安全与操控关键制动系统(1)

  制动系统空间包含了哪些部分?实际的动作原理又是什么?操作上有何技巧?摩研院内将一一解开!

  什么是制动系统

  制动系统,顾名思义就是可以将车辆速度降低,达到刹车效果的机械结构。而在摩托车上最常见的则是碟式刹车系统及鼓式刹车系统,碟式刹车系统属于外露的装置,可以直接看到与刹车系统相关的零件;相反地,鼓式刹车系统则属于内藏的装置,从外面看不到刹车系统的关键零件。在性能上,两者差异不大,但由于碟式刹车系统采用外露式设计,因此可以很快地将累积的热量散去,不会造成刹车系统过热。而采用内藏式设计的鼓式刹车系统则容易累积热量,造成刹车系统过热的情形。除了以上所述,碟式刹车系统的刹车力量较为线性,也就是说,给刹车拉杆多少力量,实际的刹车力道就有相同比例的回馈,若是鼓式刹车系统,初始的刹车力道将较小,随着对拉杆的施力不断增加,刹车力道会在末段涌现,一般会鼓式刹车系统的刹车力道较不线性,也难以细腻地控制。

  一般高性能摩托车皆采用碟式刹车系统,只有少部分会在后轮采用鼓式刹车系统,因此本期的摩研院单元将重点着眼于碟式刹车系统。碟式刹车系统包含了以下几个重要组件:刹车主缸、刹车油管、刹车油、刹车卡钳及刹车碟盘。碟式刹车系统利用液体来传递刹车力道,并利用液体压力原理将车力道放大,产生强大的力道使刹车卡钳夹紧刹车碟盘,令摩擦片及碟盘之间产生摩擦力,以减速车辆。

  刹车主缸

  刹车主缸依照用途(前刹车及后刹车)会有不同的外形设计,但在原理上都是相同的。就前刹车来说 ,分为目前流行的直推式主缸及侧推式主缸,原理都是利用刹车拉杆的杠杆原理将手指施加的力量放大,由主缸将液压油推出,将力道传递至油管内。若是想要搭配改装品,则必须注意主缸的活塞直径,最好和原厂所搭配的尺寸相仿,否则刹车的手感会有差异。

  刹车油管

  刹车油管的作用在于传递刹车主缸所挤出的压力到刹车卡钳,使卡钳产生夹持的力量。油管常见的材质有橡胶及金属两种,以橡胶来说,常见于原厂贩售的车种之上,主要原因在于其成本较低,耐用度也不高。但若采用高性能的刹车套件及经常重度刹车时,橡胶的刹车油管会因为压力过大而产生轻微膨胀、变形,如此一来便会损耗刹车的力道,实际的刹车力道与手指按压拉杆的力道便会不成比例。金属油管由金属线交织而成,遇到压力不容易产生膨胀,但在安装时必须更加小心,以避免过度弯曲油管,而折损油管。刹车油管所扮演的角色是将刹车主缸所推出的力道传递到刹车卡钳,虽然不是关键,但发生漏油甚至是破裂却可能使刹车系统完全失效,平时保养需要多加注意、检查,并且察看油管是否与车辆轮胎相互摩擦;摩擦之下,材质再好的刹车油管也会耗损破裂,造成刹车失效。

  刹车油

  刹车油充满于整套刹车系统之内,从主缸开始到刹车油管、刹车卡钳内都充满了刹车油,刹车油扮演了传递压力的角色,若是整套刹车系统产生泄漏,则会发生压力流失,而无刹车力道可用的情形。标准的刹车油规格是DOT号数,常见的有DOT3到DOT5,DOT号数越高,表示刹车油耐高温的程度越高,也就是说,可以更加撑得住连续重度使用。连续的重度刹车之后,摩擦带来的一部份废热会传导至刹车系统之上,如刹车碟盘及刹车卡钳,这也就是为什么经过激烈使用的一部份废热会传导刹车系统之上,如刹车及刹车卡钳,这也就是为什么经过激烈使用的刹车系统会呈现炙热的现象,而流动于刹车系统内的刹车油也会吸收这些热量而使本身温度增高,若是温度高于刹车油本身的沸点,刹车油便会汽化成为气体。气体本身是可以被压缩的,无法传递压力,因此在刹车油被汽化之后,刹车的手感就会变得软绵绵的,无法施予力道,产生刹车失灵。在刹车油的选择上主要考虑本身的骑乘习惯,若是经常需要激烈操作刹车,则应该使用DOT号数较高的油品,因为其耐高温能耐较强,虽然DOT号数越高,越能耐 高温,但本身的耐用性却降低了,因为DOT号数越高,则吸水性越强,刹车油变质的速度会越快,因此,若是采用了DOT号数较高的油品,则需要经常更换,以维持性能。若采用DOT号数较低的刹车油,虽然耐高温的能力较低,但也不需要经常更换。

  刹车卡钳

  相对于上面所介绍的零件,刹车卡钳是整套制动系统传递刹车力道的终点站。利用油压原理,刹车卡钳将主缸所输出的力道放大数倍,将卡钳内的活塞推出,活塞再来推动刹车卡钳以夹持刹车。这里可以简单地计算刹车力道,一颗刹车卡钳所产生的刹车力道与其活塞面积成正比,活塞面积越大,则可以产生的刹车力道越大,多活塞卡钳(双活塞卡钳及四活塞卡钳等等)则是将活塞面积加总起来计算。在设计上,若是一颗六活塞卡钳的活塞加总面积与一颗四活塞卡钳相同,则两者输出的刹车力道是相同的。在相同的活塞总面积之下,较多的活塞会分散每颗活塞的面积,使活塞变得较小,刹车卡钳的整体大小也会拉宽,压扁。除了活塞的多少之外,另一个近年来掀起风潮的则是卡钳的安装方式,在辐射卡钳出现之前,固定卡钳的螺丝是以平行轮轴的方向将卡钳固定在前叉下端外。但新型放射式卡钳的固定螺丝则是转向九十度,以指向轮胎中心的方向固定刹车卡钳。放射式卡钳的好处,将在后面再详细讨论。

  刹车碟盘

  碟盘的作用在于与刹车卡钳相配合,产生摩擦力,真正开始将手指的力量逐渐转为将车辆停止的力道。在搭配上,刹车最重要的两个元素在于刹车碟盘的尺寸与刹车碟盘的材质。以尺寸来说,越大的刹车碟盘能产生力道越大,这就类似杠杆原理,力臂越长,所产生的力矩也就越大;因此,将碟盘放大,是得到更多刹车力道的直接方法之一。然而将刹车碟盘放大也会带来其他影响,如车轮转动惯量的增加,快速安装车轮的难度也会增加。材质方面,最常见的材料是铸铁及钢材,若以摩擦系数来考量,是以铸铁为佳。然而在现今的MotoGP场上则是采用碳纤维材质的刹车碟盘,最大的优势在于轻量化,然而此材质与摩擦片配合的摩擦系统在雨天会大幅度下降,因此在雨天比赛,仍有另一套刹车碟盘装在雨天的轮框上。

  刹车是如何产生的

  当我们拉下刹车拉杆,刹车油将力道传递至卡钳,卡钳再夹紧刹车碟盘产生摩擦力,难道刹车效果就是这样产生的吗?其实不然,一切都还得靠轮胎才能完成,如是没有轮胎与地面的抓地力,就像在结冰的地面上刹车一般,车子还会是会继续向前滑。从这里开始,我们要来看看按下刹车之后所产生的各种现象。(待续)(来源:摩托车趋势)