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从力学角度来看看刹车和刹车改装的几个问题.SJTU91BB

刹车系统的力学问题

作者:SJTU91BB

关于制动系统原理和刹车改装的文章很多,有的也很专业.玩车的都喜欢改改装装.如果我们能够稍微了解一些力学知识,那么您也能够更加清楚改装的道理在哪里?哪些需要改,哪些不需要,或者仅仅是满足一下"耍酷"的心理需求.本贴给出几个简单浅显的力学分析,实际上也许您都懂,也许是没注意,SJTU91BB在这里仅仅给大家提个醒!

 

本贴提纲:

1,刹车的基本力学原理分析.

2,刹车改装需要注意什么?

3,日常驾驶,减速如何正确操作,如何控制车速.(这个在我的几大磨合圣典都有详细说明,这里再小结一下)

 

刹车减速的两种典型状态:

1,临时减速\遇到障碍减速.这个障碍包括:行人,自行车,汽车,地面坑洼减速板,当然你遇到路边熟人要顺捎一下,可看作临时减速.

2,下坡减速.包括:下山,下桥,下匝道等.

汽车行驶时,遇到障碍要减速,这是为了把车速控制在安全的范围.汽车减速要减什么?我们先来说说初中物理学到了两个概念:动能和势能.

孩子很小的时候,我在外地出差回来,回到家门口,离老远拿着玩具摇动,孩子快速跑过来,哇的一声撞进怀里,呵呵,我还要顺势后退一些,软着陆,还不能把孩子撞疼了.这就是动能在减速,孩子的动能.

多年前看李连杰和李嘉欣的一个古装片,啥名字忘了,就记得里面一个台词:偶,以德服人.电影里面好像有个抛绣球选郎的镜头.绣球抛出,落到新郎的手上,这个既有动能,也有势能.势能,说白了就是地球引力造成的.

汽车平路遇到障碍减速,就是仅仅减动能;如果下山减速,不光要减动能还有势能.下山的时候,即使空挡,车速也越来越快,这就是地球引力的作用.不要以为你在市区就没有山,下高架的匝道是一样的情况.

汽车减速就是把动能或者势能消耗掉的过程.如何消耗?大家第一反应就是踩刹车.那么踩刹车是怎么消耗能量呢?这里面要谈到能量转换了.

汽车的动能势能靠热转换消耗掉.热转换有三种形式:第一靠轮胎和地面的摩擦,第二,靠刹车盘刹车鼓的摩擦,第三靠发动机反制动,空气被压缩后,热能排出.

在汽车ABS防抱死没有使用以前,老司机都知道车轮很容易刹死,刹死后,仅仅靠轮胎和地面接触的小于A4纸的面积来摩擦消耗汽车的巨大动能.这很容易造成轮胎过热爆胎,而且制动距离很长.所以,没有ABS,老司机用人工ABS的方式刹车,就是点刹,踩一下松一下,不让轮胎抱死,这样热量通过刹车盘\鼓--刹车片转换.我们开的轿车,都安装ABS防抱死系统,就是让轮胎和地面接触点相对静止,然后通过刹车片把热量转换,来消耗动能势能.

刹车系统的力学注解

现在我们应该明白一点:汽车的最大减速度看地面能产生多少相对静止的摩擦力。如果不能做到相对静止,那么再强的刹车压力也会被ABS防抱死系统屏蔽。为什么?怕你把轮胎刹死(也就是车轮抱死),失去的更多。

什么是相对静止的摩擦力。

我这样来通俗的说一下,大家都清清楚楚的理解。

如果轮胎的周长是2米。那么轮胎滚动一周,汽车前进正好是2米。那么这个滚动周期内都发生轮胎和地面相对静止的摩擦力。如果轮胎滚动一周,汽车前进少于2米,那么是轮胎主动打滑(在泥泞的道路起步就是这个情况);如果轮胎不滚动了,汽车仍然前进,这就是刹车抱死后,汽车惯性前进状态。(看上面最后一个图)

有了这个力学知识,我们现在可以确认。试图通过改变刹车盘尺寸,刹车片摩擦系数,改动制动钳(即使您用多缸的刹车钳)想缩短刹车距离都是徒劳的。因为,轮胎和地面的最大静摩擦力是瓶颈。如果最大静摩擦力不提高,刹车盘的力度再强也会被ABS系统否定掉,因为不允许轮胎抱死。

那么如果我更换轮胎提高了摩擦力,是不是就可以提高静摩擦力,也就能缩短刹车距离呢?这个问题好,结论是必然的。

轮胎更换成更宽的胎面,更大的半径:您就可以提高刹车力度了,用更大的制动力来适合更大的刹车转矩。看下图:

蓝色方向盘刹车系统力学分析

轮胎加宽或者轮距加宽还要考虑一个问题就是制动偏转力矩对转向稳定性的影响,看图:

制动偏转力矩对转向稳定性的影响

到这里,我们慢慢深入了,汽车是一个完整的系统,并不是你随便找个改装店就可以下手的。我们考虑问题不能一叶障目,要有全面的思考。

原来100码急刹车距离是40米停住,您通过改轮胎改刹车,现在30米就能停住,这还会产生其他问题吗?巨大的减速度会不会造成不良影响?减震和悬架能否扛得住,要不要加固,这些都必须考虑!

 

既然改轮胎这么复杂,那么我们要提高刹车性能,合理的改造方案是先提高刹车系统的热稳定性。这里要谈到刹车高温问题,也就是大家常说的热衰减。

一套有效的制动系统是在合理的温度承受范围内达到需要的制动效能。

在前面我们已经说过,汽车减速的巨大能量通过刹车片-刹车盘的摩擦来耗散掉。那么刹车时有多少温度呢?

