刹车超简史

一辆汽车可以动力不强，但一定要刹得住车。

危险：刹不住车2018年11月3日晚，兰海高速兰州南收费站口，一辆高速行驶的重型卡车一头冲入排队缴费的车流，导致15人死亡，44人受伤。事后，警方查明了这辆卡车失控的原因。原来，该车司机违反操作规程，在长下坡路段频繁踩踏刹车，最终导致制动系统过热而失效。

制动系统其实是一种能量转化装置。行驶中的汽车有很高的动能，制动系统通过巨大的摩擦力，将汽车的动能转化为热能。当动能被完全转化成热能时，汽车就停下了。

在长下坡路段仅靠刹车制动是非常危险的。一旦刹车系统吸收的热量达到极限，无法继续转化汽车动能，也就是刹车功能因过热而失效，那么汽车就无法减速，这是所有卡车司机的噩梦。正确的做法是挂低挡，依靠变速箱制动。

行驶中的卡车具有的动能是惊人的。卡车发动机的输出扭矩一般为2000～3000牛·米，扭矩是衡量发动机"力气"的单位，扭矩越大，发动机的"力气"也越大。然而，即便卡车的发动机扭矩已经高达家用轿车的十多倍，但卡车依然需要40多秒才能从静止加速到时速80千米，而普通家用汽车完成同样的加速一般不超过10秒。

卡车动能回收一些工程师设想到，如果能回收在卡车制动过程中产生的大量热能，那么既能防止制动系统过热，又能节约能源。自重45吨的某型号卡车就装配了这样的动能回收装置，这样每辆卡车每年能减少碳排放196吨。

从脚踩到液压助力要让汽车停下来，就需要提供足够的摩擦，所有汽车的制动系统都是基于这个原理，不同的只是提供摩擦的方式。早期汽车利用木块摩擦钢圈车轮提供制动。19世纪末，橡胶轮胎开始大规模装配在汽车上，木质刹车块因容易损坏橡胶轮胎而被弃用。取而代之的是鼓式制动装置：驾驶员通过线缆将刹车衬片抵住内鼓，从而提供制动所需的摩擦。

现代汽车所采用的液压制动系统是1918年由美国人洛克希德发明的。当驾驶员踩下刹车踏板，刹车管线中的刹车液将驾驶员的力放大后传递给刹车系统。

气体很容易被压缩，而液体则不然，而且液体具有很好的流动性，因此液体是传导制动力的优良介质。也正因如此，液压刹车系统必须完全排掉空气才能正常传递制动力。

液压系统不仅传递力，还能放大力，其原理在于：在密闭的液压系统中，各个活塞处的压强保持一致。因此，根据帕斯卡定律（压强=压力/受压面积），只要将制动活塞的面积放大到刹车踏板活塞面积的10倍，那么制动活塞处的压力就会达到驾驶员踩踏压力的10倍。这就是液压系统放大力的原理。有了液压系统的帮助，汽车在高速行驶时，制动系统也能提供足够的制动力。汽车制造商起初对这种新型刹车装置反应冷淡，但在事实面前，他们纷纷在车辆上装配上了液压制动系统。

高速是刹车的大敌质量越大的车辆越难及时刹停。对以相同速度并排行驶的小汽车和卡车来说，卡车拥有的动能远高于小汽车，这也是许多行驶中的超载大货车刹不住车的原因，因为它们的动能实在太高，大大超过制动系统能够转化和吸收的量。当刹车系统吸收的热量达到饱和，无法继续吸收热量时，制动系统就会刹不住车。

速度是决定车辆动能的另一大因素。根据动能公式，物体的动能和物体移动速度的平方成正比。也就是说，如果同一辆汽车分别以时速10千米和时速40千米行驶，那么后一种情况下的动能是前一种的16倍！当汽车以时速100千米以上行驶时遇到紧急情况，极高的速度加上人的反应时间，从踩下制动踏板到车辆完全停止，需要至少100米的距离。

盘式制动器的诞生19世纪末，一台典型四冲程煤气内燃机的最大输出功率仅为2.9千瓦。1902年，四缸发动机的最大输出功率已达到18千瓦，如今一辆紧凑型家用轿车的最大输出功率已经达到100千瓦左右。汽车的最大功率决定汽车的最高时速，随着汽车发动机的功率越来越大，传统的鼓式刹车越来越难以满足汽车的制动需求。

1952年的一天，在美国密苏里州一座军用机场的跑道上，被誉为传奇试车手的诺曼·德威斯正在秘密测试一种新型赛车用盘式制动器。德威斯平时的工作是测试赛车的性能极限，时速超过150千米的高速驾驶对他来说是家常便饭。然而，当时赛车广泛使用的鼓式刹车经常出现刹车故障——即便刹车踏板被踩到底，赛车依然没有半点减速。经验丰富的德威斯面临这种情况时，只能小心地操纵赛车驶入赛道旁边的草地进行减速。

工作人员用了200个巨型草垛，在机场跑道上围出了一个“0”形的临时赛道。在赛道两端，分别有一个U形弯，如果赛车不能在入弯时迅速减速，就会冲出赛道。经过多轮测试，新型盘式制动器不但大大提高了赛车的制动性能，还比鼓式制动系统更不容易出现故障。在1960年举办的勒芒拉力赛上，装配了盘式制动器的赛车取得了优异成绩。从出现至今，盘式制动器的工艺和材料已有了长足进展，但依然保留了初期的结构。

以100千米/时行驶的汽车从踩下制动踏板到完全停止期间行驶过的路程，被称为时速100千米刹车距离，这是重要性不输于车身强度的安全指标之一。汽车轮胎的抓地力是左右时速100千米刹车距离的重要因素：同样型号的汽车，如果配备抓地力优秀的轮胎，汽车可以在35米以内刹停；而如果配备某些抓地力差的轮胎，汽车则需要55米甚至更远的距离才能刹停。如果40米外突然出现行人，装备抓地力好的轮胎的车辆很有可能完全避免撞上行人，但装备抓地力差的轮胎的车辆则会在低效制动后，以60千米的余速将行人撞飞。因此，短短几十米实际上是生与死的距离。

飞机是如何刹住的？

一架波音777客机以240千米的时速降落在机场跑道上，虽然跑道长达1.5千米，但如果飞机不做任何减速，那么在22.5秒后就会冲出跑道尽头。飞机着陆后，机上乘客会感觉到一股巨大的力量在反向拉扯飞机，让飞机最终停下来。飞机的机轮上安装有刹车装置，仅靠该装置的确也能够刹停飞机，但飞行员只会在万不得已的情况下才会这么做。落地时的飞机拥有惊人的动能，如果这些动能全部转化为刹车的热能，那么飞机的轮胎将完全熔化。那么，飞机着陆后是怎样在短时间内减速并停止的呢？

其实，除了机轮刹车，客机着陆后还会依靠改变机翼舵面和发动机反推来减速。着陆时，位于机翼上的减速板完全竖起后，能强迫快速滑过机翼的气流向上方运动，且气流也给机翼施加巨大的下压力，从而增加机轮和地面的摩擦，提高机轮的制动力；同时，飞机降落后，发动机的推力反向器开启，并将发动机气流的喷射方向改为主要向前喷射，这种名为反推的制动方式是飞机降落后制动力的主要来源。