(原標題 制動系統是最值得花錢的改裝項目?)
人們在不斷追求高生活質量,追求更高的汽車速度,玩家在享受大馬力帶來的快感,卻沒有第一時間意識到汽車制動系統的重要性。這位網友所提問的問題很好,我想說的是,這正是改裝界、賽車圈所公認的——最值得花錢的改裝項目之一。
加速能力出眾的車型,需要更敏捷的減速能力,像布加迪威龍在0-100km/h加速時間是2.5秒、100-0km/h的減速時間只要2.3秒,保時捷911這方面的加速時間為3.7秒,剎車距離為33.71米,像這樣的超跑或者高性能車型都會配備高性能的多活塞制動系統,以提高行車的安全系數。首先,在這里重申一點——之前我在一些問答中說過,原廠車輛的制動效果都差強人意,特別是日系車型(歐洲車型相對較好),其制動的距離太長(剎車距離的合格線:39~44米),應急的制動效果確實會嚇人一跳。如果你認為原廠的制動腳感和制動距離的自我感覺不良好的話,那么,是時候考慮用升級部品的替換原廠的部件了。
而關于制動系統升級,背后所蘊含風險須以更嚴肅的態度面對,不正確的改裝理念將讓你和愛車隨時處于在危險當中。這里特指山寨制品,我永遠都說那句話:山寨制品的便宜,你需要承擔數十倍的代價,不要以為這是嚇唬人的話,當發生事故導致斷手斷腳,你一定后悔當初為什么貪圖小便宜,而現在已經沒有后悔藥…
簡單而言,動力改裝幅度大的車型需要一起強化制動系統。然而,一套優秀的制動系統遠比動力提升項目顯得更為重要,所以說,正確改裝制動系統將是每個車主都需要面對的問題。而基于安全因素考慮的話,制動系統的改良、升級,的確是最值得你花錢的改裝項目之一。現在,如何強化制動系統以及該如何正確理解的制動卡鉗,看了下文的回答,或許它能讓你茅塞頓開…
【制動系統的概論】
大家先來想想一個問題:為何我們用一只腳就能將1噸重的車輛踩停呢?其實,我們從帕斯卡爾液壓原理得到答案——相同液體壓力作用在不同面積下,總作用力與面積大小成正比,和推動距離成反比。你不用糾結這句話的怎么理解,我舉個例子你就會明白。
舉例:制動總泵的活塞面積為1cm²,分泵(卡鉗)面積為5cm²,通過制動踏板將10kg的力量施加于制動總泵,作用于分泵的力量則有50kg,不過,分泵活塞的移動距離卻是總泵的1/5。因此,再推理一下便知道——如果卡鉗的活塞面積越大、又或活塞數量越多,其制動力(夾力)就會相應增大,而制動踏板的行程深度也會相應增加,這就是制動系統的作動原理,而知道這個原理很重要,因為它深深影響到后期升級多活塞卡鉗的事項。如果你不清楚什么是制動總泵、分泵,我將從制動系統的各個零件的功用、原理,并告訴你該如何升級制動系統。一定對改裝制動系統有幫助。
先看看這張已經省略了ABS系統的汽車制動系統的配置圖——
制動系統的機件作動順序如下:踩下制動踏板——真空助力泵、制動總泵、剎車油管、制動分泵、剎車皮、制動碟盤,這里所述的每一個零部件中,每一個環節都會因為尺寸的大小改變,而讓整個制動系統的作動發生變化。
1.【真空助力泵】
車主用一只腳的力量很舒服地將1噸重的車輛踩停,我們要感謝那個XXX發明了制動系統的真空助力泵。顧名思義,真空助力泵就是一個直徑較大的真空腔體,它利用圓形的活塞筒分隔左、右兩端,一端通大氣壓力,一端連接引擎進氣歧管。當踩下制動踏板之時,助力泵的中央連桿移動,使得內部閥門關閉而形成真空,大氣壓力推動中央膜片,即使中央膜片的兩邊只有很小的壓力差,但由于膜片的面積很大,它也能產生強大的壓強差推動總泵。所以,車主只需要用極小的力量就可以踩下制動踏板。同時,我們還可以知道——真空助力泵的直徑越大或膜片采用雙層的設計,它將會有更大的輔助力。
