2.1　汽车底盘结构

传统车辆从手推车、马车发展到蒸汽汽车、内燃机汽车和电动汽车，经历了数千年的时间，而车的本身结构变化却不大。车辆的出现得益于“车轮”这一非常伟大的发明，车轮将物体移动的滑动摩擦转换为阻力更小的滚动摩擦，使得物体移动的效率得到大幅提高。为不断提高运行效率，人们不断地发明出新的技术，这些新技术的总体发展方向分为三个：进一步减少车辆移动时系统内在的阻力（例如使用滚珠轮轴以及润滑油等）；进一步修筑平坦的道路（例如高速公路等）并提高路面与轮胎间的摩擦力；进一步增强车辆动力系统的工作效率和性能（例如汽油发动机和电动机等）。此外，为了提供给车辆使用者更舒适的驾乘体验或者提高驾乘安全性，传统汽车的设计也在不断地更新，使用了大量的现代化技术（例如电子技术、自动化技术和新材料技术等），然而在自动驾驶技术尚未发展成熟之前，传统汽车上唯一没有太大变化的设计就是仍然需要驾驶员进行操作。因此，围绕驾驶员操控的基本结构设计是传统汽车的主要标志之一。

如图2.1所示，世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车诞生于1769年，是法国人N. J. Cugnot研制成功的一台行进速度只有不到4公里／小时的蒸汽机车。这台机车的车身长7.32米，最前部有一台大锅炉，锅炉为汽车提供前进的动力。由于锅炉的效率很低，导致机车每行驶10多分钟就要停下来加热15分钟。行驶时，三轮汽车前面的独轮由锅炉的蒸汽提供动力并带动整个车体前进，而车辆前进的方向也是通过这个动力轮进行转向，这样的设计导致车辆操控起来非常困难。在一次试车途中的下坡路上，整辆汽车一头撞在前方的石墙上，成了一堆破铜烂铁，就这样世界上第一辆蒸汽汽车在人类的第一次“机动车交通事故”中报废了。

三轮蒸汽汽车的诞生标志着人类开始尝试摆脱人（畜）力的限制，借助机械所提供的强大动力操控车辆。尽管车辆自身十分笨重，操控也很困难，但是其技术发展的方向是正确的，虽然其行进的速度比步行也快不了多少，但却坚定后世人们制造出高速载具的信心。后世制造出的汽车虽然更加复杂，但其基本结构却没有摆脱三轮蒸汽汽车的基本框架。

传统汽车是一个典型的机电系统，对车辆的操控就是让这个机电系统整体作为一个刚性物体发生移动。车辆内部提供动力驱使车轮转动，车轮转动时利用路面摩擦提供的反向作用力驱使车辆完成前进、后退、转向及停止等运动。为实现这些运动，车辆安装了复杂的机电装置，包括能源存储转化、动力传动、转向控制以及刹车制动等一系列的车辆基础装置。由于车辆基础装置需要由驾驶员进行操控，车辆还有搭载乘客及货物等载荷进行运输的需要，因此车辆上还加装了很多与之相关的装置，包括座椅、方向盘、油门踏板、刹车踏板和反光镜等驾驶装置，还包括空调、音响、客舱或货仓等辅助装置。这些装置按照功能分别安装在车辆的不同部位，与车轮支架和车身外壳共同构成了传统汽车。

基础装置中的能源存储转化和动力输出部分，也就是油箱（储能电池）、汽油机（电动机）等系统相对十分复杂，相关技术不但能应用在车辆上，而且也广泛地被应用在飞机、轮船等交通载具以及其他很多工业、民生、军事设备之中，其发展的历史更早，应用的领域更宽泛，本书在此不再进行展开介绍。如图2.2所示，动力传动、车辆悬架、转向控制、刹车制动等部件装置都包含在汽车底盘系统中，汽车底盘连接着发动机系统、操作控制系统和车轮，是承载和安装车辆轿体和所有车载系统的关键部件，其性能将直接影响车辆的行驶功能。为实现车辆的自动驾驶功能，自动驾驶系统必须要将车辆底盘的结构和性能参数等一并纳入其整体的设计之中。

