硬核详解，如何才能避免刹车过热失效?

2022-12-26 09:04:05

Author / 不会开车的CC

Pic / 来源于网络

视频 | 关于刹车的那些事

其实大家都很熟悉刹车系统，或者说接触的很多，我今天打算以我的了解和大家聊一聊刹车系统，并且在视频中以这辆“豆腐店”丰田86为例，具体说一说刹车系统的全部流程。

踩刹车这件事实在太容易，但一辆车差不多1吨多，能让这么重的一个物体很快的减速，这背后的力一定很大，F=m*a。

从踩刹车踏板的力，一直到让车子减速的力，必定是经过了各种增强（boost）。我觉得这其中大致可分成5个步骤。

刹车踏板

Brake Pedal

简单的杠杆原理，通过长度，支撑点，推杆的设计，把驾驶员踏板力，转换成之后的推杆力。刹车踏板的设计也有很多讲究，下次可以让我们一位主机厂工程师朋友重点介绍一下。

刹车踏板示意图（图片来自网络）

真空助力泵

Vacuum Booster

现在市面上大多数车都是有真空助力泵的。

它是通过大气压和发动机进气歧管里真空之间的压力差，来增加推杆力的。而电动车没有发动机，没有进气歧管里的真空，理论上就没有办法使用真空助力泵来帮助刹车助力。但是有些车辆是可以通过真空泵(Vacuum Pump)来提供真空。

不过随着线控刹车，ibooster技术逐渐普及，真空助力泵也会慢慢退出市场。

真空助力泵（图片来自网络）

真空助力泵剖视图（图片来自网络）

制动主缸

Master Cylinder

通过制动主缸，我们脚踩的推力被转化成液压力。

一定质量的液体，如果体积变小，压力就会升高，这就是为什么我们踩的越多，刹车力就越大。在制动踏板踩下一点点的时候，制动主缸和制动液油壶之间的通道就被切断了。

继续踩刹车的过程中，制动主缸里的制动液质量是固定的，而脚踩的越深，制动液就被压缩的越狠，液压力也就越高。

制动主缸示意图（图片来自网络）

ABS / ESP

Anti-lock Braking System

Electronic Stability Program

全称是防抱死系统或者车身电子稳定系统。

在普通的刹车过程中，ABS/ESP一般是不工作的，此时的功能只是把制动主缸里传来的液压力分配到4条管路中，直通到4个车轮上。

ESP提示灯（图片来自网络）

ESP关闭后可实现飘移（图片来自网络）

制动卡钳

Brake Caliper

Brembo刹车卡钳（图片来自网络）

制动液压力传输到车轮时，推动卡钳里的活塞，活塞推动制动片挤压制动盘。

而制动盘和车轮算是“连接”在一起的，所以车轮就随之减速。通过制动片和制动盘的摩擦，车轮减速，车轮的动能在短时间内迅速转换成热能。

倘若很频繁的刹车，而且散热不够，很容易造成制动片温度急剧升高，超过正常工作温度范围，而导致性能下降，热衰退，失去刹车能力。

所以在长时间下坡时，千万不可一直点刹车，可以适当的手动降档，或保持在低挡位（L，1，2，3），利用发动机进行制动。

低挡位示意图（1，2，3）（图片来自网络）

我理解的刹车系统流程基本就是这些，当然轮胎在刹车中的地位也尤其突出，毕竟轮胎和地面的接触情况更决定了车辆减速的极限有多少。而在极限或接近极限的时候，ABS/ESP的控制也至关重要。

之后的刹车系统变化比较大应该是真空助力泵和ABS/ESP，这两个部分会集成为一个ibooster，线控刹车系统。一方面可以更方便的支持电动车，另一方面也让自动驾驶里的自动刹车更有效，更节能。

