汽車的剎車

汽車被設計成一種讓你移動的交通工具。不過，一個同樣重要的功能是，人們也必須能讓汽車（迅速）停下來。

隨著汽車越開越快，各種制動系統也隨之發展起來。在進入制動系統的具體內容之前，先來看一個簡單的問題：為什么汽車需要剎車？第一反應大概是“用來減速或停車”。比如，當有人突然從你車前穿過，你想避免撞到他，或者當紅燈亮起你必須停車時，都需要用到剎車。但如果更深入思考這個問題，就會發現，剎車不僅能讓你快點停下來，還能讓你開得更快！如果沒有剎車，在城市裡面對繁忙的交通、路口和紅綠燈，你就得非常小心、非常慢地開車，以免發生碰撞或在轉彎時沖出彎道。剎車讓我們可以在需要時減速或停車，因此也就讓我們有可能開得更快！如果你前方三百米內沒有其他車輛，你甚至可以放心加速，因為你知道隨時可以剎車減速。所以，有了剎車，你反而能開得更快！這裡面也包含了一個很自然的道理：汽車開得越快，制動系統就必須越有力。

第一個剎車

最早的剎車不過是一塊木頭, 通過杠桿壓在套在木輪外面的鐵箍上產生摩擦來減速(見圖)。用這種方式, 古羅馬人早在兩千多年前就已經能讓他們的馬車減速並停下來了。

大約在1885年,為了提高乘坐舒適性,人們開始把套在木制車輪外面的鐵箍換成實心橡膠輪胎。這一變化也意味著木塊式剎車已經無法再使用,因為木塊會損壞實心橡膠。對於實心橡膠輪胎,木制剎車塊被金屬制剎車片所取代。這種設計可以在Louwman Museum中展出的1895年款Benz 5HP Phaeton上看到。

1889 nian, Gottlieb Daimler shouci shi yong gangzhi huan dai huo gang si suo cheng de gang suo, ba ta chanrao zai anzhuang yu houzhou huo hou lun shang de xuan zhuan gu tong huo lun quan shang. Tongguo la dong hefeng huo caita jiaoban, ke yi la jin huan dai huo gang suo de songduan, cong er dui anzhuang zai houzhou huo hou lun shang de xuan zhuan gu tong huo lun quan jinxing zhidong. Huan dai waice fu zhe moliao, changyong de shi piyi, dan shouming bu chang, dagai mei xingzou 350 gongli jiu xuyao weihu.

鼓式制動器

1901 nian, Wilhelm Maybach kaifa le gu luo sha che de di yi ge gai nian. Yi ge nei bu huan xing mo ca cai liao tong guo gun lun bei ya jin gu luo de nei ce. Zhe yi xi tong bei yong yu 1903 nian de Mercedes Simplex 40pk, dan bing bu cheng gong.

與此同時,在1902年,雷諾開發出了與我們現在所知相同的最終版鼓式制動器。雷諾的機械鼓式制動器有兩個彎曲的制動蹄,一端用鉸鏈固定,另一端支撐在一個凸輪上。當操作手柄或踩下制動踏板時,凸輪會旋轉,將兩個制動蹄壓向制動鼓的內側(見圖)。在後來采用液壓制動時,鼓式制動器中的凸輪被輪缸所取代。

最初 鼓式剎車只用在後輪 因為在前輪上剎車可能會導致打滑 使汽車變得無法控制

荷蘭制造商Spyker在1903年率先在Spyker 60 HP（見圖）上為四個車輪都安裝了制動器。不久之後，其他品牌也開始采用四輪制動。為了能夠調節制動力度並防止打滑，後輪的機械制動器通常由駕駛員旁邊的一根操縱桿控制，而前輪的制動器則由制動踏板控制。要協調好前後輪的制動配合，需要相當的熟練技巧和經驗，這樣的操作在今天幾乎已經難以想像。

最令人印象深刻的剎車鼓無疑是應用于賽車上的那些，比如 20 世紀 30 年代奧托聯合和梅賽德斯-奔馳“銀箭”所使用的剎車鼓（見隨附的 1937 年梅賽德斯-奔馳 W125 照片）。

直徑為 40 cm 的巨大制動鼓配備了散熱片和葉片 以實現最佳散熱 並防止 brake fading 現象的發生 當制動蹄上的摩擦材料過熱並開始玻璃化時 就會出現這種情況 在極端情況下 制動鼓甚至可能發生變形 從而使制動效果大幅下降 甚至完全喪失

