剎車的工作原理與改裝

前言

剎 車 的 工 作 原 理 主 要 是 來 自 摩 擦 ， 利 用 迫 力 皮 片 與 剎 車 碟 （ 鼓 ） 及 輪 胎 與 地 面 的 摩 擦 ， 將 車 輛 行 進 的 動 能 轉 換 成 摩 擦 後 的 熱 能 ， 將 車 子 停 下 來 。 一 套 良 好 有 效 率 的 剎 車 系 統 必 須 能 提 供 穩 定 、 足 夠 、 可 控 制 的 剎 車 力 ， 並 且 具 有 良 好 的 液 壓 傳 遞 及 散 熱 能 力 ， 以 確 保 駕 駛 人 從 剎 車 踏 板 所 施 的 力 能 充 分 有 效 的 傳 到 總 泵 及 各 分 泵 ， 及 避 免 高 熱 所 導 致 的 液 壓 失 效 及 剎 車 衰 退 。 車 子 上 的 剎 車 系 統 分 為 碟 式 和 鼓 式 兩 大 類 ， 但 是 除 了 成 本 上 的 優 勢 外 ， 鼓 式 剎 車 的 效 率 遠 比 不 上 碟 式 剎 車 ， 因 此 本 文 所 討 論 的 剎 車 系 統 將 僅 以 碟 式 剎 車 為 主 。
   
一 、 摩 擦 　

『 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 （ ( ） 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 公 式 表 示 成 ： F = ( N 。 對 剎 車 系 統 來 說 ： ( 是 指 迫 力 皮 與 剎 車 碟 的 摩 擦 係 數 ， N 是 剎 車 卡 鉗 活 塞 對 迫 力 皮 所 施 的 力 （ P e d a l F o r c e ） 。 摩 擦 係 數 越 大 所 產 生 的 摩 擦 力 就 越 大 ， 但 是 迫 力 皮 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 （ ( ） 是 隨 溫 度 的 的 變 化 而 變 化 ， 每 一 種 迫 力 皮 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 迫 力 皮 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 迫 力 皮 時 所 必 須 知 道 的 。

二 、 剎 車 力 的 傳 遞 　

剎 車 卡 鉗 活 塞 對 迫 力 皮 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 迫 力 皮 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 。

三 、 最 物 超 所 值 的 配 備 ：ABS

ABS：Anti-lock Brake System， 顧 名 思 義 就 是 『 防 鎖 死 剎 車 系 統 』 。 大 家 都 知 道 最 大 的 制 動 效 果 是 發 生 在 輪 胎 鎖 死 前 的 瞬 間 ， 如 果 能 夠 讓 剎 車 制 動 力 一 直 保 持 在 與 輪 胎 摩 擦 力 平 衡 的 狀 態 ， 那 麼 將 獲 得 最 大 的 制 動 效 果 。 當 剎 車 的 制 動 力 大 過 輪 胎 的 摩 擦 力 就 會 造 成 輪 胎 鎖死 ， 一 旦 發 生 輪 胎 鎖 死 那 麼 輪 胎 與 地 面 間 的 摩 擦 就 由 『 靜 摩 擦 』 變 成 『 動 摩 擦 』 ， 不 但 摩 擦 力 大 幅 降 低 更 會 失 去 轉 向 循 跡 能 力 。 由 於 輪 胎 的 鎖 死 是 剎 車 制 動 力 和 輪 胎 與 地 面 的 摩 擦 力 比 較 的 結 果 ， 也 就 是 說 車 子 行 進 間 輪 胎 鎖 死 與 否的 極 限 是 會 隨 輪 胎 本 身 的 特 性 、 路 面 的 狀 況 、 定 位 角 度 、 胎 壓 、 懸 掛 系 統 的 特 性 而 『 隨 時 不 同 』 。 A B S 是 利 用 裝 在 四 個 輪 子 的 車 速感 應 器 ， 去 判 斷 輪 胎 的 鎖 死 與 否 ， 排 除 了 人 體 感 官 的 不 確 定 因 素 ， 準 確 的 控 制 適 時 的 釋 放 剎 車 分 泵 的 液 壓 ， 達 到 防 止 剎 車 所 死 的 目 的 。 目 前 的 A B S 大 多 採 用 每 秒 鐘 可 連 續 踩 放 1 2 ~ 6 0 次 的 設 計 （ 1 2 ~ 6 0 H z ） ， 相 對 於 頂 尖 職 業 賽 車 手 的 3 ~ 6 次 已 是 超 高 水 準 的 表 現 ， 踩 放 的 頻 率 越 高 越 能 將 剎 車 制 動 力 維 持 在 越 接 近 極 限 的 邊 緣 。 A B S 所 能 達 到 的 準 確 及 可 靠 度 已 經 超 乎 人 的 極 限 ， 因 此 我 們 說 ： A B S 是 買 車 時 最 物 超 所 值 的 配 備 。


