浅谈汽车制动器的发展趋势

俞 康

（重庆三峡学院机械工程学院，重庆 404130）

目前，汽车已经成为人们出行最主要的交通工具，其行驶的安全性是衡量其质量的重要指标，制动器作为汽车制动系统的重要组成部分，其制动性能直接决定着汽车行驶的安全性。制动器按照摩擦副中旋转元件的不同可分为鼓式制动器和盘式制动器两大类。在目前的汽车制动系统中，鼓式制动器和盘式制动器是运用最为广泛的两种形式，通过对这两种制动器的合理选择和灵活应用，可以使汽车的制动性能和经济效益都得到满足。

1 鼓式制动器

鼓式制动器包含领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式等制动结构的制动器。鼓式制动器是利用制动传动机构使制动蹄将制动摩擦片压紧在制动鼓内侧，从而产生制动力，根据需要使车轮减速或在最短的距离内停车，以确保行车安全，并保障汽车停放可靠不能自动滑移。鼓式制动器是利用制动蹄片挤压制动鼓而获得制动力的，可分为内张式和外束式两种。内张鼓式制动器是以制动鼓的内圆柱面为工作表面，在现代汽车上广泛使用；外束鼓式制动器则是以制动鼓的外圆柱面为工作表面，目前只用作极少数汽车的驻车制动器。

2 盘式制动器

盘式制动器分为通风盘式制动器和湿式全封闭多盘制动器两类。通风盘式制动器包含固定钳式、浮动钳式两种制动器，浮动钳式制动器又包括滑动钳式和摆动钳盘式两种类型。对比鼓式制动器，盘式制动器的散热性能、工作稳定性以及反复使用时摩擦力衰减性能更加优越，可使制动系统的可靠性、行车安全性得到更好的保障，故其被广泛地推广应用。盘式制动器有液压型的，由液压控制。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。特别是高负载时耐高温性能好，不仅制动效果稳定，并且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，很多轿车采用的盘式制动器有平面式制动盘、打孔式制动盘以及划线式制动盘，其中划线式制动盘的制动效果和通风散热能力均比较好。盘式制动器沿制动盘向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小。盘式制动器已广泛应用于轿车，现在大部分轿车用于全部车轮，少数轿车只用作前轮制动器，与后轮的鼓式制动器配合，以使汽车有较高的制动时的方向稳定性。在商用车中，盘式制动器在新车型及高端车型中逐渐被采用。

此外，盘式制动器还有以下优点：1）由于盘式制动器系统由盘片、垫、汽缸、钳子构成，零部构件体量小于鼓式刹车系统，会比其他车型整体重量轻。盘式制动器安装简单，制动系统性能比传统的制动系统性能强。2）电子制动控制系统（EBS）。盘式制动器使用方便、实用，但是刹车灵敏度EBS系统对刹车的灵敏度高，因此在缩小刹车范围、提高行车时的稳定性方面，可以降低汽车零件方面的磨损。在响应方面，盘式制动器各轮的受压力一致，各轴的左右轮之间的磨损一样均匀[1]。3）尽管鼓式刹车的制动力更强，但是散热效果差，而盘式制动器具有体量轻、受损小、维修简便的优点，可以代替鼓式制动器。

3 汽车制动器的研究现状

2015年，刘峻瑜等发明了一种“基于热管散热的鼓式制动器及具有该制动器的交通工具”，通过对现有鼓式制动器结构上的改进，并增加散热管，使其具有了较好的散热效果，保证了刹车的可靠性。鼓式制动器主要包括制动器底板，在制动器底板上安装了左、右制动蹄，复位弹簧安装在左、右制动蹄之间，左制动蹄和右制动蹄上各安装了一个摩擦衬片，摩擦衬片位于制动鼓内部。且左、右制动蹄上分别安装有多个热管，制动器底板上具有与所述热管数量相对应的槽道，供热管径向移动之用，热管具有加热段及冷凝段，加热段与制动蹄相连接，冷凝段位于制动鼓的外部，加热段将制动蹄的热量导向冷凝段[2-3]。

2015年，陈振丰发明了“具有间隙自动调整装置的定钳盘式制动器”，通过在制动钳内壁设置摩擦环，当制动块磨损使制动块与制动盘之间的间隙增大时，通过液压作用使摩擦环移动的距离等于制动块与制动盘之间增加的间隙，从而实现了制动块与制动盘之间间隙的自动调整[4]。

2016年，李鸿飞等发明了“一种领从蹄式制动器”，通过增加增力臂和支撑臂，驻车时无论制动鼓是顺时针运动趋势还是逆时针运动趋势，第一蹄片与第二蹄片的转动方向均能够与制动鼓的制动方向相同，进而提高驻车的制动效果[5]。

