冷知识：一脚刹车 汽车究竟干了多少事？

在我们开车时，遇到紧急情况，第一反应是什么？踩刹车？还是打方向？毫无以为踩刹车是相对安全的做法，因为打方向很可能会导致你自己的车辆失控，甚至碰撞到后方其他车道的来车，而踩死刹车，能够保持己方的安全的同时将损伤降至最低，当然这需要看情况，假如你后面跟着的是大卡车，那么教授是不建议的你急刹车的。

都知道踩下制动踏板，刹车系统会工作，车速就会降低，为什么呢？刹车系统是如何帮助你安全停下的？

刹车系统是基于帕斯卡定律工作的，帕斯卡定律：作用于密封容器内的不可压缩的流体上的压力会大小不变地由流体传导到容器的各个部分。简单解释一下，想象一下两个带活塞的液压缸彼此连同且内部冲那边看不能压缩的油液，根据帕斯卡定律，两侧活塞上的压强是相等的，所以当给左侧活塞施加压力式，油液会把压力传输给右侧活塞，但两个活塞的力会有一个比值，直接说结论：左侧施加一个较小的力在右侧就得到一个较大的力（假如左侧的活塞面积小于右侧活塞面积）。因此，左侧就可以作为刹车踏板端，右侧作为车轮上的制动器端，踏板的力转移到制动器上。

一辆车的车轮部分主要由车轮架、刹车碟、刹车分泵、车轮、车轮螺母组成，车轮架用于固定车轮和刹车盘，中间的轴可以让他们自由旋转；刹车盘是刹车片挤压、摩擦的部件，摩擦力会阻碍车轮的转动，刹车盘在制动的时候会产生大量的热量，有些刹车盘会做通风处理，或者打孔散热；刹车卡钳通过油液从刹车踏板获得能量，并由此挤压刹车片与刹车盘摩擦，使得车轮转速降低，刹车卡钳是由卡钳架、活动销、防尘套、刹车片、卡钳外壳、活塞组成。

卡钳外壳有一个空心螺栓使得刹车油可以流向活塞，从刹车踏板端的油液会以巨大的压力推动活塞，同样，卡钳外壳也能沿着活动销来回滑动。当你踩下刹车踏板时，卡钳的活塞就会被总泵的高压油液推动，油液推动活塞也就推动了内侧的刹车片去挤压刹车盘，由于力的相互作用，油液也会推动卡钳外壳沿着活动销向外侧滑动，于是也就使得外侧的刹车片也向着刹车盘挤压。

刹车总泵（Master Cylinder）是这里的主要部件，它将制动力从踏板传送到卡钳，它由推杆、刹车油管、油液输出口等组成。从内部结构看，由油液输入端、油液补偿端、第一活塞、第二活塞、复位弹簧组成。

制动总泵内充满刹车油液，当驾驶员踩下刹车踏板时，会推动第一活塞将第一个补偿口关闭，于是第一个液缸就能产生压力来推动第二个液缸了，紧接着第二个补偿口也被关闭，于是这两个活塞就会把油液推向刹车卡钳。万一二号活塞无法建立压力，一号活塞也能在更长的行程下建立起压力；但是如果一号活塞失效了，二号活塞就没办法由压力推动了，于是一号活塞末端的推杆或去推动二号活塞，但是需要制动踏板提供更大的踩踏力。

由于总泵需要非常大的力量去推动才能有效工作，所以我们需要另一个组建——刹车助力器（Brake booster），助力器位于总泵和刹车踏板之间，它利用发动机产生的来辅助刹车，使得踩踏刹车的力不需要很大。

助力器内部由气门推杆、防尘套、空气滤网、气门弹簧、气门膜片、膜片复位弹簧、真空止回阀以及液压推杆组成。当驾驶员踩下刹车踏板时，气门推杆就会打开内部的阀门，于是空气就会通过空滤流进膜片的前气室，后面的气室被发动机抽成真空，前气室的空气就会产生压力推动膜片，从而进一步推动液压推杆对刹车总泵施加压力，这样就提供了刹车助力，使得踩踏刹车力度减小。

在一些入门级车型或者相对注重成本的车型上，鼓式刹车经常被用在车辆的后轮上。鼓式刹车由刹车鼓、车轮安装架、制动底板（所有器件都安装在底板上）、刹车片、制动蹄（被推动与刹车鼓内侧摩擦）、复位弹簧（使得刹车蹄回到原始位置）、制动泵（利用液压推动制动蹄）。目前现代化的汽车的鼓式刹车是可以自我调节的，这以为这随着制动蹄上的刹车片的磨损，它会让制动蹄向刹车鼓靠近，保持一个良好的间隙，为了实现这个目的，它使用了调整杆、调整杆棘爪、调整杆弹簧，制动泵接收到来自刹车踏板的压力，在制动泵的背面有刹车油的入口，还有泄压阀来释放掉内部的空气；当刹车油流进制动泵时，液压就会推动活塞向外扩张，进而推动制动蹄向制动鼓靠近，这就使得刹车皮和刹车鼓产生摩擦，从而降低车辆速度。