四 、 剎 車 的 改 裝 　

改 裝 前 的 檢 視 對 於 一 般 道 路 用 車 或 是 賽 車 來 說 一 套 有 效 率 的 剎 車 系 統 都 是 必 須 的 。 在 剎 車 改 裝 之 前 必 須 先 對 原 有 剎 車 系 統 做 一 全 面 性 的 確 認 。 檢 查 剎 車 總 泵 、 分 泵 和 剎 車 油 管 是 否 有 滲 油 的 痕 跡 ， 如 果 有 任 何 可 疑 的 痕 跡 處 必 須 追 根 究 底 ， 必 要 時 將 有 問 題 的 分 泵 、 總 泵 或 剎 車 管 或 剎 車 管 換 掉 。 影 響 剎 車 穩 定 度 最 大 的 因 素 莫 過 於 剎 車 碟 盤 或 剎 車 鼓 的 表 面 的 平 整 與 否 ， 雜 聲 或 是 不 平 衡 的 剎 車 往 往 都 是 由 此 而 來 。 對 碟 式 剎 車 系 統 來 說 ， 表 面 不 能 出 現 磨 損 凹 槽 線 溝 ， 而 且 左 右 碟 盤 的 厚 度 必 須 相 同 ， 如 此 才 能 獲 得 相 同 的 剎 車 力 分 配 ， 此 外 必 須 確 保 碟 盤避 免 受 到 側 向 的 撞 擊 。 碟 盤 和 剎 車 鼓 的 平 衡 也 會 嚴 重 的 影 響 車 輪 的 平 衡 ， 所 以 如 果 你 要 求 絕 佳 的 車 輪 平 衡 ， 有 時 候 必 須 把 進 行 輪 胎 的 動 態 平 衡 。


五 、 剎 車 油

剎 車 系 統 的 改 裝 最 基 本 的 就 是 換 上 高 性 能 的 剎 車 油 。 當 剎 車 油 因 為 高 溫 而 劣 化 或 是 吸 收 了 空 氣 中 的 濕 氣 ， 都 會 造 成 剎 車 油 的 沸 點 降 低 。 沸 騰 的 剎 車 油 會 使 剎 車 踏 板 踩 空 ， 這 種 情 況 在 劇 烈 頻 繁 連 續 的 使 用 剎 車 時 會 突 然 的 發 生 。 剎 車 油 的 沸 騰 是 所 面 臨 剎 車 系 統 最 大 的 問 題 。 剎 車 由 必 須 定 期 的 更 換 ， 開 封 後 保 存 時 要 將 瓶 口 確 實 的 密 封 ， 以 避 免 空 氣 中 的 濕 氣 接 觸 到 剎 車 油 。 有 些 車 種 會 限 制 所 使 用 剎 車 油 的 品 牌 ， 因 為 有 些 剎 車 油 會 侵 蝕 橡 皮 製 品 ， 必 須 參 考 使 用 手 冊 上 的 警 語 ， 避 免 誤 用 ， 尤 其 在 使 用 含 有 矽 膠 成 份 的 剎 車 油 更 要 特 別 注 意 。 更 重 要 的 是 不 要 將 不 同 的 剎 車 油 混 合 使 用 。 對 一 般 道 路 用 車 來 說 剎 車 油 應 該 每 一 年 至 少 更 換 一 次 ， 對 賽 車 來 說 則 要 每 一 次 比 賽 後 更 換 。


