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摩托车骑乘的技术之十六 煞车原理 / 改装要领

2012/9/19 9:53:00

常常我们会问到喜欢在山道,或者在赛道追求。速度的车友,假设你的车子是原厂的情况下。你除了本身的技术提升以外,还有什么作法,可以让你速度增快,安全增加。多半都选择改装的部份,大多数人都会以「动力」的部份下去著手,然而以现今的车子来说每一台都是速度怪物,如何在快已经不会是现今车的主轴了。即使连motoGP、F1..等等赛式。每年都花费不少金额,以及专业人士的测试,在针对如何慢。如同前几篇所提到的,「想快,你得想先怎么慢」道理相同。煞车系统的稳定,可以让车手的煞车晚一点,那相对的油门就长一点。我们今天来谈谈 煞车的原理,以及改装


煞车的原理:
一般世上,我们最常见的煞车系统大致方别为:「机械鼓式煞車系統」、「油压碟式煞车系统」。

机械鼓式系统:他的原理是利用,轮胎中间留一个类似「鼓」一样的中空空间。在里面设置了煞车块,利用杠杆原理,当我们按下煞车的时候,会让煞车鼓中的煞车块撑开,来摩擦煞车鼓。是利用這種原理来产生摩擦后,降低轮胎的运转速度。


油压碟式系统:这种的方式,是利用轮胎外侧在加装碟盘,以及轮胎避震器下方添加固定的煞车卡钳(下磅),来夹住煞车碟盘。
而作法就是利用,煞车拉杆在做动的时候利用煞车油(正确的说法应该是液压油)利用油压的原理,讓我們的卡钳(下磅)做動,進而夹住我们的碟盘,这种力量非常的大。

这两种方式主要的差异,传输效率的速度不同,传统机械式阻力比较大,而液压系统的传输效率则比较高。

煞车系统的差异性:

鼓煞 /  碟煞 比较:
散热性:碟煞由于材质关系,透过碟盘产生热能,但也也透过碟盘的散热速度较佳 ,传统鼓式散热慢!!较容易产生衰竭
煞车力:传统鼓煞煞车力道比较强  (就只看强弱,不参考过热情形)
维修度:碟煞系统的维修较为容易
反应速度:碟煞的反应速度较快
自动锁死:一般鼓式煞车比较容易产生自动锁死现象
排水性:碟煞式甩水性较佳
成本:传统鼓式较低
煞车线性:鼓式的煞车线性不佳
重量:体型较大,重量也较重

一般人可能都会有个错误的观念,就是碟式煞车的力道,会比传统鼓式来得大。其实这是错误的观念,我们举例子:
以一个相同尺寸的「鼓式」、「碟盘」一样大小的情况下,鼓式的煞车力道是大于碟盘的。

那为什么,在你们的大cc数摩托车上面都要选择较差的碟盘式呢?原理如下:
碟盘式的煞车,散热功能较佳,重点是他没有自动锁紧的作用,所以煞车时候产生偏向的现象较小,线性较佳。他透過碟盤與煞車片跟轮胎与地面产生摩擦阻力,把「动能」转成「熱能」在利用碟盤的材質,把熱能挥发到空气之中。这点在速度较快的大型摩托车上面比较备受青睐。

煞车片
改装煞车系统:
碟式系统我们大致上分别为:碟盘卡钳油管总磅

1碟盘:
如果你利用改装加大碟盘,就单纯认为可以增加煞车力道。那是致命的错误,当煞车片夹住碟盘的时候
煞车力道 = 夹持力量 x 力臂(碟盘尺寸)。他利用煞车片与碟盘产生摩擦力量来降低轮胎转速,效果不大因为家大跌盘,充其量只是增加「力矩」而已。
我们举个例子:如果你原厂碟盘220mm,你把它增大到300mm。 我们一样利用数据来证明
300mm / 220mm  = 1.36 由数据上面得知,你把碟盘增大后,效益的部份只有多增加了30%左右而已,还不加你改装的是国产碟盘,因为材质的问题说不定,会因为材质摩擦系数反而会更低喔!!

