不少高速公路的下坡路段會(huì)醒目提示牌“長(zhǎng)下坡、嚴(yán)禁空擋行駛”。為什么嚴(yán)禁空擋行駛？原因在于長(zhǎng)下坡路段如果沒有輔助制動(dòng)，僅依靠行車制動(dòng)器，重型載貨汽車極容易出現(xiàn)剎車失靈的事故，究其原因就是制動(dòng)熱衰。什么是制動(dòng)熱衰減，為什么會(huì)出現(xiàn)熱衰減？
什么是熱衰減？
在下坡路段或賽道激烈駕駛時(shí)，駕駛員長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度使用行車制動(dòng)后，制動(dòng)系統(tǒng)過熱，直觀感覺就是制動(dòng)距離會(huì)越來越長(zhǎng)，這個(gè)現(xiàn)象就是剎車熱衰減。
制動(dòng)時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，并且其中約90%被制動(dòng)盤吸收，然后發(fā)散到周圍空氣中，在山路行駛時(shí)，制動(dòng)盤的溫度可達(dá)700℃。書面來說，是制動(dòng)初速度大、制動(dòng)強(qiáng)度大、制動(dòng)頻繁導(dǎo)致摩擦副溫度升高時(shí)，摩擦系數(shù)降低的一種現(xiàn)象。
熱衰減會(huì)直接影響到車輛和機(jī)械行駛的安全性，嚴(yán)重的熱衰減甚至?xí)饎x車失靈，釀成事故。
為什么會(huì)出現(xiàn)熱衰減？
不管乘用車還是商用車，目前基本采用機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)，主要為盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器等，原理都是通過摩擦制動(dòng)。
在駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)主缸產(chǎn)生壓力，通過制動(dòng)管路傳遞給各個(gè)制動(dòng)分泵，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)剎車片(或制動(dòng)蹄)夾緊制動(dòng)盤(鼓)。
根據(jù)帕斯卡定律，受力面積越大，則產(chǎn)生的壓力越大(壓力=壓強(qiáng)×受力面積)，在真空助力泵或電助力下，駕駛?cè)瞬挥檬┘犹罅饩涂梢援a(chǎn)生很大的制動(dòng)力。當(dāng)一輛車在全力制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)就能產(chǎn)生巨大的熱量。為了迅速散熱，現(xiàn)在的汽車都配備了通風(fēng)剎車盤，在內(nèi)部孔洞的幫助下，能快速將熱量散發(fā)出去，但如果制動(dòng)系統(tǒng)來不及散熱，會(huì)導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高。
熱衰減的部位在哪？
制動(dòng)盤（鼓）一般采用鑄鐵材質(zhì)，剎車片（蹄）一般采用混合材質(zhì)，除了常見的金屬、半金屬、NAO，不管哪種材質(zhì)的剎車片，都會(huì)采用樹脂作為粘合劑，而樹脂在高溫下會(huì)發(fā)生熱分解，分解出苯酚等液體，這些液體附著在摩擦片表面形成一層潤(rùn)滑膜；另一方面，高溫下，樹脂還會(huì)分解出二氧化碳等氣體，對(duì)偶件金屬表面的氧化膜又容易吸附氣體，最終在摩擦片之間形成一層氣墊膜，即所謂“氣墊”。
此外，高溫下金屬表面容易氧化，形成一層氧化膜，這層氧化膜強(qiáng)度低、硬而脆，在摩擦力的作用下容易開裂，從表面剝落下來變成磨粒，不僅減少摩擦片的作用面積，還會(huì)進(jìn)一步損傷表面，偶件金屬表面的氧化膜也是摩擦性能下降的一方面。
在一些金屬摩擦材料中，還可能出現(xiàn)低熔點(diǎn)金屬熔化析出，在摩擦片表面形成潤(rùn)滑膜，降低摩擦性能，比如錫的熔點(diǎn)僅231℃，剎車片過熱時(shí)，其中的錫便可能熔化析出。
除了制動(dòng)盤片，制動(dòng)液沸騰也容易熱衰減。在高溫狀態(tài)下，頻繁制動(dòng)產(chǎn)生的熱量傳遞到分泵，導(dǎo)致制動(dòng)液溫度上升，當(dāng)制動(dòng)鉗中的溫度超過沸點(diǎn)時(shí)，制動(dòng)液“沸騰”并在制動(dòng)管路內(nèi)形成氣泡，產(chǎn)生所謂的“氣阻現(xiàn)象”，導(dǎo)致制動(dòng)液壓系統(tǒng)失效、制動(dòng)失靈。
影響制動(dòng)液沸點(diǎn)的主要因素在于其內(nèi)部的含水量，使用時(shí)間越長(zhǎng)含水量越高，發(fā)生熱衰減的風(fēng)險(xiǎn)也越大。
如何避免熱衰減？
熱衰減，究其原因是因?yàn)檫^熱，加強(qiáng)散熱性能在很大程度上就能避免熱衰減。為了更好地冷卻制動(dòng)盤片，使用通風(fēng)制動(dòng)盤就能大幅提高散熱效率，對(duì)于某些性能車，還有加強(qiáng)通風(fēng)的制動(dòng)盤，通過打孔或開槽的方式，能進(jìn)一步改善冷卻效果。
如上圖所示，制動(dòng)盤開了許多槽以及孔洞，削弱“氣墊”效應(yīng)和“滑膜”效應(yīng)，提高散熱效率，在潮濕環(huán)境下亦能改善制動(dòng)效果。
此外，增加風(fēng)道，加強(qiáng)制動(dòng)盤的空氣對(duì)流也能有效避免熱衰減的發(fā)生。
