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一輛跑車最重要的不是它的引擎,而是它的剎車。」配備全球首部的陶瓷剎車系統的CL55 AMG,廣告中Mika Hakkinen有如此說法。
  能夠體會到剎車不夠用的用車人,應該可以算是不把車當作純粹交通工具的人,對於車上的諸多機械結構也應該會有一定程度的挑剔。既然認為原廠制動力不敷使用,只能朝改裝的方向前進,然而,對於一般消費者而言,如何能在花費與效果之間取得最高的成本效益,應該是所有人最關心的事,也是因此各個改裝品牌在剎車系統上都會有不同等級的配件供消費者自己斟酌選購。剎車的強化可以說應該是改裝的第一步,也是一般消費者比較容易DIY的地方。
  
  談到剎車系統,當然不僅僅是駕駛看到的那個踏板而已,整套機構演變到了今日,雖然每家車廠都不盡相同,冒出了一堆什麼ABS、BAS的名詞來,先撇開這些額外的輔助裝置,看看一套簡單的剎車系統是怎麼運作:當踏板被踩下時,會帶動底下的總泵的活塞壓縮,透過不可壓縮性的剎車液,把作用力傳遞到四個輪胎的分泵上(帕斯卡原理),再透過分泵的獨立管路去推動剎車來令片,使其摩擦碟片或剎車鼓,因剎碟片和剎車鼓都是與輪胎固定並隨之同步運轉,因此當它們受到摩擦阻力時,再透過輪胎與地面的摩擦力幫忙,使得讓輪胎轉速降低甚至直到停止,最後看到的結果就是車輛達到了要減速的目的。
  
