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碟式煞車vs鼓式煞車,光看外觀很難明白兩者的差異

車訊網 標誌 車訊網 2017/8/21

© 由 車訊網 提供

1. 碟煞與鼓煞的差異

2. 包夾vs擴張的力量

3. 制動時的散熱誰比較好?

4. 保養維修的難易度

絕大多數的汽車都是前輪採用碟式煞車、後輪採用鼓式煞車,但最近,後輪配備碟式煞車的車款愈來愈多。

碟煞與鼓煞的差異

將動能轉變為熱能,把行駛中的汽車停下來,這就是煞車所扮演的角色。早期的汽車是以槓桿原理將龐大後輪上的煞車片壓住,煞車片由煞車蹄片而來,因其形狀很像鞋底,故得名。因應汽車速度的提昇,制動性能也必須提昇,於是改用在鼓盤裡加裝環帶的型式,進化成為帶式煞車,但缺點是鼓盤和環帶之間經常會有異物或沙塵跑進去。

接下來經過檢討,去除這項缺點的就是鼓式煞車,以鼓盤包覆蹄片,採用將蹄片壓向鼓盤的方式,這就是今日鼓式煞車的原型,但當時尚未活用油壓技術,而是利用懸臂和纜線來撐開蹄片。鼓式煞車長期擔任煞車系統的主角,後來汽車也使用了鐵路系統中以磨擦材質從兩側夾住金屬轉盤的碟式煞車,首先由高性能車導入用於負重較大的前輪,如今從小型車到高級車的前輪皆採用碟式煞車。

碟式煞車

名稱來自於來令片由兩側夾住碟盤以產生制動力的方式。市售車的碟盤以鋼材製造,但部分賽車則使用碳纖維。來令片以油壓推動活塞來作動,煞車的加壓作用來自總泵和活塞截面積落差所產生的帕斯卡(Pascal)原理,少少的力量輸入就能產生強大的出力。

鼓式煞車

早期的汽車幾乎都採用這種方式。鋼製的鼓盤內有可扇形擴張的煞車蹄片,接觸摩擦鼓盤的內側以產生制動力,鼓盤內設有與碟式煞車同樣利用油壓活塞的方式來擴張蹄片。

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包夾vs擴張的力量

碟式煞車和鼓式煞車除了形狀不同之外,制動方式更有著決定性的差異:碟式煞車由兩側以來令片夾住旋轉的碟盤來減少旋轉動能,相較之下,鼓式煞車則以一對加壓擴張的蹄片接觸摩擦鼓盤內側,用以停止鼓盤旋轉。

碟式煞車也有多種型式,市售車前輪大多使用如右上圖所示的浮動式卡鉗,安裝於支架上的卡鉗內有一個活塞,卡鉗本身可以左右自由移動。因此,當一側的活塞接觸來令片、推向碟盤時,對側的來令片也會自動推向碟盤,結構簡單、左右同步無落差、不需調整間隙,是其優勢所在。

鼓式煞車則是由上方安裝的油缸以油壓的力量將左右蹄片撐開,旋轉方向的蹄片以彷彿吃進鼓盤的形式作動,這種自體加壓的效果很好,在同樣配備油壓的前提下,效果比碟式煞車更好。

碟式煞車

最常使用的碟式煞車結構,一個活塞將煞車來令片推向碟盤,浮動式卡鉗另一側的來令片也會產生推向碟盤的力量,結構簡單有利。關於浮動式的原理,日後會再介紹。

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鼓式煞車

踩下煞車踏板,油缸以油壓的方式將活塞桿推出,前端連接的煞車蹄片向左右擴張,讓煞車蹄片的外側接觸摩擦煞車鼓盤的內側,產生制動力。

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高性能車款採用的對向活塞

採用浮動式卡鉗的碟式煞車以一個活塞就能推動兩側的煞車來令片,是很大的優點,但缺點則是碟盤包夾力的均一性和剛性都不足。為此,高性能車或賽車會在碟盤兩側皆配置活塞,兩側以均一的力量同時將來令片推向碟盤,此即為對向活塞型式。由於對向型的結構更簡單,因此不僅後煞車也採用,訴求高性能而使用複數活塞的例子亦所在多有,市售跑車一般多採用單側雙活塞、共四活塞,場地或拉力賽車還有六活塞、八活塞、甚至12活塞的卡鉗。

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單側配置雙活塞的對向型碟式煞車,由於卡鉗為固定式,因此剛性很高。

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市售車有車款在後碟煞也採用對向型。這裡為左右各一活塞,結構簡單、體積小,是其優點。許多車款的後碟煞內藏手煞車作動用的鼓式煞車。

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制動時的散熱誰比較好?