2.1.1　动力传动装置

汽车的动力传动装置发展至今已经基本成熟，目前主要有三类，分别是燃油动力传动、混合动力传动和纯电动力传动。如图2.3所示，动力传动装置的主要功能是将发动机输出的动力传递到车轮上，让车轮转动以保证车辆的行进。动力传动装置是使汽车上路行驶的基础部件之一。在发动机输出同等功率的前提下，动力传动装置的性能对汽车的驱动力和车速有决定性的影响。

燃油动力传动是传统汽车最常见的装置，其工作的基础原理是利用机械连接杆（传动杆）进行传动。汽油机、柴油机都是内燃机，其工作基本原理是利用燃油与空气充分混合后爆燃的气体膨胀产生作用力，驱使内燃机中燃烧室的活塞发生运动。燃烧室通过吸入油混空气，压缩油混空气，点燃油混空气和排出燃烧废气等循环过程持续驱动活塞运动，通过曲轴连续输出动力，这个循环中的四个过程需要按顺序依次进行，任何一个过程被打断或者顺序发生错误都会导致内燃机停止工作。因此车辆无论在何种路况上行驶，其车轮以何种方向转动或者以何种速度转动，都不应该对内燃机的工作循环产生干扰。动力传递装置是连接发动机与车轮传输动力的部件，不但能将发动机的动力传动到车轮上，而且还应具备保护和维持内燃机正常工作循环的能力。

燃油动力传动系统包括离合器、变速器、万向传动、驱动桥等主要部件结构。离合器是连接或者切断发动机与后续传动装置连接的机械装置，其主要功能是当汽车在起步、换挡、停止等状态中动力需求发生跳变时，快速调整动力连接使发动机自身的工作循环不受影响，并且限制施加在传动系统上的最大转矩，保护传动系统防止过载。变速器即汽车中的变速箱装置，是一组齿轮（有极式）或者液力等无极式的传动机械，其主要是实现改变传动比，改变传动转向（倒车）和换挡等功能。万向传动主要由万向节和传动轴组成，其主要功能是解决传动轴向发生变动时动力传输的问题，特别是当汽车转向轮也是驱动轮时，就需要万向节为处于方向转动中的车轮持续提供驱动力。驱动桥位于汽车传动装置的末端，直接连接车轮，其主要功能是传递转矩，降低转速，增大扭力并且解决车轮转向时内外侧车轮差速的问题。

燃油动力传动系统的整体结构与发动机和驱动轮在车辆上的布置有关，总体上可以分为前置发动机后置驱动轮、前置发动机前置驱动轮、后置发动机后置驱动轮、中置发动机后置驱动轮以及四轮驱动等几种结构。目前用于城市交通的小型燃油轿车通常采用前置发动机前置驱动轮的方式，这种结构缩短了传动系统的尺寸，有利于优化轿车的空间布局。城市公交的燃油客车通常采用后置发动机后置驱动轮的方式，这种结构能够将车辆重心整体后移，在提高载客量的同时还有利于减轻前轴转向轮所承载的压力。重型燃油卡车通常采用前置发动机后置驱动轮的布局，这种结构有利于最大化提升车斗的载荷容量。越野车为增加在复杂环境中的通行能力，通常采用四轮驱动的方式，这种结构中的动力传动系统会将动力分配在车辆的四个车轮上，以防止有个别车轮悬空时车辆无法移动的特殊情况发生。

纯电动力传动是电动汽车特有的基础装置，相对燃油汽车具有结构简单，使用效率高，维修保养简单等特点。由于纯电动力传动系统中使用的是电动机驱动，而电动机相对于燃油发动机具有很多优势，不但工作时噪声小、无排放，而且更为重要的是其体积小、能源效率高，结构成本低。目前纯电动力传动系统主要有两类：一类是仿照传统燃油汽车的布局采用中央电动机驱动车轮的结构；另一类则是采用分布式电动机与驱动轮直接结合的电动轮结构。

中央电动机驱动的结构是用大功率驱动电动机直接替换传统的燃油发动机，动力传动系统仍然部分保留燃油动力传动中的主要部件，例如离合器、变速器、万向节和驱动桥等。但基于电动机的特性，传动系统还可以进行简化，例如利用电动机无须像内燃机一样保留四个循环过程，可以直接启停，因此可以去掉离合器；电动机调速范围较大，经过特殊设计后能够具有较高的启动转矩和后备功率，因此可以省掉变速器；电动机体积比较小也无须配套内燃机的化油器、油管、进气管、排气管等附属装置，因此可以直接与车轮轮轴一体化设计从而省掉万向节等。