當然,真空助力泵有一端是連接引擎進氣歧管,所以,它也利用引擎的真空吸力工作,但改裝了高角度凸輪軸(Hi Cam)或者渦輪套件(Turbo Kit)會改變引擎真空的吸力,盡管它有單向閥維持真空,但是全油門駕駛再瞬間踩下制動踏板的情況下,很容易產生忽高忽低、忽輕忽重的腳感。所以,為什么大多數的賽車會拆除真空助力泵,是了精準的操控和更好的制動反饋。
不過,現在已有廠商開發出電子式真空助力泵,可補足渦輪車型不足的真空量,一旦車輛行駛中熄火也不用擔心制動踏板會愈踩愈硬,乃至沒有剎車力道。
2.【制動總泵】
雖然制動總泵小巧,但卻是制動系統中建立油壓的重要的角色。也因為總泵的重要性,它的制造質量很嚴格要求,所發生故障的機率非常低,大多數只因為機件老化而漏油。另外,改裝市場也有制動總泵(加大活塞型)的升級部件,但大多情況下,改裝這類制動總泵的前提——將后鼓式制動器改為碟式制動碟,又或者升級了多活塞的制動卡鉗,因為這兩個升級項目會使得踩下制動踏板的距離變長。反則,如果盲目加大總泵活塞的尺寸,踏板作用的行程將變短,將使得制動力變弱的反效果。
下方是總泵內油道的設計圖,我們可以清楚看到內部采用雙重活塞與前后剎車油路分開的設計,目的在確保其中一方一定能提供制動力,而不會因油管或活塞故障而喪失制動效果。
3.【剎車油管】
施加于總泵的作用力“到達”制動分泵(卡鉗),那么,必需利用剎車油作為媒介,而剎車油的載體則是制動油管(剎車油管),由它將油壓分輸送到前后的四個制動分泵上。
絕大多數的原廠制動油管是采用橡膠材料制成耐高壓的軟管,并擁有一定的自由長度,這是由于剎車油管連接在懸掛系統的避震機上,懸掛系統作動產生伸縮的過程,所以需要一定的自由長度,而不是硬邦邦的鐵管來傳輸壓力。
基本上,剎車油管在懸掛部件上相對固定的,并不需要作特別的升級,唯一需要考慮的是——橡膠制品能承受壓力約137~344bar,當它突破高壓的極限后,會發生橡膠膨脹的現象,而這種現象會讓制動腳感不扎實、制動力反應遲鈍等不良反應,而且還會加速橡膠油管的老化,導致剎車油管破裂。改裝市場所推出的“鐵弗龍+金屬網”包覆的金屬軟管,其耐高壓能力、不膨脹變形的優異特性受到賽車車手和街車玩家的信賴,而普通車主更換一款金屬軟管剎車油管也是愛車的一種很好表現。
更換金屬油管的注意點——由于金屬油管的“韌性”和“可繞性”比橡膠剎車油管差得多,升級作業之時,你必須監督改裝技師、看看他是否會梳理金屬油管的自然順向性,如果金屬油管的表面處于“旋轉緊繃”的狀態,那么將會導致金屬表層失去彈性,改裝技師沒有良好的作業習慣,將其安裝在上下移動不斷的避震器旁,將會導致剎車油管上的鐵氟龍層破裂漏油,這樣就等同于一條硬邦邦的鐵質油管了。另外,固定方式最好能以專用支架或者扎帶進行處理,才能避免磨擦而破損漏油。當然,經驗豐富的技師具備這些改裝常識。
4.【制動分泵(卡鉗)】