及時(shí)更換制動(dòng)液。制動(dòng)液也有沸點(diǎn)，一般來說，基于DOT4標(biāo)準(zhǔn)的制動(dòng)液干沸點(diǎn)在230℃以上。此外，制動(dòng)液還有一個(gè)濕沸點(diǎn)指標(biāo)，指的就是日常使用2年后含水量3.5%的沸點(diǎn)，一般在150℃以上。
經(jīng)過長(zhǎng)期使用，制動(dòng)液含水量上升，在遇到高溫工況下更容易產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致制動(dòng)失效。
更新更好的制動(dòng)材料。部分高性能制動(dòng)片采用鈦合金作為底板使用，鈦合金具備較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)，能有效隔絕熱量傳遞到分泵。部分車型的制動(dòng)分泵活塞也采用鈦合金制作，原理同上。
此外，碳材料剎車盤也是途徑之一。鑄鐵的熔點(diǎn)為1200℃，鋼的熔點(diǎn)為1800℃，碳的熔點(diǎn)高達(dá)3000℃以上，且1000℃高溫下無膨脹的特性，其熱膨脹系數(shù)為鋼的十五分之一、鑄鐵的十一分之一。
同時(shí)，碳的密度為每立方厘米1.7g，而鋼的密度為每立方厘米7.8g，灰鑄鐵的密度為每立方厘米7.3g，碳材料具備輕量、高導(dǎo)熱性以及高溫下無膨脹的特性，極其適合打造的制動(dòng)盤。
相較于傳統(tǒng)的鑄鐵制動(dòng)盤，碳纖維陶瓷制動(dòng)盤重量可減輕5kg—6kg。并且在民用車之上，碳纖維陶瓷制動(dòng)盤壽命甚至可以與汽車使用壽命相當(dāng)，也就是終身無需更換。
特別值得一提的是，當(dāng)車速從100km/h降為0時(shí)，碳纖維陶瓷制動(dòng)盤可以將制動(dòng)距離進(jìn)一步縮短大約3米。因此在各類高性能汽車上，都能看到碳纖維陶瓷制動(dòng)盤的身影。
但碳纖維陶瓷制動(dòng)盤也不是沒有缺點(diǎn)。首先是造價(jià)昂貴，部分車型選裝此類配置價(jià)格需要大幾萬元甚至更多。此外，當(dāng)沒達(dá)到工作溫度時(shí)，碳纖維陶瓷制動(dòng)盤的制動(dòng)效果可能反而沒有鋼制剎車片好。
現(xiàn)在已經(jīng)步入新能源時(shí)代，除了行車制動(dòng)外，再生制動(dòng)開始大面積配備。所謂再生制動(dòng)就是在制動(dòng)時(shí)把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存起來，而不是像傳統(tǒng)剎車那樣，產(chǎn)生大量無用的熱量。
再生制動(dòng)的原理也很簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常是將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能驅(qū)動(dòng)車輛行駛，反過來，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工況轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)工況，就是再生制動(dòng)了。根據(jù)大陸集團(tuán)的長(zhǎng)下坡實(shí)驗(yàn)，在有再生制動(dòng)的情況下，制動(dòng)盤溫度僅為21℃。而以同樣方式試駕，僅使用行車制動(dòng)，制動(dòng)盤溫度高達(dá)474℃。在再生制動(dòng)的幫助下，對(duì)摩擦制動(dòng)所需提供的制動(dòng)能量降低了90%。
換句話說，有了再生制動(dòng)，熱衰減發(fā)生的概率大大減小。
當(dāng)然，乘用車有再生制動(dòng)，商用車（載貨車）如何避免熱衰減？除了當(dāng)前普遍采用的淋水降溫的方式外，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)、液力緩速器都能極大降低制動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載。
載貨車上是使用的發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)制動(dòng)，可以簡(jiǎn)單理解為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。但結(jié)構(gòu)卻更加復(fù)雜。大概意思是通過改變進(jìn)排氣門的開啟時(shí)間，將發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸變成一個(gè)巨大的空壓機(jī)，利用壓縮空氣產(chǎn)生巨大的反作用力，將動(dòng)能釋放，達(dá)到緩速的目的。搭載于奔馳阿克托斯上的第三代OM471發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功率可達(dá)430kW。
除了缸內(nèi)制動(dòng)外，重型卡車還有一個(gè)名為液力緩速器的輔助制動(dòng)配置。液力緩速器原理有點(diǎn)像AT變速器，只不過2個(gè)轉(zhuǎn)子變成了1個(gè)轉(zhuǎn)子和1個(gè)定子，當(dāng)液力緩速器工作時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)油液，而定子增大轉(zhuǎn)子的阻力，從而實(shí)現(xiàn)減速的作用。（朋月）