碟盘还分为: 浮动 与  固定
他两者不同的地方是浮动碟盘他分别为 内圈 与 外圈 在允许的程度内在煞车面的部份可以左右移动。而固定式却没办法做到这点。

所以想要改装的你,不能就单纯的指有把碟盘加大而已,这样效果不佳。反而有可能因为你选择的碟盘材质不同,降低摩擦力道。

碟盘孔
一般改装碟盘上面都会有孔的设计功能,主要的目的在于 散热、排尘、轻量。可别小看这些孔喔,依照物理行为学到的:
最大静摩擦力 = 正向力量 x 摩擦系数。 我们参考物理行为后得知,碟盘有没有装孔跟我们的接触面积根本毫无关系。
不会因为碟盘面积钻孔就损失煞车力量,反而会因为钻孔,他的散熱效果更棒。在赛道里头,或者是在我们在山道骑乘的时候
碟盘的温度会非常的高,容易产生摩擦力道降低。所以散热的好坏就变得非常的重要。

2卡钳:                     (附注:卡钳活塞 国内好像都叫下磅,以下简称卡钳)
他又分别为 单向、对向、辐射
单向:
单向卡钳活塞:顾名思义就是整颗卡钳只有一个活塞
单向双卡钳活塞:单边卡钳有两个活塞
单向三卡钳活塞:单边卡钳有三个活塞
单向四卡钳活塞:目前我还没看过,,,,

双向:
对向二卡钳活塞:左右两边各一个
对向四卡钳活塞:左右两边各两个  
对向六卡钳活塞:左右两边各三个

辐射:
辐射卡钳的优势在于,固定螺丝的方向。一般我们煞车在做动的时候,螺丝与受力方向都是垂直效应,就因为都是垂直效应。
所以螺丝如果受到橫向的力道,进而降低。至于辐射卡钳的固定螺丝与受力方向是平行的。所以效果更好,才会有仿间改装成辐射卡钳,不过利用辐射卡钳转接座。就这样子改装,效果并不大,因为最终幅卡的卡作坊是還是跟固定方式一樣。根本就是浪费钱的改装方式,除非你要更大手笔,连前避震也改装专门对应辐射卡钳的前避震才会有效果。 别再被店家给虎弄了~叫你改辐射卡钳,那个效果真的不大,,,,因为你原厂的前避震还是没办法对应!!
左图为:辐射卡钳
3油管:
一般油管,我们大致上分别为 金属油管 / 朔胶油管,主要目的是在传递液压油的功效。然而一般我们所更换的「金属油管」
其实只是外层包裹金属而已,内部构造还是橡胶。但是他可以减少管子因为冷/热因素导致管路膨胀,进而影响压力。而降低了传递的效果。

补充:液压油,我们大致上介绍一下就好。在上面有提到,煞车油正确的名称应该是液压油。 他透过液压系统作为传递压力的媒介,最常见的液压油分别为:dot3  dot4  dot5 三种 当然还有一种是dot5.1 我们这边指大概介绍,不讨论油种 我只是要让你知道油的选择dot3跟4可以混合使用,5则不行!!! 我们在选择上面要以尽量避免过强的油品避免橡胶被腐蚀。


4总磅   (国内好像叫上磅)
总磅的功效是在于,推动液压油,使煞车力到藉由拉杆的机械力量,利用总磅活塞把液压力量推到我们的下磅,这也关系到总磅口径的大小,口径越大出油当然也越大。

总磅又在分别为: 直推总磅   /   侧推总磅
这两总的差异在于,总磅活塞的做动方向,直推的做动方向是「平行」的,而侧推的方向是「垂直」的。

直推总磅:直推总磅他透过推进器转90度,与推进器的运动方向拉杆方向一致。都是由下往上
同方向运动的直推方式,他拉杆的做动距离跟推进器移动的距离较为线性所以导致 拉杆拉1公分,推进器就可以走0.4公分
左图为:直推
侧推总磅:侧推是因为拉杆往下拉,但是他退动总磅活塞的部份是左右,因为不對稱的方向運動,导致他在拉杆做動的角度與推進器移動距离不产生线性。
不同向运动的侧推,拉杆一开始你拉一公分,推进器则被推动0.5公分。拉杆在继续往下拉1公分,推动器推动0.3公分 。当然有些拉杆会设计推动的比例叫小,越后段的比率越高等设计
左图为:侧推
以上说明就证明了,为什么直推总磅的手感较为线性,也比较容易控制,所以也建议要改装上磅的你在,针对直推的部份口径可以选择大一號的原因,因為侧推他在一开始煞车的时候需要较大的放大倍率。而直推的部份从头到尾手感会比较一致,不会忽中忽轻。


上磅与下磅的搭配:
有些人可能会认为,上磅的口径越大,越推的动? 或者是上磅不动的于则下,下磅改装对四活塞会不会推不动?
我们假设下磅不更换的前提下,上磅口径应该是越小越好(总磅的口径越小,对煞车拉杆的施加压力一样,口径小的较利)
不考虑手感的前提下喔。 这总手感通常较硬!!