关于刹车失效

Brake Fade

刚才谈到Brake fade，中文应该叫做刹车失效，按我的理解，大致有两种 ——

1. 制动液沸腾失效

2. 刹车盘片过热失效

在传统刹车系统中（非线控制动），驾驶员踩下制动踏板，推动制动主缸活塞。

在封闭液压系统中，体积越小，压力越大。制动液被压缩，产生制动压力，推动卡钳活塞挤压制动片。如果制动液沸腾，制动液压力体积性质改变。

即使踏板踩的很深，也不会像正常情况一样产生很大制动力。这个时候，很容易一脚把制动踏板踩到底，但车子并没有明显减速。这个属于制动液沸腾失效。

第二种是制动盘片过热失效。当制动盘片过热后，刹车片温度超过设计的工作温度，摩擦系数降低，无法提供适当的制动力给车轮。

这种情况下，刹车脚感虽然感觉相对正常，但同样的，感觉不到明显减速。

再说说怎么避免brake fade。

说到底，brake fade就是因为刹车过热。避免过热的方式无非就是增加冷却，减少热量累积。

正常驾驶中，这种过热的情况还是比较少见的，尤其是乘用车。而相对容易fade的情况就是大型载重货车在经过连续下坡路段时，因为长时间踩刹车，造成刹车片过热失效。

时间越长，刹车力越小。

在美国西部有很多特别长的下坡路段，大部分汽车厂都会在此做刹车测试，验证刹车材料的设计能不能通过这种极端情况。当然这些测试也都必须提前提交申请，批准之后也可以。

而在一些山路上，普通家用汽车也容易出现fade。

比如我之前去位于波士顿北边的华盛顿山自驾，上山之前路边就有很多提示，让车友们在下山时切换到低速档，保持低车速，避免长时间踩刹车。

这些都是避免brake fade的好办法。

利用发动机制动去降低车速，减少刹车系统的负荷。手动档的车就尽量选择一档二档。自动挡的车，请选择L档或1，2，3档，如果变速箱有这些档位的话。

也可以利用手动换挡模式减至低挡位。

除了Mountain Washington，在美国西部的几个国家公园里也有很多山路。下山路一定要注意避免长时间连续使用刹车，否则很容易fade导致没有刹车。

山道很好玩，但也有很多需要特别注意的地方，保持车速，合理刹车才有安全保障。

赛道上的brake fade相对就常见很多了。

首先需要更换制动液。全新的原厂制动液的的沸点大概在500华氏度(260C)，而一些赛车用制动液沸点会在600或660华氏度，很大的减小制动液沸腾的可能。更换制动液并不困难，一般两个人半个小时到一个小时就可以自己更换制动液了。

另外制动盘/片的通风冷却也必须加强。打孔划线制动盘当然也可以提高冷却效果，但成本相对较高。

最简单有效的方法就是安装通风管，让空气直接吹到制动盘上。

比如原厂的STi在前Bumper上有预留的brake duct的孔，只需要把cover拆掉，在背后接一根通风管，固定到制动盘附近即可。

这些小改装虽然不会根本上提高制动性能，但会大大降低brake fade的可能，提高刹车的信心。

个人觉得，只要不是比赛，没必要在赛道上那么那么拼。

车子，轮胎，刹车都是有极限的，尤其把车子控制在可控与不可控之间的时候，很多意外都会发生，自己的安全是第一位的。

对于赛道日或试驾活动，重在感受车子的性能，提高自己的驾驶技术，这些完全可以在几圈之内完成，而且不需要连续好几圈都一样拼出极限。可以适当的在中间让车子“放松”，比如某一圈尽量少用刹车，让刹车系统降降温。

再说说ABS/ESP和brake fade关系。当ESP检测到刹车力不足，或温度过高时，可以通过ABS泵，把更多的制动液打到车轮上，给驾驶员提供额外的制动力。

在普通的brake fade时，这个效果应该还是很明显的，但赛道这种极端情况下，并不一定有效。因为ABS/ESP只能辅助刹车，超过物理极限后，什么都没辙。

电子手刹在这种情况下可以起到一点作用，但也很有限。

简单来说，电子手刹就是在紧急情况下用的，尤其是现在的电子手刹（EPB），车子行驶过程中，按下EPB按钮时ABS／ESP模块收到减速信号，主动产生制动力，进行刹车，和当前流行的自适应定速巡航原理类似。

电子手刹自己通过马达也可以实现防抱死控制。

线控刹车系统（brake by wire）的设计中，防止刹车失效尤为重要。

在传统刹车系统中，驾驶员踩的始终连着车轮，只要驾驶员踩了制动踏板，多多少少都会有刹车。但线控刹车系统中，如果设计出错或控制出错，很有可能无论驾驶员怎么踩踏板，都没有刹车。

线控制动系统（brake by wire）的设计中，防止刹车失效也是一个很大的难题。

传统制动系统出现完全失去刹车的可能性非常低，因为驾驶员踩的制动踏板是100%的连着车轮的。但在线控制动系统中，驾驶员踩的只是一个空壳子，电脑通过判断驾驶员踩了多深，发出信号，给车轮施加制动力。

如果出现设计失误，控制出错，很有可能踩不出刹车。各个车厂在这一块的失效保护（failsafe）上会格外注意。阿尔法罗密欧Guilia采用的就是brake by wire系统，有兴趣的车友可以去试驾感受一下。

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