（武漢元豐汽車零部件有限公司，湖北武漢 430205）

1.氣壓盤式制動器的應(yīng)用范圍

商用車由于整車載荷重、制動力矩需求高，目前大多采用氣壓制動器。盤式制動器相比原有的鼓式制動器具有制動安全性高、抗熱/水衰退性能好、便于維修、重量輕等特點，所以GB 7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》[1]中又增大了盤式制動器的應(yīng)用范圍（GB 7258-2017[1]中7.2.6條款：汽車（三輪汽車除外）、摩托車（邊三輪摩托車除外）、掛車（總質(zhì)量不大于 750kg的掛車除外）的所有車輪應(yīng)裝備制動器。其中，所有專用校車和危險貨物運輸貨車的前輪和車長大于9m的其他客車的前輪，以及危險貨物運輸半掛車、三軸的欄板式和倉柵式半掛車的所有車輪，應(yīng)裝備盤式制動器），加速推動了氣壓盤式制動器的發(fā)展。

2.氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)外市場上氣壓盤式制動器主要采用浮動式制動鉗，如圖1所示。

圖1 氣壓盤式制動器結(jié)構(gòu)示意圖

制動時，儲氣罐的壓縮空氣通過“氣室”作用于“杠桿”，將輸入力放大，然后推動“推桿”“內(nèi)摩擦片”作用于“制動盤”，內(nèi)摩擦片與制動盤的反作用力使“卡鉗”滑動，帶動外摩擦片與制動盤夾緊，產(chǎn)生制動力矩。

3.氣壓盤式制動器摩擦片的選擇

摩擦片對制動器性能影響的因素諸多，下面將按照QC/T239-2015《商用車輛行車制動器技術(shù)要求及臺架試驗方法》[2]、GB/T 31970-2015《汽車用氣壓制動卡鉗總成性能要求及臺架試驗方法》[3]標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的制動性能要求及試驗方法進行描述：

3.1 制動力矩

氣壓盤式制動器提供制動力矩的公式為Nb=C＊×i×η×Fz×Rm，其中i是杠桿比，η是機械效率，Rm制動半徑，這些參數(shù)是由制動器本身結(jié)構(gòu)決定的，F(xiàn)z是氣室輸入力，C＊是制動效能因數(shù)，對于盤式制動器來說，相當(dāng)于2倍的摩擦系數(shù)，所以摩擦系數(shù)是影響制動力矩的最直接因素，摩擦系數(shù)越大制動力矩越高。但是摩擦系數(shù)高也容易產(chǎn)生制動噪音和摩擦片壽命不足等問題，所以大多數(shù)商用車的摩擦系數(shù)在0.35～0.45。

另外一個重要因素是摩擦片的壓縮特性，當(dāng)壓縮應(yīng)變過大時，將會增大氣室的行程，而一般氣室推桿的輸出行程超過50mm后其輸出力會有所下降，將會降低制動器的制動力矩。

3.2 效能試驗

第一次效能試驗，標(biāo)準(zhǔn)要求在規(guī)定制動管路壓力下的平均制動力矩值不應(yīng)低于設(shè)計下限值的80%，這是模擬整車初始下線未經(jīng)過磨合時的制動效果，與摩擦片表面的平面度有關(guān)，還有一個重要的因素是“涂層”。

目前國內(nèi)/外各制動器廠為保證整車順利下線，大多在摩擦片表面增加了涂層，厚度大多在0.1mm～0.5mm之間，形狀有“斑馬紋”和“全涂層”2類。涂層在解決初始下線問題的同時也帶來了一些新的問題，比如某些配方的涂層出現(xiàn)“駐車制動解除后摩擦片涂層與制動盤粘連問題”“涂層導(dǎo)致的制動異響問題”，所以需要選擇合適的摩擦片涂層。

第二次效能試驗是經(jīng)過磨合后檢測的制動力矩，此階段試驗是模擬車輛磨合之后且未經(jīng)過高溫衰退制動效能，主要取決于摩擦系數(shù)的大小以及在各速度/壓力下的穩(wěn)定性。

第一次衰退恢復(fù)試驗（以M3車型為例）是以50km/h的初速度、施加相當(dāng)于3.0m/s2的平均制動減速度的制動管路壓力進行制動、制動周期60s、制動20次，相當(dāng)于模擬公交車頻繁踩剎車進站的工況。該試驗過程摩擦片溫度會逐漸升高，大多會達到300℃～400℃，這個溫度區(qū)間可能會使部分配方摩擦片樹脂分解，摩擦系數(shù)改變、磨損增加。

