關於車輛的剎車，你真的了解嗎？

文｜Tomcontra

好久沒更新這個了，今天我打算繼續更新——經過前面三講內容結束后，我們逐漸開始深入到一些需要交叉內容的部分。其實汽車的各個部件就是這樣：首先有了我們口中常說的「三大件」（發動機、變速箱、底盤懸架），然後才有了配合三大件的其它部分的零件。所以，越是向汽車的核心部件去進發研究，越是會發現其要考慮的東西比「看得見摸得著」的部分多得多。而今天我們講到的制動系統（即我們常說的剎車），就是這樣的一個部分。老規矩，按照問題順序，我一個一個進行解答和說明。

1

車子是怎麼停下的？

估計大多數同學看到這個問題，都會覺得我這麼一問是有些多餘——「車子嘛，自然是通過剎車來停下的」。稍稍多想一點的同學，答案也無外乎是「應該是制動系統的工作，讓輪轂逐漸減速，來達到了停止的效果」。但其實我想問的是「從物理的能量轉換角度上來看，車子是如何停下的？」

是的，我們大多數對於制動系統，看到的是其機械原理，但從未從能量的角度來關注過制動系統——正因為此，只要從能量的角度明白了制動系統的工作原理，那麼一輛車子很多地方的設計理念，就能一下子迎刃而解了。

首先，對於汽車來說，大多數人都知道一個道理：汽車之所以能開動起來，無非是化石燃料燃燒所具備的熱能轉換為汽車前進所需的機械動能而已。好的，既然車輛行動是從熱能轉換為動能，那麼，制動系統就應該反過來，將動能轉換為熱能。也就是說，制動系統是「用來降低車速的熱交換器」。既然如此，對於制動系統來說，有兩個問題就要考慮——如何有效的將動能轉化為熱能，以及轉化出來的熱能如何儘快的處理掉。

先說第一點：如何有效的將動能轉化為熱能。

要了解這一點，我們需要知道這個轉化過程是從哪兒來的——還記得我在講「輪胎對一輛車有多重要？」的時候提到的所謂車輪靜摩擦力的概念嗎？是的，制動系統一樣，是依靠於輪胎的靜摩擦力的。車輛的最大制動力就是這輛車在當前重量、當前輪胎下的最大靜摩擦力，一旦突破了這個摩擦里，車輛的輪子就會轉為力量更小的滑動摩擦力，導致制動力減小。所以，一切都要以輪胎的能力為基礎。

在這裡我補充兩個小知識：如果你想要改善自己車輛的行駛、制動能力（駕駛表現更好、剎車距離變短），最為直觀、高效、高性價比的方案，便是換一套適合當前路況的輪胎。

再說第二點：轉化出來的熱能如何儘快的處理掉。

熱量這個東西對於任何工業產品來說都是個雙刃劍——有時候我們需要它來幫助我們工作（比如發動機），而有時候它又成為了阻礙工業產品持續穩定工作的大敵。這次的制動系統就是如此：正因為制動系統的工作原理是將動能轉化為熱能，那這些多餘的熱能如何繼續轉化為不影響車子的能量就成為制動系統的最大難題（高中物理的能量第一定律：能量既不可產生也不可消滅，它只能從一個形式轉化為另一個形式，或者從一個物體轉化到另一個物體上）。於是在目前的車輛工程設計水平上，我們將這些熱量轉化的主要方式就是：利用風。

為何近代輪轂的設計都會儘力將輪輻設計成窄小的外形構成（哪怕是輪輻數量較少的鍛造輪轂都會盡量減小輪輻寬度），其主要的作用就是為了將簧下質量、輪轂支撐力、輪轂導熱力維持在一個相對平衡的水平上。而這最後一點，就與我們車子的制動系統息息相關。

2

制動系統的核心原理和核心部件？

要知道，正如我們上面所說的一樣，制動系統的工作原理是將動能轉化為熱能，那麼其轉化的出的熱能必然是很高的。筆者有一次玩卡丁車，在卡丁車跑了7分鐘后因好奇心大起在沒帶手套的情況下碰了下剎車片，結果僅僅是輕輕一碰就把左手的無名指燙掉了一塊皮……（現在想想都疼……）可以說，在持續工作的情況下，車輛制動系統產生的熱量是巨大的。

然而這就產生了個問題——我們讓汽車停下來都是通過「踩剎車踏板」這個動作的，哪怕你這個動作做得再用力，其產生的能量放到汽車的制動系統上估計連讓車減速1km/h的能量都不夠。所以我們的制動系統一定是用了一些手段將我們踩在制動系統上的力量「放大」了無數倍，這樣才能讓車輛有效減速。

那麼，這种放大過程經歷了什麼呢？對於汽車來說，主要是幾個步驟：一個是通過壓力轉化為靜摩擦力的力量放大方式，即通過改變靜摩擦係數來做到逐級放大。比如制動系統的來令片、蹄片對剎車制動盤的制動過程；以及車輛本身重量和輪胎材質產生的與地面的摩擦力。

其次就是通過慣性來分解部分力量，達到制動力變相放大的結果。最典型的例子就是車輛的懸架機構用過連桿、墊片等形式軸性固定在了車輛上（對，換輪胎時你能直接把輪轂卸下，但制動系統和懸架是有單獨的連接機構的），通過連桿消除5個運動相性后（回憶一下懸架篇，車輛的6個運動相性），留下一個Y軸旋轉的動作。所以我們踩剎車的時候車輛才會往前傾斜，因為這樣才能將部分動能轉化為勢能。

