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刹车原理
发布时间:2014-10-25    文章来源:    浏览次数:2298

刹车的工作原理主要是来自摩擦,利用刹车片与刹车碟(鼓)及轮胎与地面的摩擦,将车辆行进的动能转换成摩擦后的热能,将车子停下来。一套良好有效率的刹车系统必须能提供稳定、足够、可控制的刹车力,并且具有良好的液压传递及散热能力,以确保驾驶人从刹车踏板所施的力能充分有效的传到总泵及各分泵,及避免高热所导致的液压失效及刹车衰退。车子上的刹车系统分为碟式和鼓式两大类,但是除了成本上的优势外,鼓式刹车的效率远比不上碟式刹车。

摩擦

『摩擦』是指两相对运动物体接触面间的运动阻力。摩擦力(F)的大小是与摩擦系数(μ)及摩擦受力面所受垂直方向的正压力(N)的乘积成正比,以物理学公式表示成:F=μN。对刹车系统来说:(μ)是指刹车片与刹车碟的摩擦系数,N是刹车卡钳活塞对刹车片所施的力(Pedal Force)。摩擦系数越大所产生的摩擦力就越大,但是刹车片与碟盘间的摩擦系数会因为摩擦後所产生的高热而有所变化,也就是说摩擦系数(μ)是随温度的的变化而变化,每一种刹车片因为材质的不同而有不同的摩擦系数变化曲线,因此不同的刹车片会有不同的最佳工作温度,及适用的工作温度范围,这是大家选购刹车片时所必须知道的。

刹车力的传递

刹车卡钳活塞对刹车片所施的力就称为:刹车踏板力(Pedal Force)。驾驶人踩在刹车踏板的力经由踏板机构的杠杆放大效果后,经由真空动力辅助器(power boost)利用真空压力差的原理再将力量放大,用来推动刹车总泵。刹车总泵所发出的液压力利用的液体不可压缩的动力传递效果,经由刹车油管传递到各分泵,并运用『帕斯卡原理』将压力放大,推动分泵的活塞对刹车片施力。『帕斯卡原理』(Pascal's Law)是指在一密闭的容器内任何位置的液体压强均相同。

压力是由施力除以受力面积所得,压力相等的情况下,我们正可以利用改变施、受力面积的大小比例来达成动力放大的效果(P1=F1/A1=F2/A2=P2)。用在刹车系统上,总泵与分泵压力的比值就是总泵活塞面积和分泵活塞面积的比。

配备:ABS

ABS:Anti-lock Brake System,顾名思义就是『防锁死刹车系统』。大家都知道最大的制动效果是发生在轮胎锁死前的瞬间,如果能够让刹车制动力一直保持在与轮胎摩擦力平衡的状态,那麽将获得最大的制动效果。当刹车的制动力大过轮胎的摩擦力就会造成轮胎锁死,一旦发生轮胎锁死那麽轮胎与地面间的摩擦就由『静摩擦』变成『动摩擦』,不但摩擦力大幅降低更会失去转向循迹能力。由於轮胎的锁死是刹车制动力和轮胎与地面的摩擦力比较的结果,也就是说车子行进间轮胎锁死与否的极限是会随轮胎本身的特性、路面的状况、定位角度、胎压、悬吊系统的特性而『随时不同』。 ABS是利用装在四个轮子的车速感应器,去判断轮胎的锁死与否,排除了人体感官的不确定因素,准确的控制适时的释放刹车分泵的液压,达到防止刹车所死的目的。目前的ABS大多采用每秒钟可连续踩放12~60次的设计(12~60Hz),相对於顶尖职业赛车手的3~6次已是超高水准的表现,踩放的频率越高越能将刹车制动力维持在越接近极限的边缘。ABS所能达到的准确及可靠度已经超乎人的极限,因此我们说:ABS是买车时最物超所值的配备。尤其是Air-Bag相对於的危险性更是如此。

ABS的质疑

近来有很多报告指出:配备ABS的车子发生车祸的机率大於没有配备ABS的,也因此造成许多人对ABS功效的质疑。这是一般车主对刹车系统及ABS的认知不够所造成的,很多人都误认为装了ABS後可提高刹车制动力或轮胎与地面摩擦力的极限,事实上ABS虽然能将刹车制动力尽量维持在最大极限,但是却无法提高极限。在此重申:轮胎与地面摩擦力的极限是由轮胎本身的特性、路面的状况、定位角度、胎压、悬吊系统的特性所决定,但不包括ABS。ABS能将刹车系统的能力充分、有效的发挥,但对提高制动力或摩擦力却无济於事。此外紧急情况利用ABS来进行高速闪躲时,请记得先在直线做主减速动作再转方向盘,转动方向盘时不要将刹车踏板松掉,也不要因为踏板传来的ABS反馈动作而惊慌失措。 也有很多人认为ABS必须大脚踩刹车才有作用,这又是个对ABS的错误认知。防锁死刹车系统当然是在车轮锁死时才有作用,你如果开车经过结冰的路上,只要你轻点刹车ABS可能就动个不停;又如果你换了一组抓地力超强的大尺寸热溶胎,开在平坦乾燥的路面,如果你的刹车系统没有强化过,就算你用尽全力踏在刹车踏板上,说不定ABS依然没有动静,因为你的刹车制动力并不足以将轮胎锁死。如果车商在将配备ABS的车卖给消费者的同时,能针对上述两点做充分有效的告知,那麽ABS才能真正成为一项『主动安全』配备,否则让消费者在踩刹车时有恃无恐那肇事机率可能就不降反增。