电动轮结构是将电动机直接制作在车轮中，这项技术在目前的电动自行车中已经非常普及，通常电动自行车的后驱动轮就是轮毂电动轮。这种电动轮采用的是轮毂电机，也就是在车轮的轮毂上安装磁钢转子，轮毂本身也就成为电动机的外转子。轮毂电动轮的电动机和驱动轮之间没有机械传动装置，没有机械传动损失，整个车轮就是一台电动机。轮毂电机的空间利用效率很高，但是对电机的性能要求较高，需要有较高的启动转矩和后备功率。在一些电动汽车或者大型电动载重自卸车中，驱动轮体积较大，其内部可用空间比较充分，能够将电动机与固定速比减速器同时安装在其中，这种电动轮没有传动轴和差速器，传动系统做到了最精简的程度，同时也可提供更大的功率。

对于电动轮汽车，一般至少需要安装两个电动轮，对于一些大型载重电动车，需要安装多组电动轮。这类汽车的动力是分布式系统，分散在多个车轮中。这种结构好处很多，可以精简或者取消传动装置，但也有缺点：一是成本相对高；二是多个驱动电机的控制较为复杂。但是随着现代电子技术的发展，多电机控制技术已非常成熟，如今已不再成为限制电动轮汽车发展的瓶颈。

混合动力传动系统是综合了内燃机和电动机两种方式优点的车辆传动装置，通常有串联型、并联型和串并联混合型三种结构。串联型主要解决的是电动汽车电池容量较小无法长途行驶的问题，这种车辆用小型内燃机连接小型发电机稳定运转持续发电，车载电池作为电能蓄水池动态调节发电量和电动机的用电量，这种结构节省燃油，整车制造成本较低。并联型是同时安装燃油动力和电动两套系统，这两套系统皆可独立驱动车轮，也可以同时联合驱动车轮，传动系统相对复杂，这种结构可以根据不同工况采用不同的优化策略，例如在低速、轻载工况和或者电池电量充足时，可以采用纯电力驱动策略；在高速或者重载工况下，可以采用内燃机单独工作方式，以达到最经济的行驶效率；在大负载或者爬坡等工况下，可以采用电动机助力内燃机联合工作的方式，提供车辆最高的驱动能力；此外，还有制动能量回收模式和行车充电模式等多种组合行驶。串并联型是二者的结合，电动机和内燃机同时工作，动力输出的比例在二者间动态调节以适应不同工况的工作条件，电池组也随时处于充电或者放电驱动的动态调节状态。混合动力传动系统是两种系统的综合，结构相对更加复杂，是解决目前电池容量和充电效率不足等问题的无奈之举。

传动系统的结构布局对车辆的操控方式有直接的影响，特别是当电动汽车采用分布式驱动时，车辆轻微的转向调整甚至无须方向盘的介入，只需调整两侧车轮形成转速差就能够实现。自动驾驶汽车在设计过程中也必须充分考虑不同传动系统装置的特点，根据实际的情况进行适配性设计，特别是对控制策略和执行器的设计。

2.1.2　车辆悬架装置

在车辆行驶过程中，为保障驾乘人员的舒适性以及承载货物的安全性，车辆在设计时需要考虑减少路面颠簸所带来的冲击。路面不平导致车轮运动时会受到垂直方向的作用力，而通过悬架装置能够最大限度地吸收这种垂直方向的作用力，使得驾乘人员及载货舱所遭受的冲击减小。如图2.4所示，悬架装置是连接车架（车身）与车桥（车轴）的一系列传力装置，即能够让车架与车轮形成一个整体进行移动，又能够吸收来自车轮上的冲击力。

悬架装置有不同的设计，但通常为了吸收冲击力而多采用弹性元件构成，同时通过减振器对周期性振动形成阻尼，为配合车轮转向运动还设计有导向器等结构。悬架需要能够承载车身和乘客及货物的所有重量负荷，借助弹性元件传递负荷重量在车轮上，同时通过压缩弹簧或者释放弹簧将车轮传递回的冲击力转换为弹簧势能加以吸收；减振器能够对弹簧的周期性振动形成阻尼，将弹簧振动的势能变化转换为热能进而释放，有助于衰减和限制车身与车轮的振动；导向器多用于方向轮的悬架上，在吃重的工况下，还能保证车轮相对车身进行灵活的偏转运动。有些载重汽车的后悬架对减震要求较低，驱动轮不承担转向任务，因此在结构设计中可以进行大量简化，例如只保留弹性元件而无须减振器或导向器等。