调节器确保在刹车皮发生磨损后，制动蹄和刹车鼓的间隙依然保持在有效范围内，它利用一个螺纹结构来调节长度，每当制动蹄张开时，调整杆的棘爪拨杆就会波动螺杆，使得调整杆变长，进而保持刹车间隙。

由于鼓式刹车是由左右两侧两个刹车片向外挤压刹车鼓而刹车，但是车辆的前进方向的唯一的，可以从图上看出，假如车辆前进时，刹车鼓逆时针旋转。当驾驶员踩下刹车时，左侧刹车片与刹车鼓之间接触的面就会产生一个垂直向下的力，这个力可以分解为F1和F2。

右侧同理，但是右侧的力是向上的，分解后得到F3和F4，对于右侧的制动蹄，可以看出有其中一个分力是把制动蹄向制动鼓施压，也就是说在右侧，制动蹄和制动鼓会趋向于贴紧，而左侧则相反，趋向分离，这也是为什么鼓式刹车会“自抱死”的原因。

目前几乎所有的汽车都装备了ABS系统，它能避免你大力刹车时失去装箱能力引发的事故。前文说过，驾驶员踩下刹车时，会让刹车卡钳紧压刹车盘，进而使车轮停止转动，在车轮停止转动后，车轮和地面会有滑动，车辆在摩擦力作用下停止。

但是转向机构是基于车轮的滚动工作，车轮总是会避免在地面上滑动，这意味着车轮和地面的接触点的速度是0。车轮有两种运动，它在自己的轴上旋转，并且沿着车辆前进方向运动，由于这两种速度，车轮就会有旋转速度和前进速度两种速度，基于不滑动的条件下，车轮接触面的滚动速度和前进速度之和为0，记住这个结论就能很容易理解车辆转向机构的工作原理。

对于汽车来讲，四个轮子总是在滚动，从而避免车辆滑动，事实上，这个简单的滚动原理就是你让前轮转向时车辆也在转向的原因。

假如前轮已经转向，但是车辆依然保持直线行驶，在这种情况下，滚动速度是车轮转动的反方向，前进速度方向是车辆前进的方向，假如将这两个速度合成，它们的和并不是0，这就会导致车轮打滑，为了避免打滑，唯一的方法就是让前进的速度跟车辆滚动速度相反。

踩死刹车后，车轮停止转动，就算车轮有一定的角度，但是由于它没有转动，所以它没有转动速度，在这种情况下，车辆不会发生转向，就会变成类似于直线刹车的情况（只有前进速度），车辆此时对驾驶员的转向输入没有反应，车辆会继续保持直线行驶，因此失去了转向能力，也就增加了事故发生几率。

没有ABS的车辆除了会在紧急刹车时失去对车辆的控制以外，还会导致车辆在附着力不同的路面上刹车时出现意外。由于左右车轮发附着力不同时，刹车时左右两侧车轮受到的摩擦力是不一样的，这就会产生一个力矩，车辆就会失控旋转。

其实ABS的工作原理很简单，就是避免车轮彻底锁死，ABS系统在每个车轮上都装有轮速传感器，当轮速传感器检测到车轮即将抱死的时候，控制单元就会让那个车轮的刹车力部分释放，于是，车轮就会在刹车的时候间歇性地转动。

这样转向轮就有了间歇性的滚动速度，这样就能让转向功能恢复，让驾驶员在刹车的同时操控车辆的转动。

我们可以从轮胎和路面的滑动率与附着力之间的关系来了解，在理想的滚动条件下，轮胎的滑动率几乎是0，当车轮完全打滑时，此时的摩擦力全部为滑动摩擦力；轮胎的橡胶是一种合成材料，轮胎在滑动率为12%的时候达到摩擦力峰值，滑动率小于或者大于这个数值的时候，摩擦系数都比峰值小。

在没有ABS系统时，刹车的摩擦力主要是滑动摩擦，有了ABS系统后，控制系统控制滑动率在12%左右，让摩擦力始终保持在最大值，这样就能够显著缩短刹车距离。但是有的人会说，ABS系统介入的时候，施加在轮胎上的刹车力并不均匀，也就是说刹车力会不停增大减少，所以ABS并不能减少刹车距离。不过教授想说的是，一个物体在粗糙表面时的最大静摩擦力是大于物体的滑动摩擦力的，如果基于这个理论，ABS的确能在一定程度上减少刹车距离。

回到前文说的刹车时车辆不稳定的问题，这就需要制动力分配系统了，它的ABS系统的一个子系统，它能轻松解决该问题。EBD系统会检测车辆的偏转并计算和每个车轮的关联性，只需要将抓地力更强的那一侧的车轮制动力减少一些，那么那一侧的车轮的摩擦力就会减少，这样就能让车辆处于受控状态，降低因为制动力不均而导致的车辆旋转问题。

普通消费者看起来，刹车就是踩下刹车踏板，车辆就会慢慢停下，但是看过教授的文章就会知道，原来刹车系统也会有那么多讲究。总的来说，如果我们需要紧急刹车，不要犹豫，直接将刹车踩到底，这才是快速让车辆停下的标准动作，如果过程中需要避让，也不要犹豫，ABS系统会帮助你躲避一些风险。