開完車，印象最深刻的居然是剎車
前一陣子，我在天馬體驗了上市前的福特野馬。
似乎，塗黑處理的部分在設計師眼裡是隱形的。
不是 V8 的那個，不是 V6 的那個，也不是四缸的野馬。有些人把 2.3T 的野馬戲稱為「野驢」，那麼我那次開的電動野馬，暫時就叫「電驢」吧，而且還是「電驢 GT」，哈哈。
長續航版
GT 版
純電的加速和活躍的尾部讓我覺得電動時代的野馬算是脫離瀕危物種以後，我注意到了無論是 GT 版還是更低版本的車上，卡鉗上都有兩個圈圈。而經過我的觀察，這兩款車的剎車系統除了紅色烤漆以外，沒有任何區別。但這並不意味著這套剎車就沒有誠意了。事實上，它非常有意思，而且很有科技含量。
剎車系統，瞭解一下？
進入正題之前，先來一些（沒那麼）硬核的背景知識，幫助大家對汽車的剎車系統建立快速認知。
我踏！
剎車踏板是從右邊數起第二個踏板，駕駛員透過踩踏踏板的方式，讓透過槓桿結構聯動的剎車總泵推動剎車油，透過剎車油管傳遞至剎車分泵，從而施加力量阻礙汽車輪胎旋轉。
剎車系統基本就是這麼回事
因為汽車剎車本質上就是個把動能轉換成熱能從而削減速度的能量轉換裝置，所以只要能提供摩擦力，它可以有很多形式。而主流的品類，有以下兩種。
老掉牙的鼓式剎車
鼓剎示意圖
鼓式剎車，俗稱鼓剎。它的原理就像把手塞到杯子裡再捏緊拳頭一樣，它是透過剎車鼓裡內兩側的制動蹄緊貼剎車鼓內壁實現制動。
它的優點是成本較低，且摩擦面積大，得到同等剎車力所需要的推力更低，常見於大型貨車；缺點是因為是封閉結構，熱衰減嚴重，不適合高頻剎車，難以控制力度，且反應比較慢，還增加重量。
看上去光溜溜的一個圓餅，就是鼓剎
因為它的低成本是共識，如果你在家用車的後輪上看到它，那就意味著這臺車比較廉價。
更主流的盤式剎車
盤式剎車就是我們說的碟剎，是透過液壓泵推動剎車卡鉗中的活塞，夾緊兩側的剎車片產生摩擦力，從而達到剎車效果。
碟剎示意圖
碟剎是外接式剎車系統，優點是通風散熱良好，剎車線性，好控制，不容易抱死；缺點麼，主要還是貴。
碟剎的花樣就比較多了。首先從提供夾緊力的卡鉗入手，它們基本可以分為兩種：浮動式卡鉗和固定式卡鉗。
浮動式卡鉗是相對比較便宜且效能低的那個。
浮動式卡鉗動作
這種卡鉗透過兩個導向銷（即是紅色防塵套所覆蓋的部分），可以在垂直於剎車盤的方向上有一定的浮動，這就是它的名字來源。
浮動式卡鉗結構
因為這樣的設計，導致這種卡鉗只需要在一側有活塞，便可在活塞推動時透過反作用力來從前後鎖緊剎車盤，起到制動作用。這樣的卡鉗除了便宜以外，基本就沒有好處了。
由於採用浮動式結構，所有的剎車系統受到的反作用力都會讓兼任前後浮動功能的導向銷承受，強度相對較低。更多的形變數導致它不能提供更優秀的剎車「腳感」，而鋼製的它也更重，散熱效能差。
那麼，相比之下更高階且效能更高的就是固定式卡鉗，又叫做對向式卡鉗或者多活塞卡鉗。
固定式卡鉗結構
它的工作方式是同時從兩面對剎車盤進行「夾擊」。這種卡鉗結構比浮動式卡鉗更簡單，除了活塞以外都是固定的，所以它的強度更高，動作更精準，制動腳感也更好。
這種卡鉗通常由鋁合金製成且體積較大，所以能提供更優秀的散熱能力。散熱能力好就意味著可以支援連續剎車而不產生熱衰減。國際著名賽事上的參賽車輛，幾乎無一例外全部採用這類的卡鉗。
多活塞卡鉗的活塞數從 2 到 10 不等，甚至更多。活塞越多制動力越強其實是一個錯誤的認知，因為這取決於多個因素：
- 活塞面積總和（壓力）；
- 和剎車皮大小及材料（面積和摩擦係數）；