第三次效能試驗是經(jīng)過第一次衰退恢復(fù)試驗之后檢測的制動力矩，此階段試驗時產(chǎn)品已經(jīng)過一定的高溫，有的配方摩擦片的性能會更加穩(wěn)定，使得第三次效能試驗中制動力矩更大、速度穩(wěn)定性更高，但也有高溫之后性能不變或者變差的情況，主要與配方及第一次衰退試驗的溫度有關(guān)。

第二次衰退試驗是使制動盤以相當(dāng)于30km/h（N1和M2類車輛為40km/h。）的恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，然后按制動12s、解除制動18s為一個試驗周期進行循環(huán)制動試驗，制動控制方式為恒定輸出方式，其輸出制動力矩相當(dāng)于0.7m/s2的制動減速度，共制動60次。該種試驗相當(dāng)于模擬山區(qū)行駛的車輛在下陡坡連續(xù)踩剎車的工況。

該階段試驗會使摩擦片產(chǎn)生很高的溫度（最高溫度會在400℃～700℃不等），除摩擦片面積大小、試驗轉(zhuǎn)動慣量對最高溫度有明顯的影響外，不同廠家摩擦片配方會產(chǎn)生很大的差別，究其原因應(yīng)是摩擦片的導(dǎo)熱性能存在差異。

第四次效能試驗是經(jīng)過第二次衰退試驗后進行的制動力矩檢測，前期試驗產(chǎn)生的溫度越高，第四次效能試驗的制動力矩較第二/三次效能試驗的制動力矩變化越大，速度穩(wěn)定性也會越差。

性能試驗之后，通常會檢測摩擦片和制動盤的磨損量，用來初步判斷摩擦片的壽命，不同配方磨損量有一定的差異，如圖2所示不同配方的磨損量。

圖2 不同配方磨損量

3.3 磨損試驗

3.2中提到的磨損量是多種工況綜合試驗后的磨損結(jié)果，有一定的參考意義，同時QC/T239-2015標(biāo)準(zhǔn)[2]也規(guī)定了專門的磨損試驗標(biāo)準(zhǔn)，具體試驗條件如表1。

表1 QC/T239-2015標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定的磨損試驗條件

試驗要求初始溫度100℃/200℃/300℃/400℃、初速度50km/h、3m/s2制動減速度，每個溫度下各制動200次。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同配方摩擦片磨損量有明顯差異（圖3所示），但是大多數(shù)配方摩擦片溫度達到300℃以上時，磨損量會明顯增加。

圖3 QC/T239-2015標(biāo)準(zhǔn)[2]磨損試驗檢測結(jié)果

所以經(jīng)常在山區(qū)運行的車輛摩擦片壽命會大大減少。

3.4 可靠性試驗

按照GB/T 31970-2015標(biāo)準(zhǔn)[3]規(guī)定：制動器需要經(jīng)過10萬次以上扭轉(zhuǎn)疲勞試驗，以及39萬次溫度耐久性試驗，摩擦片需要保證整個試驗過程無脫落、掉塊等問題。對應(yīng)摩擦片的性能指標(biāo)是剪切強度和抗壓強度。

3.5 制動間隙

制動間隙是由制動器廠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求（0.6mm～1.2mm）設(shè)計自調(diào)機構(gòu)配合尺寸而來，與摩擦片有關(guān)的因素有兩點。

（1）熱膨脹率，舉例說明：若正常狀態(tài)下制動間隙在0.7mm左右，當(dāng)摩擦片在400℃的熱膨脹率達到1%，對于22.5（新片單片摩擦材料厚度20mm，內(nèi)外片合計40mm）摩擦片，膨脹量將會達到0.4mm，這意味著制動間隙將會從0.7mm減小到0.3mm，這大大增加拖磨的風(fēng)險。

（2）耐浸（水、鹽水、潤滑油、制動液等）性能，當(dāng)摩擦片涉水后也會發(fā)生體積的變化，這也直接影響的制動間隙。

3.6 制動噪音

隨著新能源車輛的大范圍應(yīng)用，人們對舒適性的要求越來越高，制動噪音的問題就顯現(xiàn)的更加明顯。噪音問題不單與摩擦片有關(guān)，與制動盤、制動器結(jié)構(gòu)都有一定的關(guān)系，但是更換摩擦片成本低、操作方便，且大部分噪音可以通過摩擦片的調(diào)整適量降低或者消除。

摩擦片與噪音相關(guān)的因素主要有金屬含量、鋼纖維品質(zhì)、涂層以及摩擦片倒角等。

4.結(jié)語

制動器作為整車安全件，使用性能穩(wěn)定至關(guān)重要，摩擦片的正確選取直接關(guān)系到制動器性能的發(fā)揮，所以產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計過程中必須謹(jǐn)慎選擇，并通過一系列試驗驗證來保證產(chǎn)品質(zhì)量。