迫使制動碟盤停止旋轉的部件叫做制動分泵(俗稱“制動卡鉗”),而卡鉗的種類除了有“單活塞”之外,還有單向雙活塞、對向雙活塞與對向多活塞等設計。多活塞制動系統是固定式的對向多活塞卡鉗,常見的有四活塞、六活塞、八活塞制動卡鉗,我們從“帕斯卡爾液壓原理”這一發明物種可以知道——改變制動分泵的活塞面積才能有效的增加作用力,所以,只要增加分泵的直徑大小、即提高了制動力(其實,單活塞卡鉗只要設計好,也能提供足夠的制動力)。
多活塞制動卡鉗是采用鋁合金材質制造而成的本體,本身也能提供優于原廠鑄鐵材質的輕量化與散熱效果,可有效減少非簧載質量,又能降低剎車油的工作溫度,自然能提供較為穩定的制動效果。而且它的剛性好、力量平均,制動力強,制動反應迅速等等優點,能提供平均的剎車皮推擠力量,因此,又可以將剎車皮的摩擦面積設計得更為之大。
升級多活塞分泵時很多細節需要注意——首先是總泵搭配問題,由于分泵的活塞面積增加,總泵活塞所需泵出的剎車油量會相應提高,而踩踏的行程也會響應變長。此時,如果卡鉗一下子升級太大,導致制動踏板的作用點過低,不但使腳感模糊而敏感,更容易令ABS提早介入工作而抱死,而使制動系統失去線性化的反應,要知道,制動的反應時間對生命安全有非常重要的影響,因此,升級多活塞卡鉗套件的時候,一定要了解它所增加的剎車油量是多少,并測試改裝后的制動作用點,如果發現其踏板作用點過低,可以流用同廠、等級更高車型的原廠制動總泵來解決上述問題。
由于多活塞卡鉗的內部油道較為復雜,換裝多活塞卡鉗時,也要記得請店家將剎車油內部的空氣放干凈,因此排放空氣的程序相對麻煩,共有內外兩個放空氣螺絲,記得兩顆螺絲都要朝上,且兩者皆須松開放空氣,活塞越多的卡鉗,越是要注意這些問題,而安裝完畢后最好能去到空曠路段試車測試,確定沒有問題后才算完成。
單活塞卡鉗和多活塞卡鉗進行對比,單活塞卡鉗上會有剩下無法填滿的無用面積,為了求得卡鉗本體的體積縮減、提高活塞面積的最大使用量,多活塞卡鉗便出現了。另外,從單活塞卡鉗與多活塞卡鉗的作動圖,可清楚看到單活塞卡鉗要讓兩邊剎車皮都產生夾力是需透過反作用力來達成,而多活塞卡鉗則是主動推擠兩側活塞,因此后者有更快的制動反應、更平均的夾力與更大面積的作用力。
多數性能車款都會選擇多活塞卡鉗,來提供更強勁的制動力道與反應,且對應的碟盤直徑愈大,所需的活塞數量就愈多。
另外,便是制動卡鉗轉接座(俗稱:橋碼)的制作精度,尺寸、角度精確的轉接座應當讓分泵與碟盤完全平行,這樣分泵推動剎車皮時才能無角度偏差的施力于碟盤,作用間隙減少有利于行程的控制,如此才能擁有好的腳感。
由于多活塞卡鉗的內部油路復雜、制作成本大,只有高性能車型配備多活塞制動系統了。
5.【剎車皮】
雖然改裝品牌的制動卡鉗種類非常多,但真正進行磨擦作用迫使車輪停止的機件,就有剎車皮與制動碟相對磨擦運動來達到制動效果(當然,制動的好壞也跟輪胎的抓地力有關系),所以,最簡單又最快速的強化制動系統項目是剎車皮(也稱:來令片)。
而在升級剎車皮時,除了要知道其磨擦系數之外,還要注意是否有足夠的耐溫與散熱性,因為剎車皮在提供制動效果的同時會釋放大量的熱能,而且質量越重、速度越快的車輛,會加大動能(質量守恒定律),而動能增大后,制動系統則需要釋放更多的熱量,所以,當你去升級強化剎車皮,要考慮上述磨擦系數的高低,耐溫與散熱性好與壞,這樣才能針對各種路況,避免剎車皮過熱。
剎車皮過熱、或者超過剎車皮的耐溫極限的話,會發生呢?