六 、 迫 力 皮

高 性 能 的 剎 車 迫 力 皮 是 提 高 剎 車 制 動 力 最 直 接 、 有 效 、 簡 單 的 方 法 。 目 前 高 性 能 的 迫 力 皮 大 多 採 用 碳 纖 維 和 金 屬 材 質 為 主 要 原 料 ， 並 強 調 不 含 石 棉 的 環 保 配 方 。 由 於 迫 力 皮 的 Know-How 就 在 於 材 質 的 配 方 因 此 消 費 者 並 不 能 從 產 品 標 示 中 得 知 實 際 的 材 質 ， 因 此 迫 力 皮 的 選 擇 除 了 以 廠 商 所 提 供 的 摩 擦 係 數 - 溫 度 曲 線 及 適 用 工 作 溫 度 做 為 依 據 外 （ 如 果 有 的 話 ） ， 僅 能 從 專 業 媒 體 的 測 試 報 告 或 使 用 心 得 做 為 參 考 。 就 有 車 主 誤 用 了 純 競 技 的 迫 力 皮 ， 花 了 高 價 卻 得 到 比 原 廠 迫 力 皮 還 差 的 制 動 效 果 ， 究 其 原 因 只 是 它 溫 馴 的 開 車 方 式 讓 迫 力 皮 始 終 無 法 達 到 最 基 本 的 工 作 溫 度 ， 效 果 當 然 差 了 。 換 迫 力 皮 最 常 遇 到 困 擾 就 是 伴 隨 而 來 的 噪 音 ， 如 果 碟 盤 是 平 的 那 就 無 解 ， 要 嘛 接 受 要 嘛 就 再 換 人 做 做 看 。


七 、 剎 車 油 管

一 般 剎 車 系 統 的 都 會 有 一 段 材 質 是 用 軟 質 的 橡 膠 管 ， 用 來 配 合 懸 掛 的 活 動 ， 但 是 橡 膠 本 身是 有 彈 性 的 ， 承 受 剎 車 系 統 的 液 壓 力 會 產 生 變 形 ， 造 成 管 徑 的 變 化 ， 降 低 了 剎 車 油 液 壓 的 傳 遞 效 果 ， 使 剎 車 分 泵 無 法 產 生 穩 定 的 剎 車 力 。 這 樣 的 情 況 會 隨 著 使 用 年 限 及 劇 烈 的 操 作 剎 車 系 統 而 加 劇 變 形 的 程 度 。 原 本 用 在 飛 機 液 壓 系 統 ， 可 承 受 高 壓 、 高 溫 的 金 屬 油 管 ， 正 可 以 改 善 這 種 情 況 。 內 為 鐵 弗 龍 材 質 ， 外 層 包 覆 金 屬 蛇 管 ， 不 易 產 生 變 形 的 特 性 ， 提 供 了 優 良 的 液 壓 傳 遞 效 果 ， 使 由 剎 車 總 泵 傳 來 的 液 壓 力 能 完 全 用 來 推 動 分 的 活 塞 ， 提 供 穩 定 的 剎 車 力 道 。 此 外 金 屬 材 質 也 有 不 易 破 損 的 特 性 ， 可 大 幅 減 少 油 管 破 損 造 成 剎 車 失 靈 的 機 率 。 剎 車 油 管 對 賽 車 （ 尤 其 是 R A L L Y 賽 車 ） 是 一 種 必要 的 改 裝 ， 對 一 般 道 路 用 車 來 說 則 是 提 供 了 另 一 種 的 安 全 保 障 。


八 、 增 加 剎 車 踏 板 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 低 ， 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 A i r - T a n k ， 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 理 想 的 是 改 裝 總 泵 和 分 泵 ， 利 用 進 一 步 利 用 帕斯 卡 原 理 提 高 剎 車 踏 板 力 。 改 裝 分 泵 和 夾 具 時 可 同 時 配 合 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 。 剎 車 的 冷 卻 溫 度 過 高 是 迫 力 皮 衰 退 的 主 要 原 因 ， 所 以 剎 車 的 冷 卻 就 變 得 格 外 重 要 。 對 碟 式 剎 車 來 說 冷 卻 空 氣 應 該 直 接 吹 向 迫 力 卡 鉗 。 因 為 剎 車 的 衰 退 主 要 原 因 是 由 於 迫 力 卡 鉗 內 的 剎 車 油 沸 騰 ， 如 能 經 由 適 當 的 管 道 或 是 經 由 有 特 殊 設 計 的 輪 圈 在 行 駛 時 將 冷 卻 空 氣 導 入 迫 力 卡 鉗 。 此 外 如 果 輪 圈 本 身 的 散 熱 效 果 良 好 也 能 分 擔 部 份 來 自 碟 盤 和 迫 力 卡 鉗 的 熱 度 。 而 劃 線 、 鑽 孔 或 是 有 通 風 設 計 的 通 風 碟 盤 都 可 以 維 持 穩 定 的 剎 車 效 果 並 避 免 迫 力 皮 和 碟 盤 間 高 溫 鐵 屑 所 產 生 的 滑 動 效 果 ， 有 效 的 確 保 剎 車 力 。