常见的汽车制动有两类,鼓式刹车与盘式刹车。鼓刹以更强的制动力而见称,一般用于载重车辆上,而盘式刹车则更多用于乘用车上。近些年来在乘用车上后轮采用鼓式制动的已越来越少见,而载重车辆也在不断普及着盘式制动。
那么为何制动力更大的鼓式制动逐渐被淘汰呢?鼓式制动在制动力方面真的要比盘式制动更强么?答案是肯定的,在制动力方面鼓式制动有先天的优势,鼓式制动凭借自身的结构可以获得更大的制动增益。凭借更强的制动增益效果,在同等制动液压力的条件下鼓刹的制动力要比盘式制动高很多。但除了这个优势之外,对比盘式制动再无其它的优势。
鼓式刹车的制动力为何更大?
实际上鼓式刹车制动力更大的说法并非是空穴来风,在同等液压(或气压)条件下鼓式制动的制动力的确更大。原因则在于鼓式制动有自增益效果,也就是摩擦助势效应。而盘式制动几乎没有半点摩擦助势,所以制动力偏差,但因为制动效能所受摩擦系数的影响小,所以盘刹制动更稳定。如下图所示这就是个经典的领从蹄式制动鼓。
左为领蹄、右为从蹄,当制动轮缸推动左右蹄片时,左侧蹄片与车轮转动同方向(车辆向前行驶状态)。当领蹄片与外侧的制动鼓相接触时,由于摩擦作用转动的车轮会带动领蹄片(左侧)继续向左拉,这等同于领蹄片会趋向于继续向左运动,这会让领蹄片与制动鼓压得更紧。各位都知道摩擦力大小与正压力是成正比的,所以压力越大、制动力就越大。
这就是在同等液压条件下鼓刹制动力更强的原因。上图领从蹄式轮缸在上,所以只能使领蹄片获得制动增益。而下图这个是双领蹄式,上、下各一个轮缸,当踩下刹车时左右领蹄都会会因摩擦与制动鼓压紧,所以两个领蹄片均能获得制动增益效果。当然双领蹄式在倒车时均会产生制动效果降低问题,只不过倒车的速度很慢,对制动器所提供的制动力要求很低。
至于盘式制动由于是依靠活塞在侧面接触刹车盘,所以几乎得不到摩擦助增益效果,不过因摩擦系数相对较小,所以在持续稳定方面更有优势。盘式制动的制动效能在相同的条件下更低,受制于制动器结构所以制动效率因数一般在0.6-0.9左右。而鼓式制动器最低能达到1.5以上,而像上图这种双领蹄式的高增益型能达到8左右。所以鼓式制动器制动力更大的说法是真的。
鼓式制动为何逐渐淘汰?
鼓式制动与盘式制动相比较,缺点很多比如蹄片复位不够快。如下图所示鼓式制动器的蹄片是轮缸进行推动,而复位则是依靠回位弹簧进行控制。前文提到了领蹄片在车辆正常行驶中(前进)会获得增益,由于这个自增势的作用会抵消一部分回位弹簧弹力,所以会导致蹄片回位速度更慢。而盘式制动因为自增势几乎为0,所以在卸掉液压后依靠卡钳内部橡胶型变回弹使得刹车片回位更加迅速。
另一方面就是散热问题,鼓式制动器的两个蹄片彻底被外罩扣住,内部所产生的热量不能及时被空气所带走,而只是依靠金属导热的方式散发热量。所以在连续制动中鼓式制动器很容易形成热衰减,导致制动距离大幅度增加。而盘式制动的制动盘、卡钳直接暴露在空气之中,车子高速行驶时会产生撞风效果,迅速带走刹车盘上的热量。所以盘式制动出现热衰减的概率很低。
即便是下坡路段连续踩制动也很难把制动器踩过热,当然这指的是正常下坡行驶。如果是学拓海下山,下坡时拼命给油、那原车制动器都受不了。而下图中这个就是当今主流的通风盘式制动器(透视图),刹车盘中间是镂空的且有扰流风道,当车轮高速旋转时空气就会迅速灌入刹车盘内部,从而更快的带走热量。所以通风盘式制动成为了如今的主流,一般10万元以上的车子至少前制动器是通风盘式。
大车也在逐渐普及盘刹
在乘用车上几乎看不到鼓刹制动,最多也仅仅是为节约成本儿采取的前盘、后鼓。由于车辆在制动时重心前移,整车重量会往前桥上压,所以后制动器所提供制动力很小。因为在紧急制动时后轮与地面附着力小,所以制动力稍微大一些就容易把后轮抱死导致甩尾或失控。所以一些车企为了省成本也仅仅是敢把鼓式制动器放到后轮上。
而如今的乘用车前制动器几乎都是盘式,因为前轮是制动的关键。当然如今的载重货车也在逐渐普及盘式制动,因为如今的助力水平也远比过去更高。想要盘式制动实现不至于鼓式的制动力并不难,代价只不过是成本更高而已。但随着一些规定的出台,盘式制动器在货车上的普及只是时间问题,根据《中华人民共和国交通运输行业标准》指出,最高车速大于或等于90km/h的牵引车辆应安装转向轮盘式制动器、电子制动系统EBS、自动紧急制动系统AEBS、防爆胎应急装置等四项相关的安全配置。
另一方面盘式制动更容易实现与ABS、EBS的完美配合,这方面鼓式制动是短板。所以即便是重卡领域,盘式制动的普及也仅仅是时间问题。如今甭说是重卡了,就连高铁都采用盘式制动。这就是鼓式制动已进入生命末期的原因,过去大车采用鼓式制动一为成本更低,其次过去的制动助力技术也不够成熟,所以往往选择具备制动增益效果的鼓式制动。
而如今制动助力技术愈发成熟,其次盘式制动与各种电子配置如ABS、EBS等的匹配更为完美,所以如今即便是大车也开始普及了盘式制动。而对于小车而言对制动的要求仅仅是足够即可,这一点盘式制动可以轻松达到。所以鼓式制动强大的制动增益对小车而言并没有什么实际意义,太强的制动力反而会让ABS更难匹配。在响应、热衰方面鼓式制动劣势更大,所以只有制动力大一个优势的鼓式制动最终被淘汰掉了。