開頭曾經說過,煞車的原理是將動能轉換為熱能,因此為了持續發揮高度制動力,必須持續散熱,熱能的傳導會讓煞車碟盤或鼓盤、來令片或蹄片的溫度都跟著上昇,引起材質變化,就無法達到原本要求的制動力。

碟式煞車的結構材質原本大部分就外露,利用行駛時的風即可冷卻,散熱方面比鼓式煞車更具優勢,但是外露的缺點在於難以防止塵埃或泥沙進入,不過,碟盤旋轉的離心力會讓水分甩飛出去,在雨天制動能力的恢復上沒有問題。

鼓式煞車由於所有煞車機件都包覆於鼓盤內,因此在保護內部機件方面具備優勢,這也是它由帶式煞車進化而來的原因,但是散熱這點就大大劣於碟式煞車。1960年代以前,大多車款的前輪都配備鼓式煞車,但因為前輪的煞車負荷比後輪大,所以之後陸續導入碟式煞車,現今汽車的前輪均已標準配備碟式煞車。

碟式煞車

碟式煞車無論碟盤和煞車來令片均為外露,直接面對行駛中的風,這種結構在散熱上具備優勢。包括小型車在內,絕大部分車款的前輪皆已採用。

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鼓式煞車

密閉於鼓盤內的鼓式煞車內部不易散熱,冷卻方面劣於碟式煞車,但是密閉結構也有不受雨水或泥沙影響的優點。

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一般的行駛狀況很少有機會激烈使用煞車,因此煞車溫度上昇有限;但在長下坡連續使用煞車、或是享受賽道行駛時,煞車碟盤的溫度會上昇到好幾百℃,高溫之下會降低摩擦係數,煞車性能也隨之降低。為了防止這種狀況,碟式煞車發展出多種散熱措施,其中代表性的就是在碟盤中開啟通氣孔的通風碟,不僅高性能車或高級車,如今即使是排氣量1公升等級的小型車也有採用的趨勢。F1賽車或部分高性能車的煞車溫度已經不適用鋼材碟盤,因而採用散熱性更佳的碳纖維材質煞車。

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通風碟結構圖。內部設有縫隙通道,提昇散熱性能。

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通風碟盤也有各種不同樣式。

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Nissan GT-R採用碳纖維材質碟式煞車,散熱性能傑出,最適合搭配高性能車款。

保養維修的難易度

煞車的保養維修主要就是更換來令片和蹄片這些摩擦材料,再來就是更換經常受壓的碟盤和鼓盤。隨著使用年份或行駛距離的累積,活塞也需要翻修或更換。

在這類保養維修方面具有壓倒性優勢的是碟式煞車,無論浮動式或對向式,煞車來令片都很容易更換。浮動式如右圖將卡鉗固定螺栓卸下一根,就能看到來令片;對向式也只要取下來令片固定插銷,就能取出來令片。

相較之下,鼓式煞車由於結構複雜,如果沒有專用的工具,要拆解或組裝都相當困難,對於DIY而言是技術門檻很高的項目。但若能理解它的結構,雖然不能說會變得多簡單,不過也不是完全無法DIY的領域,訣竅是不要同時把左右兩邊都拆解,留下一邊,以便於邊嘗試邊參考原來的結構。

碟式煞車

只要小心卸下一支卡鉗固定螺栓、將卡鉗上翻,就可以更換煞車來令片,保養維修便利性是其特色之一。

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鼓式煞車

打開鼓盤,裡面的結構很複雜,要有經驗才能拆解,很難自行DIY,保養維修便利性遠遠不如碟式煞車。

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現代汽車必備的機械技術

煞車可不只是讓車子停下來而已,現代的汽車能將制動力對行駛安全做最大程度的利用,其中代表性的機械技術就是穩定控制系統,儘管各車廠有著不同的命名稱呼,但功能都是精確控制四輪煞車,抑制轉向不足或轉向過度,防止在高速時失控。這種車輛安全控制的進階用途,還包括分別控制左右輪煞車,以提昇操控性能。煞車可以整合防鎖死、前後左右制動力調整、緊急時增加煞車輔助力道等功能。

輪速感知器與碟盤

輪速感知器隨時檢測四輪的轉速,提早發現失控,進行最適當的煞車控制。四輪分別進行煞車控制,以抑制轉向不足、防止轉向過度或打滑,防範事故於未然。穩定控制系統在如今幾乎已是標準配備。

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碟式煞車因容易保養,散熱又快,因此許多房車的前後輪已改用碟煞。

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