汽车悬架装置大体上可以分为两类：一类是非独立式悬架结构，使用一根车轴（车桥）连接两侧的车轮，悬架弹簧直接安装在这根车轴上；另一类是独立式悬架，每个车轮都单独使用一根车轴（车桥是断开的），悬架弹簧分别安装在每一根车轴上。非独立式悬架结构较为简单，缺点是当一侧车轮颠簸时会对另外一侧车轮和整个车轴产生影响，而独立式悬架结构则不会因为一侧车轮的颠簸对另外一侧产生影响。

非独立式悬架因其结构简单，坚固可靠，因此在对颠簸不敏感的货运汽车上被广泛应用，在一些经济型客车的后悬架上也有应用。钢板弹簧结构在非独立式悬架中最为常见，由多层长度不同弯曲程度不完全相同的厚钢板叠放而成，这些钢板按长度由短到长对齐中心位置从下向上依次叠放，通过U型螺栓进行固定。钢板弹簧悬架整体上像一条扁担，中间的钢板层数多且比较厚，两端钢板层数逐渐减少。“扁担”的中间被固定在车轴（车桥）上，两端通过减振器固定在车架（车身）上。利用钢板弹簧的特性，悬架能够吸收来自车轮上的冲击，同时因为钢板的承载能力很高，能够将车体载荷有效传递到车轮上。由于钢板弹簧悬架是由多层有曲率的钢板层叠而成，当承重时，每层钢板都会发生形变，形变导致每层钢板之间相对滑动进而产生摩擦，因此各层钢板之间需要润滑，以避免层间摩擦力过大影响弹簧减震性能。

除了钢板弹簧之外，非独立式悬架所使用的弹性元件还有螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧等不同的类型，这些弹簧相对结构要复杂一些，承重能力也各不相同，总体上成本都高于钢板弹簧，但减震性能普遍优于钢板弹簧。

独立式悬架虽然在结构上更为复杂，但是由于其对每个车轮都是独立减震，因此虽然成本相对较高，但性能明显优于非独立式悬架。现代汽车特别是对驾乘舒适度有要求的小客车多采用这种结构。独立悬架结构安装车轮运动形式可以分为横臂式、纵臂式、滑柱连杆式和单斜臂式等四种。独立式悬架能够在一定程度上消除路面不平引起的振动，有助于减少转向轮偏摆的现象，增大车轮与路面接触的驱动力，提升车辆的平均行驶速度和行驶平稳度。

对于追求更高性能的车辆，除了上述两类被动减震的传统悬架系统之外，还有一种可以主动减震的电控悬架。类似于近年逐步流行的主动降噪耳机，电控悬架能够通过传感器检测到车辆行驶的速度、车身的振动、操控状态等数据，再由控制器计算出各车轮悬架应该调整的刚度和阻尼，通过悬架上液压或伺服装置完成调节，令车辆轿体始终保持平稳。这种调节方式的成本相对较高，无论悬架本身还是维护修理的成本都不是普通轿车所能承受的，因此多见于一些高档汽车之中。还有一种策略是仅调节各个悬架支点弹簧的阻尼系数，不涉及弹簧刚度的调整，这样的结构无须额外为悬架装置提供动力和能源支持，虽然减震效果弱于前一种，但成本可以大幅降低，具有较好的应用前景。

悬架装置对车辆的驾驶性能也有很大影响，例如为保障驾乘的舒适度，在通过不同路况时，采用不同悬架结构的车辆能够允许其行驶的最大速度也不同，因此车辆悬架装置对自动驾驶系统的设计也会产生影响。

2.1.3　转向控制装置

如图2.5所示，转向控制装置（转向系统）是汽车的基本装置之一，汽车在行进时需要沿道路或指定路线移动，此时必须掌控方向。汽车沿特定路线行进时，通过转向轮的变化调整方向，改变转向轮的轴向需要依靠转向控制系统来完成的。驾驶员通常操作方向盘控制车辆前进（后退）的方向，方向盘产生转矩通过转向系统驱动转向轮实现轴向的改变。由于车辆行进路线是复杂多变的，每次转向时的角度、时机和车速都是相关的，转向系统需要保持非常高的灵活性和准确性，这是汽车安全行驶的重要保障之一。