最後一個，也是最為重要的一個，就是利用了帕斯卡定律了。

帕斯卡定律——不可壓縮靜止流體中任一點受外力產生壓力增值后，此壓力增值瞬時間傳至靜止流體各點。這條定律看起來簡單，但如果換成我們容易理解的方式，你就會發現這玩意兒簡直是『神的恩賜』。我們用簡單的話來解釋一下——如果一個密閉的空間內裝滿液體，那麼你在這個密閉空間外側用一個大小為單位1的力，這個力會傳遞到密閉空間的各個點上。如果我們做的BT一點，假設這個密閉空間只有兩個地方能用上力，一個地方的面積為面積1，另一個地方面積為面積10（嗯，面積1的10倍），那麼如果在面積1的上面作用單位1的力，那麼傳遞到面積10上的力——就是單位10。

依靠著這個原理，人類發明了千斤頂、水壓機……以及制動泵。汽車在制動時，剎車踏板連接這一個小開口面積的活塞、制動泵輸出的位置是一個大開口面積的活塞。當腳步給剎車踏板壓力時，通過制動泵的面積差將人腳的壓力進行放大，最終再通過剎車主缸傳遞個剎車蹄片、剎車油泵，最終達到制動力的合理放大。

3

我們如何改進位動系統？

了解了上面三個制動放大步驟，整車的制動進化就可以圍繞著這些地方來做文章。

輪胎

還是上面說過的，我這裡再說一次——如果想顯著改善車輛在當前路麵條件下的制動力，最直接的方法就是換上當前路面下摩擦係數更高的輪胎。畢竟這是制動力最終的產生地點，改善了這個位置的極限能力后，你會發現車輛制動能力有著飛躍性的提升。

來令

如果已經改善了輪胎，但還是覺得制動力度不夠的話，可以通過更換來令片來提升剎車效果。哦對了，說了這麼半天，我還沒解釋我說的來令是啥……就是剎車皮啦，那個玩意兒固定在卡鉗上，屬於消耗品。來令片的物流特性說實話跟輪胎有些類似——針對於不同的行駛特性，來令片從適合街道到適合競技的種類應有盡有。但通常上，耐久性、適溫性（能發揮最大效果的溫度，這也是賽車暖胎圈的一個必要工作，暖來令）、耐熱性是決定了來令工作的幾個重要指標。通常耐久性好的來令片性能都不算高，而通過特殊材料製作的高性能來令片耐久性不咋地。所以如何選擇就與輪胎一樣，是一門玄學。

剎車油

常規保養料之一，但因為其保養時間很長（3-4年）所以經常被人忽略。剎車油通常放在剎車油壺中，內部串聯著剎車主缸和各個車輪的制動卡鉗（通過剎車油管）。通常情況下，剎車油會對整個制動系統內部進行液體密封的維持，以保證在制動系統時構成完整的帕斯卡空間（見上面描述）。所以，市面上買到的任何剎車油，其上面標記的DOT3、DOT4等字樣跟制動力是否提升無任何關係——這些字樣只是標明了其工作的一些溫度、濕度等參數的上下限而已。尤其是高DOT等級的剎車油，其更容易吸收濕氣而劣化的特性，註定了需要更加頻繁的進行更換，但由於是高沸點的剎車油，如果長期、高強度需要使用制動系統，還是建議使用高DOT等級的剎車油。

剎車油管、卡鉗、剎車盤：非常規保養料，需要協同考慮。

通常的情況下，想提升制動性能就是更換更大的剎車盤（鼓式剎車暫且不提），或使用通風盤、劃線盤、打孔盤來增強剎車盤的散熱性；以及使用更大、活塞更多的剎車卡鉗來增大摩擦面積以及制動壓力。但如果在開車時感覺制動的腳感很怪、制動力不紮實的話，通常是剎車油管膨脹導致的結果，所以不妨從更換更好的剎車油管開始下手。

4

一句話建議

跟以前一樣——前面的不懂沒關係，最後針對大家說一說日常用車對於制動系統的小建議：正好我剛剛換完剎車油，可以借著經驗來談談。

制動系統是最容易遭受磨損而衰減的，所以每次保養請務必檢查制動系統的狀況——一個維修店的技術水平好不好，你看看其檢查制動系統的水平即可（換機油機濾那是招攬生意的；維修鈑金更換零件那是靠熟練工的；只有噴漆，這是門玄學，看經驗的）。

請不要在沒有任何知識、沒有任何經驗、沒有任何專業人士的指導的情況下自行對制動系統進行補強，包括更換剎車盤、卡鉗等。雖然大剎車盤和大卡鉗有助於提升制動力，但對整車來說過大的剎車盤和卡鉗會急劇增加簧下質量，同時也需要更大的輪轂做inch-up工作，這樣就會破壞車輛動力、操控性上的平衡。

如果需要調整更好的制動力的話，更換更好的輪胎、更好的來令片、更好的剎車油管是最為行之有效的方法。按照輪胎>來令片>剎車油管的順序更換。注意車輛手冊上的更換要求即可。

制動系統對於熱量非常敏感，長期、高強度剎車就會引起氣阻和熱衰減現象。所以在平時行車時，請盡量用油門開度控制車速；剎車時，在不出現危急情況下，盡量慢踩慢松，以達到保護制動系統的目的。另外，長時間行車后，請不要立即用冷水沖洗制動系統，會造成輕微變形導致制動力減弱甚至失效。

本文為作者原創，未經授權不得轉載