4 汽车制动器的未来发展趋势

在小型车、SUV、皮卡等车型中，从实用和经济方面来看，一般使用的刹车模式有很多种，例如混合模式，即前轮是盘式制动器，后轮是鼓式制动器。因为惯性的原因，前轮的荷载一般占汽车所有荷载的70%，因此，前轮的刹车力明显大于后轮，汽车制造商为降低造价，前轮采用盘式制动器，而后轮采用鼓式制动器，这样的匹配大大降低了汽车生产预算[6]。另外，在紧急刹车时候，车辆会继续向前移动一段距离才能停下来，汽车的轴向荷载向前方移动，前轮制动比后轮要求高。有些中高级轿车为了更好地散热，前轮会采用通风盘式制动，后轮采用非通风盘式制动，主要是为了节约成本，毕竟通风盘式制造成本更高，工艺也更复杂。随着材料科学的发展和成本的降低，在汽车行业中，盘式制动器终将取代鼓式制动器[7]。

现如今，制动系统正在往线控制动系统（Brakeby-Wire，BBW）方向发展。线控制动（Brake-by-Wire）将原有的制动踏板用一个模拟发生器替代，用以接收驾驶员的制动意图，产生、传递制动信号给控制和执行机构，并根据一定的算法模拟反馈给驾驶员。显而易见，它需要非常安全可靠的结构，用以正常地工作。近年来，自动驾驶推动了线控制动技术的进一步发展。在自动驾驶汽车控制执行层中，线控制动比较关键，技术难度也是最高的。由于技术发展程度的局限，目前出现了电子液压制动系统（EHB）和电子机械制动系统（EMB）两种形式的线控制动系统。现代汽车的电子化程度越来越高，新能源汽车和自动驾驶汽车的发展又进一步加快了这种趋势。由于EHB以液压为制动能量源，液压的产生和电控化相对来说比较困难，和其他电控系统不容易做到整合，而且液压系统的重量对轻量化不利。在汽车越来越像电子产品的今天，EHB的大面积普及并不被看好。未来可能成为主流的线控制动系统将是EMB，但EMB技术在汽车上的应用并不成熟，短期内难以量产。

5 思考与建议

1）在刹车情况下汽车的稳定性要好。无论是在怎样的速度情况下刹车，汽车都不能失去方向的稳定性和控制性。否则，车轮子抱死而侧滑的话，汽车就会失去操控性。如果后面的轮子抱死侧滑，汽车会突然失去稳定性。所以，汽车的前面和后面的轮子的力矩比例要受力均匀，依据各车轴之间的荷载移动情况来调整。不然，在突然刹车情况下，某个部位的车轴车轮会抱死滑动，不能操纵汽车，不能摆动尾部，会发生翻车的危险。

2）制动耐热性能要好。汽车在路上行驶时刹车，可能会短时间重复踩刹车，尤其是下坡时会连续踩刹车减缓行车速度，但是这样会引起刹车片过热，导致刹车失灵，这种现象被称为热衰退。刹车热衰减后，停下汽车，可以减少刹车过热，可以让刹车能力恢复，这被称为热恢复。所以，刹车耐热性好才能保证刹车正常使用[8]。

3）刹车系统的零件要好。因为摩擦会造成零件很容易损耗，那么为了降低刹车零件成本，应该选用耐高温和坚固的轻型以及环保的材料制作刹车零件。

4）刹车系统制冷效果要好。在春夏秋冬不同的温度下，要求对制动器的制冷效果也是不同的，且在高速行驶和低速行驶的状态下也不一样，此时电机的发热系数小，可利用前端装置散热器对制动器进行冷却。同时也避免了传统制冷效果差的问题，并节约了电池电能的消耗[6]。

5）汽车制动器的设计向轻量化倾斜。现在全球都在倡导环保理念，汽车的制动器发展也是如此。相关实验表明，汽车油耗会随着汽车的重量下降而下降，排放量也会减少。因此，汽车轻量化的同时，也直接有效提高了汽车的动力性能。

6）刹车系统智能化。随着科技的发展，汽车行业也会面临改革，未来的汽车制动系统智能化是一种趋势，单独的控制会变成综合一体化系统。单独的模块会集中在一体化的电控平台上，并且会取代传统的控制系统[9-10]。

6 结语

汽车行业发展已近百年，从最初的能够行驶和简单的货物运输，到如今追求动力性、安全性、节能性和智能性一体化的方向演变和发展。但归根结底，始终不变的是其保障乘员安全的功能，制动系统在其中发挥了巨大的作用。随着国内外相关科学家研究的不断深入和相关技术开发的重大突破，各种新型材料和创新技术势必不断涌现，这些先进技术必将进一步提高车辆制动器的使用耐久性、实用性、便捷性和稳定性。