这里转向器与传动装置都有万向节，但功能有所区别：传动万向节的主要功能是将行驶动力传递给车轮，即使车轮发生轴向变化时，也能够保证不中断动力的传输，而转向系统中的万向节功能是通过方向盘改变转向轮轴向角度，不负责传输前进动力。在现代前驱车中，前轮既是转向轮又是驱动轮，所以会同时配置有转向器和传动装置。通常来讲，汽车转向轮轴向的转角范围小于180°，而方向盘转动的角度可以超过360°甚至更多，因此在这个转向过程，转向装置带有转矩变换的功能，这一方面可以减轻转向时人力操作所需的力量；另一方面还可以增加对转向轮角度的控制精度。车辆转向需要克服惯性影响，但是由于人力转动方向盘时力量是有限的，以纯机械装置为主的转向系统使用起来会非常吃力，既不灵活又不安全，因此转向系统中通常会增加助力系统，将机械转向装置升级为动力转向系统。

汽车上目前应用比较多的机械转向结构分为齿轮-齿条式、循环球式和蜗杆曲柄指销式等几类。其中齿轮-齿条式转向器的应用比较广泛，它与独立式悬架系统能够较好地匹配，而且本身结构比较简单，转向比较灵敏，成本比较低，质量比较轻，转向效率比较高，方便在车辆上进行布置，所以目前在小型汽车中应用得较为广泛。其他类型的转向器也能通过对齿轮-齿条式进行改进（例如增加一些结构连接部件以减轻转向器操作时的阻力等）使其转向更加灵活，更加省力（例如循环球式转向器采用滚珠来减少转向螺杆与转向螺母之间的摩擦力）。尽管通过各种方法尽量减少了装置内部的阻力，但是驾驶员长时间使用纯机械装置的转向系统仍然会感觉吃力和疲劳。随着现代汽车工业的发展，人们对汽车操纵的舒适度、灵敏性、安全性的要求越来越高，为了减轻驾驶员的体力负担以及提高操作准确度，汽车上普遍增加了助力转向装置。

常见的助力转向装置主要有气压助力、液压助力和电动助力这几种结构。液压助力转向系统利用汽车发动机提供的能量，在压力罐中存储高压液体实现能量的储存，当驾驶员操控方向盘时，根据驾驶员转动方向盘的方向，提供额外的转向度动力，帮助转向装置完成转动。当方向盘停止转动时，助力系统同时关闭。显然，这是一个从动控制系统，也就是当方向盘转动时，借助发动机提供的能量提供辅助力量，减少对人力的消耗，而方向盘停止转动时则中断辅助甚至协助保持转向轮的转角。电动助力转向装置的原理基本相同，只不过它所使用的能量并不是通过高压液体储存源自发动机的能量，而是使用汽车蓄电池的电能，通过蓄电池提供的电流驱动助力转向电动机提供动力。不同于液压助力转向系统，电动转向装置不需要液压罐和配套的强压管路以及运动活塞等复杂的机械装置，而是通过电流控制器驱动电动机实现，相对结构更加简单。在方向盘做出角度变化时，通过传感器测量方向盘的转动参量，以一定的算法控制转向助力电动机完成对转向机械装置的加力过程。电动转向助力装置的控制相对比较复杂，它的复杂体现于控制电路本身以及一些控制算法上，而液压助力转向系统的复杂则体现在其机械结构和附属装置上。

传统转向系统的基本结构包括机械装置和动力转向助力装置，随着技术的发展，产生了很多新的转向动力技术，例如电控液压助力、电动液压助力、前轮主动转向和线控转向等，这些都是目前汽车中应用比较多的辅助转向系统。这些装置在之前的基础上综合利用了电动和液压结构，利用电控或者电动机完成液压转向等技术，制造成更加灵活灵敏、更加精确安全的系统，极大提升了驾驶员操作汽车的舒适度。而对于自动驾驶系统，对车辆方向的自动操控则需要依靠车辆所配置的转向助力系统来实现。