  整個剎車過程描述起來好像很複雜,但其實就是幾個過程:踩下踏板→總泵→分泵→剎車碟(鼓),不過談到可以加強的地方,裏面就很有學問了。以下分幾個部份來講:
  1,真空輔助泵
  為了增強對來令片的施壓力道,現在生產的汽車幾乎都會裝置所謂的真空輔助器,原理是利用引擎運轉時進氣歧管的真空來增強剎車的力道,這個效應可以在踩著剎車熄火時,踏板會突然下沈的現象上發覺(因為引擎沒運轉了嘛!也因此才有人說熄火狀態滑下山會煞停不下來就是這個原因)。不過有趣的是,最近似乎流行在進氣歧管上打洞插根管子,利用「二次進氣」調稀空燃比效應來“增強馬力”,有沒有增強馬力不知道,不過沒有處理好的話,剎車的真空輔助效果會大打折扣,萬一花了錢跑不快還停下來,那就糗大了。
  2,金屬油管
  負責傳遞壓力的油管顯然也是重點所在,從總泵繞車底的部分通常是以銅管制成,這方面沒問題,但為了配合輪胎與懸吊伸展有活動空間,在卡鉗前原廠都會都是用橡膠包覆的鐵弗龍管來搭配,這個時候問題來了,由於橡膠久了之後會有疲乏的現象,原本應該忠實地把壓力傳到卡鉗分泵的壓力,會因為管路的彈性膨脹而損失了部分壓力,實際傳到來令片上的壓力就會較小了,而採用金屬油管則可稍微解決這個問題。其實這裏所說的金屬油管,其實並不是「金屬的」油管,只是金屬網包覆著鐵弗龍油管而已,成本相當便宜,在剎車橡膠管已經顯出疲態的老舊車款上,確實可以獲得明顯的效果,至於狀態還很好的新車,拿回來的壓力就沒有那麼明顯了。
  3,剎車油
  也許稱為「剎車液」會比較適當一點,因為油在車輛機械上似乎不適用來潤滑就是用來散熱的,而Brake Liquid的作用則是負責傳遞壓力,不過既然約定成俗,我們還是把它稱為剎車油。前面提到的踏板施壓後,壓力必須傳達到最後的來令片上才能達到效果,而這之間的傳遞就全靠剎車油了,但由於它其實是一種水溶性的液體,「遇水則發」,也就是說,假如混合其中的水分達到一定的程度,很容易就會造成剎車油的劣化,而碟盤來令片的工作溫度經常高達數百度,溫度很快就會傳達到剎車油上,此時水分就會遭到沸騰的命運!氣泡於是生成。接下來就有趣了,液體巨觀來講是不可壓縮性的(所以才能夠傳遞壓力嘛),但氣體則很容易能夠壓縮,氣泡一被壓縮,就會造成壓力傳遞效率的損耗,因此最後分泵得到的力量就少了許多,而會造成剎車油沸騰的地步都是到了劇烈頻繁的踩剎車時才會發覺,通常都是高速賓士需要減速的時候,這時候如果還失去部份壓力....這就不是很有趣了。
  國際上對於剎車油的檢驗標準依循美國運輸部(Department Of Transportation)有分了幾個等級,也就是大家熟知的DOT#,不同的等級是不可混用的,尤其以含矽的DOT5為甚,要換用前請先「漏乾淨」。換用更高等級的剎車油只能擁有更高的極限,傳遞的效率是無法提升的,不要搞錯了!而且越高等級的剎車油水溶效果越迅速,也就是說,更換的周期必須縮短。就算沒有更換其他等級剎車油的打算,在臺灣這種濕氣重的天候下最好也是一年換一次剎車油,就算是換原廠油,能感受的效果也要比要花十倍錢買了超高檔的引擎機油要明顯太多了。一般道路行駛的建議是一年換一次,除非是用DOT5,而競技比賽者通常是一場比賽就更換一次較為保險。
  4,令來片
  改裝來令片是提升剎車系統效率最快速與最廉價的方法之一,主要是碟煞為主,不同的來令片會有立竿見影的效果,然而也不是單單換上一個高檔名牌的來令片就可以一勞永逸了,因為越高檔的來令片,越需要更「粗暴」的操駕方式才能顯現出它的優點,否則如果只是用來上下班代步用,卻誤用這種競技用高檔貨,往往會發現甚至比原廠貨還糟糕。這個原因是因為來令片的材質所致,目前市面上的來令片的成分幾乎都是以金屬、碳纖和石綿為主。由於材質配方各家都不盡相同,屬於商業機密,從產品外觀與包裝盒上也很難看出端倪,就算是標明耐溫幾度可能對大多數的人也是沒有任何意義,唯一的憑據似乎只剩下實際測試與口碑。
  選用高性能的來令片倒有一個最需要考慮的,就是所謂「吃碟盤」的問題,為了提高摩擦係數,摻入金屬屑甚至是金剛沙,倒楣的就是剎車碟了,當厚度減弱到一定程度,強度不足以承受強大的摩擦力,碟片就會有罅裂或變形的危險。因此改裝來令片之前,考慮碟片有沒有能力承受,是相當重要的事。除此之外,競技用可以不考慮舒適性的問題,連導角都沒有,但一般道路用的則必須考慮,舉凡噪音、粉塵量、力道是否為漸進...都是消費者選購前必須注意的。
  目前比較新的車型所配置的來令片,多會有磨耗指示器,說穿了就是在蹄片與鐵片基座之間夾一條軟質金屬,如此一來在蹄片完全磨光之後,由這條金屬接手,此時會發出粗糙的金屬噪音,或是導通電路利用儀錶板燈號通知駕駛更換,不過如果真的到了這個地步的話就太遜了,身為車主應該時時關心自己愛車的剎車系統才對。
  5,碟盤
  與來令片相輔相成的剎車碟,之所以改裝後強調能夠提升剎車性能,鮮少強調材質有什麼特別(反正總不脫離鑄鐵、不銹鋼、碳纖或是陶瓷),主要還是因為直徑的增大,通風碟的散熱,或是在上面畫線打洞的關係。不過這裏強調一點,表面積越大摩擦力就會越大,所謂的打洞只是為了散熱,熱源上面已經提過;而畫線除了排熱氣之外,為了不讓粉末累積有融著表面現象,造成打滑,溝槽主要目的還是排除粉末,因此不管畫線還是打洞都對於為車力道沒有直接幫助,不過卻有提升極限的功用。至於加大直徑後,力矩加長,因此力量也會更大,這才是強化制動力的重點所在。考慮到制動力提升後,卡鉗座能否承受?轉接座能否承受?來令片能否承受?或是比較少人注意到的碟盤平衡問題(避免高速剎車會抖動),以及其他一些周邊配件的配合,都是改裝時必須考量的,不要只為了視覺效果去換大碟,會去改裝剎車系統的人,比只會改裝動力的人要為人尊重,不要把自己貶低了。(不過話說回來,就算注意到了又怎樣?沒有進行破壞性試驗還是不知道部品的極限,所以走上改裝這條路就有點像在走鋼索,走一步算一步...).卡鉗身為前線的卡鉗也是改裝重點之一,雖然還是有不少人純粹是為了給別人看到「我有改車」而改卡鉗(還要記得漆成紅色^_^),不是真的為了自己的需求,不過顯然卡鉗這個地方是相當吸引人的目光焦點,換個名牌就好像換了名車一樣輕飄飄地。話雖如此,剎車輕飄飄的可不太好,把房車搞到像F1一樣說停就停也不是好事,畢竟後保桿換起來也是很貴的...。以Impreza GT為例,98年進口車主(前雙活塞卡鉗)開了國產車(前四活塞卡鉗)的第一個感想,就是感覺到後者的剎車是較具線性,也就是說不像雙活塞一樣「輕輕踩下去,車車裝傻傻,熊熊踩下去,通通向前趴」,這是舒適性的問題,但重點是要達到相同煞停距離,則前者必須花較大的踩踏力,單單在剎車系統這樣微妙的改變對於操控一部車時就會有很大的改變了。

2.