- 剎車盤尺寸以及材料（力臂和摩擦係數）等。
Endless 12 活塞卡鉗
多活塞的主要目的，其實是為了讓剎車力度更均勻。從這張日本殿堂級 Endless 的 12 活塞產品圖中可以看出，這個卡鉗中有不同尺寸的活塞來儘量給剎車皮施加均衡的力，從而確保剎車皮不產生偏磨等影響使用壽命的情況。
布加迪 Chiron 的鈦合金 3D 列印單體式卡鉗
而固定式卡鉗在材料上可以是鑄鐵、鋁合金甚至是鈦合金；結構還分為兩片式和單體式；製造工藝上還有鑄造、鍛造、CNC 機加工甚至是 3D 列印等方式，花樣繁多。
雷克薩斯 LFA 的碳陶瓷剎車盤和 6 活塞單體式卡鉗
至於剎車盤也不是一味的鋼盤，高效能量產車輛還可以選擇更耐高溫更輕量化的碳陶瓷剎車盤。
而剎車盤的固定方式，也分為一體式鑄鐵、聯合熔鑄、浮動式等不同的形式。
鑄鐵剎車盤和鋁合金中心盤一體熔鑄成型的聯合熔鑄剎車盤是相比全部鑄鐵更高階
和浮動卡鉗不同，能在軸向和徑向提供膨脹空間的全浮動式是剎車盤是最高階的固定方式
里程焦慮推進剎車演變
其實碟剎有一個很大的問題，就是：
你不在剎車的時候，它也在剎車。
固定式和浮動式碟剎卡鉗截面對比
相比有彈簧來拉回制動蹄的鼓剎，碟剎的卡鉗充其量靠活塞上的油封和防塵套回位，間隙很小。而且就算你的活塞回去了，剎車片還是會蹭到盤子上。
油封和塵封的彈性幫助活塞回位
這樣的摩擦損失，也叫做拖滯阻力。這對於補能方便的汽油車來說，不足掛齒。但對驅動效率更高，能量密度卻較低的電動車，摩擦損失就意味著實打實的續航打折，而續航打折和補能的低效帶來的就是里程焦慮。
那麼，開電動車的我們該怎麼辦？
開歷史倒車？
鼓剎不是沒有拖滯阻力嗎？幹嘛不重新用上呢？
於是大陸集團針對這個問題，研發出了一款鼓剎。這款鼓剎在目前大眾集團旗下所有 MEB 平臺車型上都是標配，比如 Q4 e-tron 和 ID.4。
大陸的複合式鼓剎
那麼他們是如何改變大家對鼓剎的偏見的呢？答案就是高科技。
大眾 ID.3 產線
- 鋁合金和鋼的複合結構，讓這款鼓剎相比以往的產品實現了 30% 的輕量化；
- 鋁合金外殼上的凸起可以幫助散熱，而且還不會腐蝕，讓車越來越 low；
- 內建剎車扭矩感測器，實時監控剎車力度讓機械剎車系統和能量回收系統的配合更加無縫且舒適。
所以，大陸和大眾的邏輯就是，在有動能回收的前提下，本來就不承擔主要剎車任務的後輪剎車，是鼓剎又何妨？而其它壽命還長。
但是，這也架不住人們對碟剎的追求啊！
那麼碟剎的怎麼辦？
答案就是低拖滯卡鉗。
不同的油封形狀
其實上圖這樣靠油封的截面形狀來最佳化活塞的回位早就有了，但是這次透過研究野馬的剎車卡鉗，我發現了更多減少拖滯的套路。
My name is Flexira
拿起活動現場的這款「Brembo 卡鉗」，我發現它原沒有福特說的那麼簡單。
上面已經說了，卡鉗裡的活塞回位是第一步，關鍵是讓剎車片不接觸剎車盤，才能減少不必要的拖滯阻力。而這款卡鉗用兩個很簡單的套路就解決了這個問題。
FoMoCo = 福特原廠配件
- 剎車片背後的卡簧可以嵌入活塞的凹陷中，讓活塞回位時帶動剎車皮一起回位；
卡鉗展具莫名其妙被噴了紅色
- 卡鉗簧片並不是被掰彎了，而是透過這樣的結構來給剎車片一個向外彈出的力，輔助回位。
Mach-E GT 輪轂裡的 Brembo
而福特上的這款 Brembo 卡鉗的官方名叫做 Flexira，根據 Brembo 官方：
