毅修汽車

煞車系統大剖析

(PART1)煞車系統

一、前言

   您正以100公里 時速在高速公路上開車，接著您踩下煞車在收費站前停下來準備繳費，您汽車的煞車系統忠忠實實地執行它的工作。汽車煞車的功能是要將汽車的動能轉變成熱能，您多多少少應該有些理解，但是您知道嗎？在收費站前這麼一丁點的煞車操作，您的汽車煞車來另片產生的熱量，已經幾乎足以燒開2000c.c.的水了。

   煞車可能是和汽車安全性最相關、最重要的系統，也是最常被大家忽略的部份。因此煞車的構造、原理以及特性，我們能夠了解，進一步懂的維護、保養，是確保駕駛和乘客安全的不二法門。

二、談汽車煞車系統的技術演進

   早期汽車煞車也是用鋼索帶動，和機車、腳踏車煞車一樣，1920年左右才改成了油壓式煞車。1950年代汽車煞車開始有真空動力輔助設計，減輕了煞車踏板的重量而一直到1960年代，汽車煞車都還是鼓式煞車，接著有前碟後鼓煞車出現，一直到現在您所熟悉的四輪碟式煞車。隨後電子科技的興起，造就了1980年代ABS煞車系統的出現，到了1990年代煞車系統開始有了循跡控制和前後俯仰穩定度(yaw stability)控制的功能，都是拜電子科技之賜。

   Mmm，汽車煞車的發展歷史聽起來一點兒也不複雜，而這一連串的發展中，大部分還是在煞車功能不斷提升，唯一煞車工作原理上完全的變革，可能得一路追溯到1920年代由鋼索帶動煞車轉換成油壓煞車。未來十年汽車的煞車系統面臨的重要變革，也有同等重要性，您所熟悉的油壓車將要讓位給完全電子式的煞車系統，所謂BBW – Brake-By-Wire。

   當您踩下煞車踏板，您帶動了引擎室內煞車油壓主幫浦中的活塞，這個壓力經過油壓元件放大之後，經由油壓管路傳達至車輪上的油壓分幫浦，帶動來另片施力於煞車上讓汽車停下。接下來的演化則都是在考慮如何讓煞車更有效率，能在更短的距離把車停下，不果這一階段的演進都只是穩定、緩慢地修改油壓煞車的機械元件，直到ABS和煞車動力輔助(Brake Assist)的出現才有一個技術發展的跳躍。ABS系統以感測裝置感測煞車過程中輪胎是否鎖死，一有鎖死的跡象，便暫時中斷煞車油壓系統的壓力，而煞車動力輔助則在偵測煞車踏板被快速踩下時，驅動油壓系統立即提供最大的煞車力。

ABS和動力輔助煞車都還是附加在原有的油壓煞車系統上，主體動作仍是以煞車踩踏的機械動作啟動煞車油壓系統，同時經過電子感測器接收、判斷車況訊號後，再轉回控制機械煞車動作。但是煞車系統中需要經過電子感測器接收、判斷車況訊號越來越多，循跡控制、穩定度控制等機械煞車動作控制越來越受重視，配角太搶戲漸漸變成主角了，工程師們開始轉一個思考方向，是不是要改以電子訊號傳送為主軸，把開始那段煞車踩踏的機械動作直接變成電子訊號，整合ABS之類電子系統的訊號後，再啟動煞車油壓系統。

這就是“電控液壓式(electrohydraulic)”煞車系統的思考，煞車踏板的角色變成類似電門開關，不是直接驅動煞車油壓幫浦，而是轉成一個電子訊號傳送至系統的電子控制單元(Electronic Control Unit, ECU)，ECU考慮了來自駕駛人的輸入，以及ABS、煞車動力輔助、循跡控制、穩定性控制所需的各種車況訊號輸入後，決定了獨立施加在各個車輪的最佳煞車力，再經由油壓系統施加到各個車輪上，對煞車力道的控制可以作得更精細，不會像目前ABS對煞車油壓輔助力只是“有—沒有”，“on-off”的控制而已。汽車工程師們在煞車系統研究上有個所謂“ 三十米 車(30-meters car)”的目標關卡，意思是說希望車子以100公里 時速行駛時能在30公尺 內煞停，比目前一般油壓煞車的車子減少約20%的煞車距離，而工程師們相信電控液壓式的煞車系統是突破 三十米 車關卡的關鍵。當然除了縮短煞車距離之外，電控液壓式的煞車系統在重量、組裝空間、零件數目上都節省不少。

電控液壓式的煞車系統不是未來式，2002年朋馳的SL豪華車款上便搭載了Bosch的“Electro-Hydraulic-Brake, EHB”煞車系統，一般預料各大汽車廠都會跟進。不過下一步，真正的BBW純電子式煞車，則是把整個油壓系統都省了，最後作用在四隻輪子上的煞車力不是由油壓系統輸出，而是由電控制動器輸出。這個改變更徹底，所有油壓管線、油壓元件都被電子線路、電子元件所取代，相對來說更容易安裝且可靠度更高。此外純電子式煞車對煞車系統功能的整合也有很大幫助，包括ABS、煞車動力輔助、循跡控制、穩定性控制等等所有聽起來很厲害的東西，在油壓煞車系統上必須以硬體一層一層的包覆，是獨立、分離的硬體系統，而在BBW煞車系統上都只是軟體程式撰寫的問題了，變成只是整體系統中個別的功能，更多可能的輸入和功能都可以輕易被整合在BBW煞車系統中。

