【碟刹】车用油压碟刹原理介绍－钳式制动器

三多

工作原理
碟刹的运作是利用帕斯卡尔原理，请参考图。


左端为把手总泵活塞，右端为卡钳活塞，假设两边的管径分别为A1与A2。当压下刹车把手时，两边的位移量分别为H1与H2，因碟刹油无法被压缩，故两边移动的液体必须等量，因此：
　　 　　A1 x H1 = A2 x H2  

此外，左方所施加的压力(P1)会等于右方所承受的压力(P2)，各可表示为
　　　　　　P1 = P2
　　　P1 = F1/A1, P2 = F2/A2  

其中F1为刹车手把对活塞所施加的力量，而F2为卡钳活塞对盘片所作用之正向力，再利用摩擦力(Fb)等于正向力乘于摩擦系数(Cn)
　　　　　　　　　　　　　Fb = F2 x Cn

这个摩擦力即是我们所谓的刹车力道，综合上述公式可表示如下：
　　　　　　　　　　Fb = F1 x Cn x (A2/A1) 虽然这边没考虑到把手对总泵活塞的杠杆比，但上面的公式告诉我们，要达到比较大的刹车力道，可以利用下面几种方式
1. 加大F1：更用力的拉刹把........废话　=.=　
2. 增加Cn：让摩擦系数系数变大，可以采用不同的碟盘或者改刹车皮。
3.提高A2/A1：A2/A1这个比值我们称之为油压放大倍率，这个值通常在原厂设计该组碟刹时就考虑进去，除了一些高阶玩家会自己换不同的总泵与卡钳搭配，一般使用者是没办法改的。总泵的油量可以这样来估计：
制动活塞数*活塞面积*0.3mm(制式来另片与碟盘间距)*2mm(剎车力道使用行程)

那我用个"针孔大的总泵活塞"跟"砂锅大的卡钳活塞"不就可以得到超强刹车力道了？
理论上，越小的总泵活塞(A1)，越大的碟刹卡钳面积(A2)可以得到较大的刹车力道。这也是为什么重度用途的碟刹会使用到四活塞的设计，越大的油压放大倍率在相同条件下可达到比较大的刹车力道；但最上面的公式告诉我们，天底下没有白吃的午餐，高放大倍率的设计，卡钳活塞所走的距离也比较短，因此它的盘片对卡钳的对准要比较精确，(LOUES配99 CLARA把手虽换得很强的制动效果，但间隙不足0.2mm，起身抽车碟盘都会磨到 )甚至如Magura的Gustav M的设计就是预设会轻微磨到碟盘的，所以只适用在下坡车上。还要考虑来令片与碟盘的接触面不是理想的平面，故来令片即使接触到碟盘，但并不代表就能达到完整的刹车力道，通常需要再行进一段距离才能达到最大的刹车效率，若活塞行进距离太短则无法发挥刹车力道。另一方面，整个碟刹油路也并非完美刚体，例如油管可能会因压力而稍微膨胀，若总泵活塞所推出的油太少无法克服这个体积，那么活塞推动的力道都被油管膨胀给吸收掉，自然整体的刹车力道也会受到相当大的影响。

等等，你好像没讲到活塞是怎么自己推回去的...
其实这也很简单，想象在一开始活塞尚未作动的时候，若把左边的管子上方封死，当我们压下把手推动活塞，这时会使左管密闭空间中的压力降到低于外面的大气压力；当手放开时，大气自然会帮我们把活塞推回到一开始的状态。例如：Hayes、Magura、HOPE与亨国是使用这种做法，但是在设计时就要考虑到油封的摩擦力，不然可能推出去就回不来了，甚至用久了油封磨耗之后就可能出现问题。
所以会有的厂牌加上一片V型的弹片来强迫活塞回去，好处是能确保活塞回得去，但这个弹片也算是耗材，而且在系统出了问题无法确知是弹片的弹性疲乏还是有空气跑了进去。目前Shimano与一些国产的品牌是使用这样的方式。

为什么碟刹很怕跑空气进去呢？
最上面我们的讨论都是在刹车油是不可压缩的前提下，若在油路中有空气的话，由于空气很容易被压缩，活塞的推动就只造成空气的压缩而不会造成油的移位，力量自然无法传导到卡钳端造成刹车失灵。

碟盘大小的影响
增加碟盘大小是最常见也最方便用来提高刹车力道的方式，但盘片所增加的刹车力道其实并没有你想象中的大喔！举个最极端的例子，假设原来使用的是160mm 的碟盘，若改成203mm的碟盘能提高多少的力道呢？改变碟盘大小就是改变来令片施力点到轮轴中心这段的力臂大小，若假设施力中心是在碟盘边缘往内5mm 的地方，则原来的力臂即为160/2-5=75mm，更换后的力臂长为203/2-5=96.5mm，新的力臂为原来的96.5/75=1.287，也就是说单纯考虑碟盘增大所增加的刹车力道为原来的28.7%，似乎比起它带来的视觉震撼还少了许多呢！不过，事情也不是那么悲观，因为摩擦力所做的功=摩擦力x作用距离，其中作用距离正比于碟盘直径，因此大碟盘还是有"能在越短的轮胎转动距离把车子刹停"的好处。

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碟刹怕空气跑进去还有以下原因：
　　1。碟刹的起动压力小，若空气跑进去，容易造成碟刹拖滞；
　　2。当刹车系统中有空气，遇到长下坡等较长制动时，系统中温度升高较多，容易造成无刹车。

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其实遇到长下坡等较长时间地制动时，就算没有空气也一样容易造成无刹车。安全刹车第一！俩位老兄都很厉害！

王鹏滔

真空助理器，一般情况下是不容易进气的，如果修理过那应该排气。