刹车的改装

改装前的检视:对於一般道路用车或是赛车来说一套有效率的刹车系统都是必须的。在刹车改装之前必须先对原有刹车系统做一全面性的确认。检查刹车总泵、分泵和刹车油管是否有渗油的痕迹,如果有任何可疑的痕迹处必须追根究底,必要时将有问题的分泵、总泵或刹车管或刹车管换掉。 影响刹车稳定度最大的因素莫过於刹车碟盘或刹车鼓的表面的平整与否,异音或是不平衡的刹车往往都是由此而来。对碟式刹车系统来说,表面不能出现磨损凹槽线沟,而且左右碟盘的厚度必须相同,如此才能获得相同的刹车力分配,此外必须确保碟盘避免受到侧向的撞击。碟盘和刹车鼓的平衡也会严重的影响车轮的平衡,所以如果你要求绝佳的车轮平衡,有时候必须把进行轮胎的动态平衡。

刹车油

刹车系统的改装最基本的就是换上高性能的刹车油。当刹车油因为高温而劣化或是吸收了空气中的湿气,都会造成刹车油的沸点降低。沸腾的刹车油会使刹车踏板踩空,这种情况在剧烈频繁连续的使用刹车时会突然的发生。刹车油的沸腾是所面临刹车系统最大的问题。刹车由必须定期的更换,开封後保存时要将瓶口确实的密封,以避免空气中的湿气接触到刹车油。有些车种会限制所使用刹车油的品牌,因为有些刹车油会侵蚀橡皮制品,必须叁考使用手册上的警语,避免误用,尤其在使用含有矽胶成份的刹车油更要特别注意。更重要的是不要将不同的刹车油混合使用。 对一般道路用车来说刹车油应该每一年至少更换一次,对赛车来说则要每一次比赛後更换。

刹车片

高性能的刹车片是提高刹车制动力最直接、有效、简单的方法。目前高性能的刹车片大多采用碳纤维和金属材质为主要原料,并强调不含石棉的环保配方。由於刹车片的Know-How就在於材质的配方因此消费者并不能从产品标示中得知实际的材质,因此刹车片的选择除了以厂商所提供的摩擦系数-温度曲线及适用工作温度作为依据外(如果有的话),仅能从专业媒体的测试报告或使用心得做为叁考。就有车主误用了纯竞技的刹车片,花了高价却得到比原厂刹车片还差的制动效果,究其原因只是它温驯的开车方式让刹车片始终无法达到最基本的工作温度,效果当然差了。换刹车片最常遇到困扰就是伴随而来的噪音,如果碟盘是平的那就无解,要嘛接受要嘛就再换人做做看。

刹车油管

一般刹车系统的都会有一段材质是用软质的橡胶管,用来配合悬吊的活动,但是橡胶本身是有弹性的,承受刹车系统的液压力会产生变形,造成管径的变化,降低了刹车油液压的传递效果,使刹车分泵无法产生稳定的刹车力。这样的情况会随着使用年限及剧烈的操作刹车系统而加剧变形的程度。原本用在飞机液压系统,可承受高压、高温的金属油管,正可以改善这种情况。内为铁弗龙材质,外层包覆金属蛇管,不易产生变形的特性,提供了优良的液压传递效果,使由刹车总泵传来的液压力能完全用来推动分的活塞,提供稳定的刹车力道。此外金属材质也有不易破损的特性,可大幅减少油管破损造成刹车失灵的机率。刹车油管对赛车(尤其是RALLY赛车)是一种必要的改装,对一般道路用车来说则是提供了另一种的安全保障。

增加刹车踏板力

假如你用力将刹车踩死但却无法使轮胎锁死,那麽表示踏板所产生的刹车力不足,这是非常危险的。一部车如果刹车力太低,虽然在急踩时仍会产生锁死,但却也失去了循迹控制能力。刹车的极限是出现在刹车锁死之前的瞬间,而驾驶人必须能够把刹车踏板维持控制在这个力道。要增加刹车踏板力可先由加大刹车动力辅助器着手,换个尺寸较大的Air-Tank,但是加大幅度有限,因为过度加大的真空辅助力会让刹车失去渐进性,刹车一踩就是到底,如此一来驾驶人就无法有效、稳定的控制刹车。最理想的是改装总泵和分泵,利用进一步利用帕斯卡原理提高刹车踏板力。改装分泵和夹具时可同时配合加大碟盘的尺寸,制动力是刹车片所产生的摩擦力对轮轴所施的力距,因此碟盘的直径越大产生的制动力也越大。

刹车的冷却

温度过高是刹车片衰退的主要原因,所以刹车的冷却就变得格外重要。对碟式刹车来说冷却空气应该直接吹向夹具。因为刹车的衰退主要原因是由於夹具内的刹车油沸腾,如能经由适当的管道或是经由有特殊设计的轮圈在行驶时将冷却空气导入夹具。此外如果轮圈本身的散热效果良好也能分担部份来自碟盘和夹具的热度。而划线、钻孔或是有通风设计的通风碟盘都可以维持稳定的刹车效果并避免刹车片和碟盘间高温铁屑所产生的滑动效果,有效的确保刹车力。

摩擦系数

刹车片最重要的性能指标就是摩擦系数。国家标准规定的刹车摩擦系数在0.35-0.40之间。合格的刹车片摩擦系数适中、稳定, 如果摩擦系数低于0.35,刹车时就会超过安全制动距离甚至刹车失灵, 如果摩擦系数高于0.40,刹车容易突然抱死,出现翻车事故。

国家非金属矿制品质量监督检验中心 检验人员:"国家标准规定,350度摩擦系数应该大于0.20,

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