不過BBW這一步會不會被踏出去，或者什麼時候會被踏出去，目前還有不少疑問，有些是法規和技術上的問題，有些則是投資或商業利益上的考慮。技術面來說ABS經過20年的發展，相關的感測技術已經相當成熟，不是什麼問題，主要的問題反而是長久以來駕駛人已經習慣了煞車踏板驅動油壓幫浦的力道、感覺、及路面回饋，電控液壓式煞車或BBW系統中，煞車踏板已經變成冷冰冰沒有個性的電路開關，發展BBW系統的工程師反而在試圖以機械彈簧的方式模仿油壓式煞車踏板踩踏的感覺。

三、煞車種類別

通氣碟式煞車【ventilated disc brake 】
一種提高性能的碟式煞車，在煞車碟的摩擦面中央部份設有向心的孔，冷卻效果更佳。因其抗熱性能非常高，雖然一開始是為了賽車用而開發的，目前已採用在一般轎車上。碟片溫度比單動式低了30%左右，因此煞車性能安定，煞車板壽命長。

碟式煞車【disc barke 】
與車輪一體回轉的圓盤形煞車碟，藉著貼有摩擦材料的煞車板由兩側鉗住，產生制動力的煞車裝置。雖然鉗住煞車碟的板子是用活塞推壓，這個收容煞車板與活塞的煞車碟主要零件被稱為卡鉗。每一個輪胎有兩個活塞，從兩側將煞車碟鉗住的叫作對向活塞型，而只有一個活塞，利用反作用力將對面的煞車板壓在煞車碟上的稱為浮動型卡鉗。因為煞車碟暴露在空氣當中因此非常容易冷卻，而且即使在高溫之下也不會像鼓式煞車一樣降低效率或是在踩踏煞車板時有異樣。

鼓式煞車【drum brake 】
與車輪形成一體的筒狀制動鼓，由內側貼付摩擦材料，壓住制動蹄，以產生制動力的煞車裝置。在制動鼓內側撐開制動蹄的是一個小小的活塞，而這個活塞是利用油壓作動的，油壓則透過踩踏煞車板的動作來控制。對於制動鼓回轉的方向，根據制動蹄壓住的方向可以分為前引式、雙前引式、複動式、單動式等。雖然耐熱性不如碟式煞車，不過卻在制動力取勝。

前引制動蹄／後拖制動蹄【leading shoe／trailing shoe 】
鼓式煞車是對煞車鼓的回轉方向，將制動蹄的支點置於前方，壓動制動蹄產生強大的制動力，又稱為自行伺服作用。相反的，與回轉方相相逆的制動力較小。前者稱為前引制動蹄，後者則稱為後拖制動蹄，在一個煞車鼓中裝有兩個前引制動蹄的稱為雙制動，前引制動蹄加上後托制動蹄的就稱為前引後托(LT)。

防鎖死煞車【anti-lock brake 】
利用電子控制，使輪胎不至在濕滑路面上煞車時鎖死，保持車身方向安定的裝置。當路面濕滑時，緊急煞車的話車輪就會鎖死，有時造成車體的橫滑，這是因為輪胎鎖死停止回轉，輪胎失去方向性。為了防止這種現象，在即將鎖住的瞬間，使之持續回轉的裝置。為此必須感知車體的減速度與輪胎的回轉，比較雙方的減速度，輪胎的減速度大的話，傳到制動油缸油壓減少，防止這種鎖死現象。因為車輪不會鎖死，所以制動距離也變得比較短。

伺服煞車【servo brake 】
為了使更輕的踏板力量產生更大的制動力，借助於真空或油壓裝置，使踩煞車更省力的裝置。踏下踏板時，伺服機的控制閥就會開啟，利用引擎所產生的真空狀態，使隔膜作動，此時推壓主油缸的力量達到踏板力量的3～7倍。推壓主油缸的力量愈大，對車輪制動油缸產生的動力也愈大。真空裝置只在引擎回轉之下才產生作用，引擎一旦停止，伺服機就無效。真空裝置內所貯存的煞車能量大約只有4、5次的份量。

氣壓煞車【air brake 】
1995年李曼24小時車賽中，因為朋馳車就是用這種引擎，所以聲名大噪。藉著裝在後車身板金的油壓，使氣壓增加到極大的強度，產生煞車的效果。不過，汽車用的氣壓煞車在時速150公里 以下就沒有什麼效果，此外，在賽車上也因為安全的問題，禁止可動的空力性附加物，之後因為這些理由就不再使用了。

油壓煞車【hydranlic brake 】
一種非常普通的煞車裝置，利用液體對各輪產生平均的制動力量。與其相反的有利用鋼絲連結器進行停車煞車的機械式，以及卡車等所用的空氣式煞車等。所謂油壓煞車是利用巴斯卡原理，動作如下：(1)利用槓桿原理，使踩煞車踏板的力量變成3~5倍，壓住主油缸，使產生油壓。(2)主油缸所產生的油壓通過鐵管傳到各個輪胎上的卡鉗或車輪制動油缸。(3)傳出的油壓推動卡鉗或車輪內車輪制動油缸內的活塞，活塞再將煞車板或煞車蹄壓向煞車鼓或煞車碟，產生制動力。(4)主油缸傳來的油壓均勻的傳到各個車輪制動油缸。此外，改變各車輪制動油缸的面積可以使制動力更容易分配。

引擎煞車【engine brake 】
這種煞車方式不同於一般的煞車裝置，是利用引擎的壓縮力取得制動力量。例如下坡時選2檔，使引擎從輪胎側趨動，利用引擎所產生的制動力，控制速度。至於卡車等大車的柴油引擎是關閉排氣閥，產生巨大的引擎煞車作用，稱為排氣煞車，也是引擎煞車的一種。

(一) 構造：

         a.鼓式煞車

 b.碟式煞車