液压油的原理是透过,巴斯卡原理。当我们对油压管路的一端施加压力的时候,施力端的推进器上面会产生压力,原理如下:
压力= 力/面积  <==这里的力指的是手拉拉杆施加的压力、面积的部份则是推进器的面积。

理论上,当我们在推动拉杆的时候,此时的液压油其实不没有在流动的。他只是传递压力而已。这个很重要!!!但是我们的管子当受到压力的时候,油管会膨胀,卡钳会变形,煞车片会压扁,下磅会有间系。就因为这些种种的原因,我們在上磅上面一定得有一定的出油量来抵消这些。

巴斯卡原理的重点是:液压系统个点的受压力量如果相同,下磅卡钳受压的力量跟上磅推进器的压力都会是一样都是: 1kg/co^2
因为卡钳活塞的面积只有10cm^2,所以卡钳活塞施加煞车片上面的力量是1( kg/cm^2)   X 10(kg/cm^2) = 10(kg)
够过公式我们得知,我们施加1公斤的压力在上磅上面,而下磅就能得到10公斤的力量,所以我们透过液压系统的原理,我们放大了十倍个功率。
左图图示为:巴斯卡原理

了解了原理以后,我们为了要抵消管路膨胀时候所吃掉的油量,所以上磅的出油量一定要有一定的比例,所以口径越大不一定越好的观念,在这里可以得到证实。一般放大功率多半车厂都会选择尽量不低于10倍,如果低于十倍,代表你的煞车力到手的力量要很大,但是如果高于17倍,你就得考虑到煞车系统的精密度了,如果功效倍率那么大,精密度却不够那也会导致煞车失灵。因為會產生過大的間系,也就是出油量过低。

拉杆:
我们知道了液压系统是靠份大倍率后,我们还要搞清楚一件事情,在所有受力的基础都是架构在,拉杆本身身上,煞车拉杆的杠杆设计是一门大学问。透过杠杆原理的力矩放大才推的动上磅的推进器,所以同样的上磅/下磅即使更换了不同的拉杆,在手感上面也会有不同的感受。不是改装了口径小的总磅,手感就会变软。也不是改装了口径大的总磅就一定很死硬。这都得互相搭配依造个人,对手感的认知有所不同。
左图为:拉杆的构造,产生不同的杠杆力矩

感想:
希望我这么打,可以清楚的让车友了解到煞车原理,以及你们在改装的时候要领在哪边。或许有些车友可能看了,不满意。因为太繁琐了,有些人希望看到的是直接改装的绩效与数据。不过我想这个会牵扯到品牌的问题,我方便出现在这文章里头。这文章主要的目的是告诉你,煞车的原理!!以及在我们改装的时候,我们加大碟盘会有什么效果? 效益真的大嘛? 还有在我们改装上磅的时候该配合什么样的油管,下磅活塞的选择,来互相搭配!!不是只有「大」就好了。而且还有手感的问题,我并没有写进去,我想多数人对「手感」的定义不同。我想这个参数太多,不好写进去。或许我认为这种煞车手感最好,你不认为。在你们要改装的时候可以多去捏捏看,煞车手感。来找出适合自己的改装,适合自己的煞车手感。

搭配正确的碟盘使用正确的总磅/卡钳。才能发会正确的功效。


小补充:
巴斯卡 是一位伟大的科学家 出生于法国。水压机的原理就是他发明的,后期在制作液压系统的部份。很多都是参考巴斯卡原理下所产生的现代工艺。


小补充:还有一种是属于,电子式煞车。这个通常都多半于旅行车居多,举例bmw。然而这方面的研究,我实在很少接触。
基本上,下赛道的车子也不会采取电子系统。而是都选择液压系统。所以在此篇就不加以介绍,因为这个超出我的领域了...