1,在正常的100码减速过程中,刹车盘的温度能达到100°C左右;

2,下山过程中连续踩刹车制动,刹车盘的温度可能达到300-400°C.

居高的温度导致几个问题:

1,摩擦力严重衰退,制动力极度下降--考虑抗热衰减能力更强的刹车盘-刹车片

2,高温导致刹车油沸腾,破坏了液压力的刚性传递--用耐高温刹车油

3,刹车油管等连接部件过早老化和失效--用钢喉

刹车钢喉

上次一个蓝粉问我关于划线打孔的刹车盘情况,要优化热衰减问题,大家可以积极朝这个方向考虑。

浮动盘

打孔,能有效增加刹车盘通风散热;划线开槽后,也能有效收纳刹车片的磨损粉末,排除对摩擦制动的干扰。

刹车盘和刹车卡钳的对应,我认为标准对应是:

浮动卡钳对固定刹车盘(我们现在大部分的私家车都是浮动卡钳--固定刹车盘);

如果改装成固定卡钳,最好使用浮动的刹车盘,(看上图)。

我看到很多车友作业,把单活塞浮动卡钳改成多活塞的固定卡钳,当然刹车盘还是固定式的。这样,对精度配合的要求极高。还有的改装店,在卡钳孔距不对时,随便用个手电钻扩孔,安装的时候也不用百分表测量轴向跳动,安装的制动钳精度很难保证,也许您花了大价钱,还达不到原车的效果。改装,就要找专业的技术,专业的设备,否则不如不改。不要以为我仅仅花个配件的钱就足够了,我宁愿选择增加服务费,而不是免费安装。

浮动单活塞(单缸)卡钳改成多活塞(多缸)固定卡钳时,还有一个问题要注意,就是刹车最大压力建立的延时问题。

好多车友都懂得液压系统的帕斯卡定律。在封闭的空间,流体向各个方向等同传递一样的压力。但是,我们要考虑这个问题:最大压力建立的时刻,有没有延迟?

刹车的时候,并不是您的脚一碰到刹车踏板就是最大压力;总是要踩下一段距离才能得到有效的制动力,这个踩踏板的距离和时间就是制动延迟!从刹车片和刹车盘的接触原理来看,是有间隙的,踏板踩下活塞向内移动,要把这个间隙先补偿掉,然后才能和刹车盘接触产生摩擦制动力。

多活塞卡钳

制动压力延时

 

还有一个不容忽视的制动系统,那就是发动机制动。

发动机,在加速的时候,不断提高扭矩来驱动汽车前进;但在减速的时候,ECU停止喷油,但发动机变速箱驱动轴驱动轮是刚性连接的。此时,汽车的巨大减速能量将通过对发动机的做工来耗散,发动机就是一台空气压缩机。

在混合动力车型中,变速箱和发动机的中间有一个大型的发电机,大约有30多千瓦,这个发电机通过切割磁力线做工的方式来吸收减速能量。比如,大众途锐的混合动力系统。此时,发动机是断开的。

不管是传统的发动机变成空压机的制动,还是混合动力车型的发电机制动,都是主动的减少制动能量。我们必须要充分利用。

下山,下长坡,就要充分利用发动机制动,减少使用刹车系统,最安全。对于液力变矩器的车型,也设置强制液力变矩器低速挡锁住机构,也是为了充分利用发动机制动减速能力。这个我以后会专门开帖谈液力变矩器和混合动力等内容。

到这里,我们来小结一下刹车和刹车改装注意问题,改装爱好者可以沿着这些思路去探索。我说的不一定全对,仅仅给大家一个思路而已:

1,私家车主不需要改装刹车系统,连轮胎型号都保持原厂为佳。下坡要充分利用发动机制动,减少刹车负担。

2,改装刹车,先从刹车片-刹车盘入手,使用通风盘划线盘有一定的效果。当然钢喉也可以改改,这些是有直接效果的。刹车片要和刹车盘配合好,并不是越贵的刹车片效果越好,必须考虑它的最佳工作温度区间。

3,不改轮胎,想通过加大刹车力度来缩小刹车距离是徒劳的。

4,加宽轮胎或者轮距,要考虑转向制动的稳定性。

5,改多活塞固定卡钳,要考虑总泵的容量,还有安装时配合精度。最好改成浮动刹车盘。

6,刹车油选购高沸点的,一般私家车DOT4就可以了。请参照改装厂推荐型号。

7,轮胎刹车系统全部升级后,刹车距离也明显缩短了,此时要考虑加强悬架和减震。否则影响底盘的稳定性和寿命。

 

此文章先到这里,需要改装的请进一步参考专业资料吧。

SJTU91BB感谢阅读,祝大家愉快。

(2013.6.2)

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评论 17

  1. #12

    博主您好!
    我的赛拉图左右两个下摆臂坏了,裂开了,我对下摆臂并不了解。我开着感觉还好,请问它的作用是什么?如果不换对车子哪些部件有影响,会不会影响到车子的行驶安全?谢谢啦?

    lj872年前 (2015-06-17)回复
    • 你注意观察一下,哪里裂开了,是不是受力的部分。如果是,必须更换。

      SJTU91BB2年前 (2015-06-23)回复
  2. #11

    蓝色老师 原车是205.60R16 这个型号的轮胎 可以改成215 50R17 的轮胎吗

    对于改轮胎 您提倡吗 原车毕竟厂里测试过 自己改了会影响性能吗

    missloyal3年前 (2014-02-18)回复
    • 可以改的,但意义不大。不建议去改!

      SJTU91BB3年前 (2014-02-19)回复