2.1.4　刹车制动装置

刹车制动装置（制动系统）是保障汽车安全行驶的重要装置。刹车实现了对车辆的制动，让汽车稳定在停止状态，或者由运动状态逐步减速到停止的稳定状态。如图2.6所示，对汽车进行制动需要提供内在制动力，制动系统是产生制动力的关键部件，通常制动系统包括制动器（俗称刹车器）和制动驱动两个组成部分。

制动装置可以分为多种类型，按照不同应用场景可以分为汽车行进过程中的制动装置、汽车静止状态下的制动装置、在前两种制动失灵情况下的辅助制动装置等。之所以设计这种备用的制动系统，是因为汽车行驶的安全事故大部分是由于失速失控造成的，如果能够让汽车及时处于静止状态（停车），或者能够迅速减速到可接受的程度，交通事故等安全问题一般都能够被预防或被阻止。

制动系统按照驱动能量的来源分类，可以分为三类：第一类是手动制动，也就是以驾驶员自身的操作为制动系统提供动力，例如手刹；第二类是动力制动，也就是使用汽车自身能源来为制动系统提供动力，这种动力制动是现代汽车主要使用的装置，它能够避免由于人力的不足所带来的制动隐患；第三类是伺服制动，这是一种混合的制动方式，综合使用人力和车辆自身能量，现在比较常用的有真空伺服制动器等。在车辆行驶过程中，当踩下刹车器时，驾驶员会感觉刹车踏板很“软”，刹车反应很灵敏，但在冷车（车内水温表显示没达到正常水平）状态下，汽车没有发动起来，如果希望将刹车踏板踩到同样的位置，则会耗费很大的力气，感觉刹车踏板非常“硬”，这其中的区别就在于伺服装置是否发挥了作用。在汽车发动以后，连接在刹车踏板后的真空罐将在发动机提供的能量作用下，把罐内的空气抽走形成负压，此时踩下刹车踏板时，除了人力提供的踩踏力量外，真空罐提供的负压使踏板在大气压的影响下同时提供了刹车的助力。在大气压的帮助下，消除一部分踏板向下运动过程中给制动器所加的力，因此感觉会比较省力。

制动系统按照内部结构可以分为单回路和多回路制动系统。通常制动系统依靠发动机能量提供制动驱动力，借助气压、液压或者电动机等媒介形成一个回路具体执行。但是如果仅采用这种单一的回路结构，一旦发生气压或者油压管路泄漏，就会导致整个制动系统的失灵。虽然单回路制动系统结构简单、成本低，但往往存在着安全隐患，为了避免这种情况的发生，现代汽车通常采用双回路制动。双回路等多回路系统将气压或者液压分成两个（多个）彼此不连通的回路，即使有一条回路因意外泄漏而失灵，那么其他回路仍然能够保证汽车得到有效的制动。

汽车上常见的制动器有两种：一种是鼓式制动器；另一种是盘式制动器。鼓式制动器由刹车鼓、制动蹄构成。这种制动器的外形像一面侧立的鼓，鼓形外壳连接在车轮上，随车轮一起转动，鼓的内部安装有制动蹄，制动蹄固定在车轴上或者悬架装置上，不随车轮转动。当需要制动的时候，内部的制动蹄在制动驱动装置的作用下向外扩张，向外撑（蹬）在制动鼓的内壁上，由于制动蹄固定不动，而刹车鼓随车轮转动，因此二者之间将发生滑动摩擦。制动驱动力越大，制动蹄与刹车鼓内壁就压迫得越紧密，摩擦力就会随之急剧增加，对刹车鼓转动产生的阻力也会随之加大，车轮将随着刹车鼓一同减慢转速，直到最后停止。