煞車的原理
煞車做動的原理在於總泵與分泵,煞車總泵接著煞車踏板,總泵內有一個活塞,當我們踏下煞車踏板時,會推動總泵內的活塞,將煞車油從總泵送出,而煞車油經由煞車油管傳送至煞車卡鉗上的分泵,並且推動分泵上的活塞,活塞再推動煞車來令片夾住煞車碟盤(或煞車鼓),藉以達到制動(煞車)的效果。其實原理相當簡單,但是在簡單的原理上卻蘊含著許多的學問。
煞車的形式
煞車迴路,可分為單迴路、雙迴路以及四迴路,所謂的單迴路就是四輪煞車共用一條油管的迴路,其缺點是只要一有漏油的現象,四輪就完全失去煞車的效能,因此基於安全的考量,已經無人使用的,取而代之的則是雙迴路設計,此設計通常為左前右後與右前左後各自形成一個迴路,當其中有一個迴路失靈時,至少還有一個迴路可以發生作用,而一前一後的設計,則是希望能夠達到較均衡的煞停效果。現今許多車種皆配有ABS的設計,並且能夠各自獨立控制四輪ABS做動的效果,要達到這樣的目的,四輪必須各自有自己的煞車迴路,當然這就有賴四迴路的設計。
煞車的輔助機制
純粹使用人力將煞車踏板下壓的力量並無法得到相當好的制動效能,因此一般的小型車輛都配有真空煞車輔助器,其原理是當煞車踏板被採下時,進氣歧管上的真空泵管線打開,利用進氣歧管的真空吸力來增加煞車的力量,所以當平常我們在煞車時,並無須花費太大的力氣去踩煞車踏板,也因此當引擎熄火時,我們會發現煞車的效能變得很差,這也就是為何不可以以熄火狀態下坡的道理。
而在大型車輛上,以真空輔助煞車的設計尚嫌薄弱,此時必須使用氣壓輔助,氣壓煞車輔助器包含空氣壓縮幫浦、與儲氣槽,此種煞車動力的來源完全使用氣壓,空氣壓縮幫浦先將空氣壓縮至儲氣槽,儲存氣壓動力,當駕駛者踩下煞車時,儲氣槽釋放氣壓去推動煞車油壓總泵。所以像是大型車輛都需要使用此種煞車方式,否則光靠人力與真空吸力是難以將如此大型的車輛煞停。
除了上述的傳統机械煞車輔助機制外,目前所流行的則是電子煞車輔助機制也就是大家所耳熟能詳的ABS防鎖死煞車系統,顧名思意防鎖死就是防止車輪在駕駛者重採煞車(緊急煞車)時、且車輛尚未停止之前,就因為煞車力量過大導致車輪鎖死,為何要防止鎖死呢?那是因為物理學上靜摩擦力大於動摩擦力的關係,當車胎在轉動時,相對與地面接觸的摩擦力屬於靜摩擦力,當車胎鎖死、車胎以同一個面與地面持續摩擦時的摩擦力屬於動摩擦力。
簡單的說,也就是車輪在鎖死之前那一剎那與地面的摩擦力(俗稱抓地力),大於鎖死後與地面直接的摩擦力,因此,當車輪產生鎖死的那一瞬間,防鎖死煞車系統會將煞車釋放,在車輪恢復轉動之後,馬上再施以煞車力量,以求得最大的靜摩擦力。然而ABS的優點不僅止於提供最大的煞車力量與縮短煞車距離,由於在急煞時可防止車胎鎖死,因此駕駛者除了可以控制行車的方向外,車輛也不易因急煞而側滑或打轉。
煞車的結構
煞車的主要架構包含煞車油管、卡鉗、碟盤與來令片、煞車鼓。
由於煞車時車身重量前移的關係,因此前後輪的煞車力道比率約為率70%與30%,很明顯的前輪煞車組承擔較高的煞車力道。
煞車力道的傳導媒介......
剎車卡鉗活塞對來令片所施的力就稱為:剎車踏板力(Pedal Force)。駕駛人踩在剎車踏板的力經由踏板機構的槓桿放大效果後,經由真空動力輔助器(power boost)利用真空壓力差的原理再將力量放大,用來推動剎車總泵。剎車總泵所發出的液壓力利用的液體不可壓縮的動力傳遞效果,經由剎車油管傳遞到各分泵,並運用『帕斯卡原理』將壓力放大,推動分泵的活塞對來令片施力。
帕斯卡原理(Pascal's Law)是指在一密閉的容器內任何位置的一體壓力均相同。壓力是由施力除以受力面積所得,壓力相等的情況下,我們正可以利用改變施、受力面積的大小比例來達成動力放大的效果(P1=F1/A1=F2/A2=P2)。用在剎車系統上,總泵與分泵壓力的比值就是總泵活塞面積和分泵活塞面積的比。在煞車系統中,煞車力量的傳導必須經由煞車油,煞車油內不能有氣泡,否則會造成氣鎖,導致煞車失靈,這也就是為何更換煞車油後必須放空氣的道理。
然而煞車油的好壞在於本身的號數。煞車油的號數以DOT表示,目前市面上大多為DOT 3、DOT 4、DOT 5,號數愈高表示沸點愈高、耐熱性愈好。
Ps: DOT 5不可以與DOT 3、DOT 4合用。
為何要耐熱性高呢?這就有關上述氣鎖的現象了,煞車油是液體,在高溫之下它也有沸點,當連續使用煞車所產生的高熱讓煞車油沸騰時,就如同我們燒開水一般,會產生氣泡,氣泡一但產生,煞車就會因氣鎖而失靈。
煞車油吸水量與時間關係
時間(年) 吸水量
1 約2.5%
2 約4%
3 約6%
煞車油含水量對沸點的影響
含水量 DOT3沸點 DOT4沸點
0 205℃ 230℃
1% 180℃ 200℃
2% 165℃ 185℃
3% 150℃ 170℃
4% 140℃ 155℃

