提供这样的服务，解决办法只有更换制动盘及制动片一招，换还是不换？

    仅凭制动时的抖动就断定制动盘表面不平整，这未免有些过于草率，真是一狠心将制动盘、片全部更新也不见得就能药到病除，所以，在下决定前，最好还是要对车辆的底盘部分进行一个较为细致的检查，毕竟，在车身的控制方面，底盘的确是关键的部分。

    在各个控制臂的连接位置都装有橡胶套，橡胶套出现老化后有可能使连接点出现可移动的旷量，在制动以及变线时，底盘有可能出现响应迟缓或发出异响甚至造成车身姿态不稳定，所以，在面对类似的问题时，为了减少维修费用的产生，还是检查全面些的好。

编辑总结：

    即便是制动系统的基础结构，要想把它说得全面，仅凭这几个问题显然是不够的，但它们看起来都非常有意思，因为，在你每次开车时，它们中的一些就会呆呆地站在你面前，你几乎懒得看上一眼，表面上，这些问题似乎都是在说废话，但细究起来还真能发现不少门道。

来自云间

我靠，我的每天都急刹，四万多公里就听见磨铁的声音了

liuyushu

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