Flexira 制動卡鉗經過專門設計，適用於輪轂較小的車型，例如緊湊型轎車和 SUV（特別是電動汽車），以改善滾動阻力。這款卡鉗專為狹小空間設計，同時能夠保障佈雷博固定式制動卡鉗特有的功能和高效能。
F50
相位元斯拉、蔚來和小鵬都用的 Brembo F50 系列卡鉗，這款 Flexira 的優勢就是寬度更小，適合更小的更窄的輪轂，也有利於在輪轂輻條上凹更多花樣。那麼大家可能會覺得，卡鉗都瘦身了，是不是強度也變低了？
非也。前面說的那兩個圈圈，就會在這裡發揮作用。
爆缸
全鋁發動機較鑄鐵發動機而言，雖然有輕量化和散熱的優勢，但是如果追求動力，尤其是透過高增壓的方式榨取功率，就會導致缸體強度成為瓶頸。
Darton Sleeves
這時候就需要強度更大的鑄鐵缸套來強化發動機內部構造，避免因為過大的壓力而讓整個發動機炸裂。
Flexira
福特這款卡鉗和鑄鐵缸套就是同樣的邏輯，根據 Brembo 官方：
鋁製 Flexira 制動卡鉗使用佈雷博的重力鑄造技術製造而成。鋁製「外殼」鑄造完成後，會新增鋼製外掛或「套筒」，以增加部件的整體機械強度並減少制動卡鉗的軸向體積。在制動卡鉗的前表面可以看到這些圓柱形外掛，上面還印刻徽標。
它既有鋁合金對向式卡鉗的強度，又具有鋼製浮動卡鉗的小體積，可謂一箭雙鵰。
環保需要全面搞起
模型
其實，保時捷在其混動車型以及純電車型的卡鉗中，都有采用類似 Flexira 卡鉗中輔助剎車片回位功能的簧片結構。
Taycan PSCB 後卡鉗
Panamera 混動車型前卡鉗
但是，除了能耗效率以外，我們也值得關注一輛車在其全生命週期的環保效能。其中，剎車依然是不可忽略的一部分。
美國加州和華盛頓州分別在 2021 年以及將在 2025 年禁止在剎車片中使用銅的材質，原因是剎車粉塵中的銅以及其他包括重金屬的有害成分將會對水生動物造成嚴重影響，從而對生態產生不必要的打擊。而 Mach-E 上的這款卡鉗也符合當地最新的環保法規，採用了無銅配方。
PSCB
而保時捷與博世及其關聯公司 Buderus 合作，以 PSCB（Porsche Surface Coated Brake）之名推出的碳化鎢超音速噴塗剎車盤，則透過 100 微米，也就是 0.1 毫米的碳化鎢塗層在鋼製剎車盤上實現了接近碳陶瓷剎車盤的高溫效能，並且提升 30% 的壽命。
鏡面效果
搭配超硬制動碟表面使用的剎車皮也經過特殊配方，總體降低 90% 的剎車粉塵。對環境貢獻的同時，也讓它用白色的專屬卡鉗顏色狠狠地秀了一把。要知道，之所以沒人用白色，就是怕變髒不好看。更酷的是，行駛 6,000 km 以後，這個剎車盤會因為剎車皮裡超硬材料打磨的緣故，呈現出驚人的鏡面效果。
轉向節一體式卡鉗
FCA 集團和 3D 列印技術公司 Fraunhofer 去年推出的產品則更加富有創意。這個產品透過優秀的拓撲結構最佳化，把剎車卡鉗和轉向節有機地合二為一，帶來了輕量化，減少了工藝，還減少了材料浪費。但是畢竟 3D 列印本身的效率還有待提升，短期內我們也不太可能在市面上看到這一類的產品。
無鏽鑄鐵製動盤
而作為剎車行業泰斗的 Brembo，不但沒有鼓剎產品，也不會在產品規劃中涉及鼓剎產品。鼓剎可以解決後輪剎車使用頻次不高而導致的生鏽問題，Brembo 也可以透過特殊配方的剎車盤解決這個問題。畢竟他們認為鼓剎的市場接受度，確實不太行。
寫完這篇小科普，我只想說：碳中和真的無微不至。
在汽車制動的細節中也看到了時代的縮影。未來的青山綠水，就是金山銀山。ESG 的投資理念，也慢慢地滲透著我們的消費行為...挺好的。