如何減少煞車力量損失......
在車輛上大部分的煞車油管皆由金屬管所構成,但是礙於懸吊系統的上下做動與前輪轉向的關係,從車身到煞車卡鉗的這段煞車油管無法以金屬管連接,所以我們會看到這段煞車油管會使用橡膠油管取代。當我們踏下煞車時,煞車油從總泵被推向分泵(卡鉗),雖然橡膠油管雖然還蠻硬的,但是我們都知道,橡膠這種材質本身具有彈性,所以當壓力經過橡膠油管時,橡膠油管會先膨脹,油管本身的彈力吸收掉部份的壓力,剩下的壓力才被推向卡鉗。如此除了煞車力量受到影響之外,煞車的時間也延遲,造成的結果就是煞車反應較慢,不夠準確。因此為了解決上述的問題,就有金屬煞車油管的產生。
金屬煞車油管並非是整支由金屬鑄造而成,一般的金屬煞車油管是由鐵氟龍所作成,外層由金屬網緊密包附,讓油管在受到壓力時無法膨脹,壓力就可以在同一個時間傳輸到卡鉗上,不僅減少力量損失,煞車反應也會有明顯的改變。
增加摩擦力......
摩擦是指兩相對運動物體接觸面間的運動阻力。摩擦力(F)的大小是與摩擦係數(μ)及摩擦受力面所受垂直方向的正壓力(N)的乘積成正比,以物理學表示:F=μN。(面績與摩擦力沒有關係)
增加煞車摩擦力最多人的作法就是更換較高檔的煞車來令片,對於煞車力道都有顯著的提升。對剎車系統來說:μ是指來令片與剎車碟的摩擦係數,N是剎車卡鉗活塞對來令片所施的力(Pedal Force)。摩擦係數越大所產生的摩擦力就越大,但是來令片與碟盤間的摩擦係數會因為摩擦後所產生的高熱而有所變化,也就是說摩擦係數μ是隨溫度的變化而變化,每一種來令片因為材質的不同而有不同的摩擦係數變化曲線,因此不同的來令片會有不同的最佳工作溫度,及適用的工作溫度範圍,這是大家選購來令片時所必須知道的。
再者就是更換畫線碟盤,各位千萬不要把畫線碟盤與打孔碟盤劃上等號,打孔的目的在於提升碟盤的通風效果,增加碟盤的散熱效能,至於畫線的目的才是在於提升碟盤與來令片的摩擦力。

等級 C D E F G H
μ >0.15 0.15~0.25 0.25~0.35 0.35~0.45 0.45~0.55 <0.55

提升制動力......
假如你用力將剎車踩死但卻無法使輪胎鎖死,那麼表示踏板所產生的剎車力不足,這是非常危險的。一部車如果剎車力太大,雖然在急踩時仍會產生鎖死,但卻也失去了循跡控制能力。剎車的極限是出現在剎車鎖死之前的瞬間,而駕駛人必須能夠把剎車踏板維持控制在這個力道。要增加剎車踏板力可先由加大剎車動力輔助器著手,換個尺寸較大的Air-Tank,但是加大幅度有限,因為過度加大的真空輔助力會讓剎車失去漸進性,剎車一踩就是到底,如此一來駕駛人就無法有效、穩定的控制剎車。
最簡單的方式就是改裝加大碟盤的尺寸,制動力是來令片所產生的摩擦力對輪軸所施的力矩,因此碟盤的直徑越大產生的制動力也越大。
制動力距=有效半經*摩擦系數*正壓力
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