制作剎車皮的材料里,有許多非金屬成分的聚合物,例如樹脂,如果過熱情況輕微的話,只會讓表面樹脂成分碳化,降低金屬磨擦材質的聚合能力,導致剎車皮磨耗速度加快,同時無法提供足夠的制動力,常見的制動力衰退就會產生。此時,如果沒有放慢車速,繼續提高剎車皮溫度的話,會讓內部所有樹脂失去粉末聚合力,嚴重時整塊剎車皮都會粉碎變為粉末,只留下背部鐵片,后果可是不堪設想。
下圖所示,通過加熱、加壓等粉末冶金的制程后,形成剎車皮的雛形,可以想象一下,如果剎車皮過熱,其負責聚合的樹脂便會碳化,失去聚合力量,嚴重者整塊剎車皮都會粉碎。
6.【制動碟】
另一個重要角色——是制動碟。由于制動力的產生是經由剎車皮與制動碟的對磨效應,因此,制動碟本身的硬度高低,也會影響制動力道的大小。再簡單聯想一下便知道——“軟質的碟盤+高磨擦系數的剎車皮”相比“硬質碟盤+低磨擦系數的剎車皮”所產生的制動效果更加優異。因此,最具性價比的強化項目就是“原廠碟盤+高性能的剎車皮”,盡管這種方式會縮短原廠碟盤的壽命,但是其制動力效果能讓車主很明顯感覺的出來,況且,原廠制動碟的價格并不高,所以說,單一的剎車皮升級項目非常適合入門、預算有限的玩家。
另外,改裝市場有非常多的打孔碟、劃線碟等類型的制動碟,這類制動碟的設計目的是減少粉塵附著于碟盤表面而影響制動效能,而且它還可以加強碟盤的散熱效果。不過,在購買打孔碟時,最好能選擇打孔密度不要太高的產品,避免發生碟盤的剛性不足,而出現輕微裂痕或抖動的問題。
既然單一升級剎車皮能提升制動力、那么單一升級制動碟也能提升制動力,許多玩家會選擇的加大型的制動碟,在這里要提醒大家,雖然較大的碟盤外徑有助于散熱效果和制動力的提升,但是增加的重量卻會使得簧下負荷增大,從而導致車輛的加速反應變慢,以及懸掛系統的反應變慢(改裝還需理性對待)。所以,建議從高性能的剎車皮、金屬油管等部件逐步升級,再下一步才是制動碟的升級,大可以放心的一點是,大多數的知名改裝品牌推出了原廠替換型的制動碟盤,主要是其制作材料比原廠制動碟更有優勢,如果再配合高摩擦系數的剎車皮,制動碟的耐用程度和制動效能都有明顯提升。
陶瓷復合制動碟(下圖)屬于等級較高的制動系統,其構成原理是將剎車皮與碟盤的角色互換,因此不只有極高的耐熱性,還具有超輕的重量,兩片陶瓷復合碟盤等于一片鑄鐵碟盤,較相同結構設計及尺寸之標準材質碟盤足足輕了約 50%。
有些多活塞卡鉗內的活塞大小并非都相同,依據碟盤轉動方向與油壓傳導的順序,設計大小不一的活塞,更能達到均衡制動的效果。
再好的制動系統都怕熱衰竭,因此,高性能車的前包圍內,皆會設計導風管,讓車頭撞風空氣可到達前制動系統,空氣循環方式將高溫帶走。
制動碟內部的通風槽的設計主流的有以下三種,而最受開發廠商熱衷的非curved莫屬,它采用旋風狀的肋條設計,如果升級此款制動碟,那么你在后期再DIY一條導風管以呼送空氣冷卻,碟盤的散熱效果將比其他兩款制動碟更出眾。
浮動式的制動碟,其發想原理就是來自于重機上所使用的制動系統,特別是直徑較大的制動碟會考慮加入浮動設計,當你重踩制動踏板,碟面可因應兩側活塞的不對稱推力而有限度的左右偏擺,幫助兩側剎車皮隨時都可緊貼制動碟,維持最大制動力,而且不會發生抖動情況。
7.【剎車油】
制動系統中,最為重要的液壓傳遞介質、又可視為制動系統的靈魂是“剎車油”。剎車油本身必須具備良好的流動性,才能迅速的傳遞壓力,而說到剎車油的選用,最主要是考慮其沸點的高低。
目前,剎車油主要有三種等級,DOT3/DOT4/DOT5,數值越大等級越高。雖然DOT5的剎車油具有較高的干濕沸點特性,但其較強的橡膠腐蝕性與吸水性差的兩大硬傷,并不符合原裝車輛或者一般街道用車的使用條件,除非你擁有一輛賽事用車,每場比賽后都進行剎車油的更換,否則還是建議大家使用DOT4的剎車油。最后,再提醒各位——質量再好的剎車油,也要注重保養,最好是四萬公里或1年更換1次的良好習慣。
總結——制動系統的升級目的是增強制動力,但是,你要考慮在穩定、操控與制動力間取得一平衡點。另外,制動系統的選擇與車輛重量也有著重要的關系——重量越大,其慣性越大,所需要的制動力則越大,例如,飛度仔改裝六活塞制動卡鉗則是非常錯誤的行為。即使理由是增強制動效能,但卻是盲目的、不理智的,而換來的不是行車的安全提升,有時過度靈敏且強大的制動力,緊急狀況下,我們根本無法用正確的踩踏力道去控制車輛,抱死的剎車過程反而增添失控危險,這樣說,你會衡量利弊了嗎?
然而,過強的制動力,所導致的重心轉移問題,多數原廠車輛的點頭現象是非常明顯的,此時,你做好跟換一款更優于原廠避震器的打算了嗎?