液壓制動器

機械式制動器通過拉桿把力傳遞到前後車輪, 缺點是重量大並且需要經常調整。1918年, 隨著液壓制動器的研發, 這一情況發生了改變, 這項發明出自蘇格蘭人 Malcolm Lougheed。為了讓自己的姓氏更容易發音, 他在1920年把姓改為 Lockheed, 同時創立了 Lockheed Hydraulic Brake Company。與機械式制動器相比, 液壓制動器更輕, 所需的踏板力小得多, 並且四個車輪上的制動力分配更加均勻。Lockheed 的液壓系統是一項重大改進, 並於1921年首次應用在 Duesenberg Model A 上。到了三十年代, 液壓制動器最終成為幾乎所有汽車的標準配置。

碟式制动器

由于鼓式制動器在高速行駛和頻繁使用時很容易過熱，人們早在 1900 年初就開始研究使用碟式制動器的可能性。然而，由於對制動盤合適材料以及制動片襯裡等方面了解不足，這一嘗試並未成功。

直到上世紀五十年代初期，Dunlop 才在 Jaguar C-Type 賽車上開發出可靠的碟式剎車。得益於碟式剎車，Jaguar 在那段時間於勒芒 24 小時耐力賽中取得了巨大成功。1955 年，碟式剎車在法國首次被應用在 Citroen DS 19 上，而在 1956 年，Truimph TR3 成為第一款配備現代碟式剎車的英國量產車。第一款配備碟式剎車的德國量產車是 1961 年的 Mercedes-Benz 220 SE。如今，碟式剎車已被普遍採用。對於速度較快或較重的乘用車，前後車輪都會配備碟式剎車，前輪通常採用通風式設計。

ABS xi tong

為了進一步提升汽車的制動性能, 特別是在潮濕路面、結冰和積雪情況下, 引入了 ABS (Anti-lock Braking System, 防抱死制動系統)。這是一種自動控制系統, 其原理類似於過去有經驗的駕駛員使用的“點剎”技巧。ABS 的自動調節速度遠遠超過人類能夠達到的頻率。該系統能確保在制動過程中, 車輪始終與路面保持足夠的附著力, 從而防止車輪抱死(停止轉動)和失控打滑。這樣一來, 汽車在緊急制動時仍然保持可操控性, 能夠避開障礙物。

ABS zai 1929 nian bei faming, bing shouci bei Faguo qiche he feiji xianqu Gabriel Voisin yongyu hangkong hangtian hangye. Dui yu feiji lai shuo, ABS shi yi da lichu, neng jiang zhidong xiaoguo tigao 30%. Ta hai neng fangzhi yin weiju er daozhi de luntaiguo re. Cong 1970 nian kaishi, Ford he GM de di yi pi peibei ABS de qiche touru shichang.

再生制動

另一種制動原理是電動或混合動力汽車的再生制動。傳統制動是通過摩擦阻力把動能或運動能主要轉化為熱能,這些熱能作為“廢熱”被白白浪費掉。而在再生制動中,電動機充當發電機(發電機組),產生電能。輸出電能會給發電機帶來負載,從而產生制動效果。制動時產生的電能被儲存在電池中,隨後用於驅動汽車的電動行駛。因此,再生制動可以增加電動或混合動力汽車的續航里程。

從2009年開始，再生制動也被應用于F1賽車運動中，采用所謂的動能回收系統（KERS）。這個KERS系統可以把原本在制動時轉化為熱量的能量回收並儲存起來，以便之後使用。能量的儲存可以通過飛輪（機械方式）或通過發電機和電池（電力方式）來實現。儲存在飛輪或電池中的能量會在需要的時刻再次釋放，用于為F1賽車提供額外功率（加速）。這個系統並不完美，其缺點包括：KERS的設計較為復雜，組件會帶來額外約35公斤的重量增加，而且仍然離不開傳統的摩擦制動系統。

一個配備KERS系統的F1賽車範例是豐田TF109。

早在1903年，再生制動就已經應用于電動有軌電車，後來也被用于火車。其原理是將用于驅動的電動機切換為發電機，在電車制停或下坡減速時回收能量。這種方式為電車公司帶來了經濟和運營方面的優勢。

並不是所有汽車制造商都認識到優良制動系統對汽車的重要性和必要性。對於一位抱怨自己布加迪汽車剎車性能一般的客戶，埃托雷·布加迪給出了這樣一句耐人尋味的回答："我造車是為了讓它們跑，而不是為了讓它們停下來！"

本文中提到的 Spyker 60HP、Benz 5HP Phaeton 和 Toyota TF109 可在 Louwman Museum 參觀。

阿爾弗雷德 庫滕