盘式制动器的工作原理与此类似，区别是用刹车盘替代刹车鼓，用制动钳替代刹车蹄。金属的刹车盘自转轴与车轮转动轴固定在一起，随车轮一同旋转，而刹车盘边缘的制动钳则固定在悬架等装置上不随车轮转动。刹车盘的边缘嵌入在制动钳的钳口中，钳口两侧的内表面上装有制动片，当需要刹车时，制动钳将在制动驱动力作用下夹紧刹车盘，由两片制动片分别与刹车盘的两个盘面产生摩擦，能够有效减缓刹车盘的转动。随着夹力的增加，对刹车盘的摩擦力也会急剧上升，完成对刹车盘连带车轮一起的制动过程。盘式制动器的制造精度以及对其部件的刚度要求比较高，系统结构相对更复杂，成本相对更高一些，但是优点也很多。现代汽车多采用盘式制动，其制动效果比较稳定，散热效率更高。车辆的制动原理是通过在制动器内部产生滑动摩擦阻力让车轮停止转动。由于车辆具有很大的惯性，因此车轮制动时将会把车辆运动的动能转换成刹车器内部摩擦带来的热能进行损耗发散，也就是在转换过程中，刹车盘上或刹车鼓上会产生大量的热能。由于刹车盘更易于散热，也不容易发生形变，因此制动效果比较好。车辆行驶的环境比较复杂，当通过有积水的路面时，刹车器往往会受潮或者是进水，对于鼓式制动器，如果进水，积水很难被及时排出，而盘式制动器是一个开放式结构，刹车盘上不会存有积水，有效克服了积水对制动器效率的影响。

汽车的制动力大小是非常重要性能指标，理论上刹车力量越大，制动性能越好，汽车就能更快地减速。但是在一些特殊情况下，反而要限制汽车的制动力。如果制动力过大，在汽车运动没有完全停止前，车轮就已经停止了转动，这会导致汽车成为一个在路面上做滑行运动的刚性物体，纯粹的滑行不利于汽车在制动过程中进行方向调整，甚至不能保持住其沿直线方向进行的运动。这种情况就是刹车“抱死”现象。车辆发生“抱死”后，在路面上滑动不但无法调整其行进方向，而且对侧向力的抵抗能力也会减少，有时不但会向前滑动，也会发生侧滑的现象，所以汽车刹车应尽量避免出现“抱死”现象。为此，在刹车过程中需要动态调节制动力，使制动力在一定的限度内，不要让车轮完全长时间地停止转动。

现代汽车通常配有制动力调节系统，常见的是制动防抱死系统（ABS）。在常规制动时，ABS并不工作，当检测到汽车未静止，但发现某个或某几个车轮产生抱死时，ABS就会启动，减少被抱死车轮的制动力而暂时令其恢复转动。如果此时车辆仍然处于制动控制状态下，ABS在短暂减小制动力后仍然会在适当时机恢复对车轮原有的制动力，以求达到最大的制动效果。ABS能够令车辆始终处于最佳制动状态，但是在长距离制动过程中，ABS对车轮频繁地减小和恢复制动力会导致刹车器产生高频的振动以及噪声，刹车踏板也会产生强烈的震颤，驾驶员会因此感到踏板在“弹动”。

作为对ABS的改进，现代汽车通过电控制动力分配（EDB）系统瞬间测量各个车轮与路面之间的摩擦力大小，并利用处理器高速计算出不同车轮所需的制动力，分别对各个车轮施加“恰好”的制动力，即使车轮发生“抱死”的情况下，EDB与ABS的配合也可以防止车辆发生“甩尾”或者“侧滑”，以达到平稳刹车的目的。对于路面结冰或积雪等特殊路况，现代汽车会配有驱动防滑系统（ASR），通过减少和调节发动机的转速和动力输出，将车轮的滑转率（打滑状态下的转动速率）控制在一定范围，令车辆仍然能够在这种特殊环境下缓慢行驶。高档汽车还将ABS、EDB和ASR等系统进行综合设计，综合成车身电子稳定系统（ESP）。ESP能够综合判定路况及车辆行驶情况，通过采集转向轮速、侧滑、横向加速以及控制单元各方面的状态信息和传感器数据，按照不同状况下的预案采用最佳刹车制动方案以达到车身稳定的目的。例如，在车辆转弯时因路面出现特殊情况导致转向过度或转向不足的情况下，ESP可以让汽车在不踩刹车的情况下，对某侧车轮进行制动而无须驾驶员“补打”方向盘，以保证车辆不会偏离车道。

在自动驾驶汽车的设计中，对传统制动装置的协同是非常重视的，一方面是汽车行驶安全的硬性要求；另一方面是对车辆速度完美控制（例如自动驾驶车辆在减速时需要将制动时间和制动力都作为参量进行精确计算）的追求。 8f5oEwtaSuZHgYrYmC1qe1LHOWJRO7oV56cOf3bjsJBGYcmTRnZIp4rqAWUFWbRi