EPB粘盤異響產(chǎn)生機(jī)理及其預(yù)防

陳偉 褚珊珊

摘 要：隨著汽車電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，汽車手動(dòng)機(jī)械駐車系統(tǒng)也開始發(fā)展為電子駐車系統(tǒng)（EPB），進(jìn)一步推動(dòng)了汽車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展。這不僅降低了車身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，優(yōu)化了系統(tǒng)的空間，還可以降低成本，提高系統(tǒng)的可靠性。然而，電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)容易發(fā)生粘盤、異響等問題，造成顧客嚴(yán)重抱怨。本文較全面地概述 EPB

銹粘著導(dǎo)致粘盤異響的機(jī)理及改善措施，進(jìn)一步推動(dòng) EPB的發(fā)展應(yīng)用。關(guān)鍵詞：電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)；銹粘著；摩擦片；制動(dòng)盤

1 引言

電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)（ EPB： Electrical Park Brake）是指將行車過程中的臨時(shí)性制動(dòng)和停車后的長時(shí)性制動(dòng)功能整合在一起，并且由電子控制方式實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)的技術(shù)，圖 1所示是 TRW發(fā)明的 EPB駐車制動(dòng)器 [1]。與傳統(tǒng)的手動(dòng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)相比，電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）舒適與方便 [2]：a、車廂內(nèi)手駐車制動(dòng)桿由觸手可及的電子按鈕替代，降低了駕駛者尤其是女性駕駛者的操作強(qiáng)度； b、為車廂內(nèi)、外留出更多的間，便于配置其他設(shè)備； c、具備坡上自由起步，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后自動(dòng)施加駐車制動(dòng)； d、制動(dòng)力不會(huì)因人而異，出現(xiàn)偏差。

（2）安全性高： a、不會(huì)溜車，總能施加最大駐車夾緊力； b、具有自我診斷功能、后輪動(dòng)態(tài)模式時(shí)具防抱死制動(dòng)功能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)駐車、靜態(tài)釋放（關(guān)閉）、自動(dòng)釋放（關(guān)閉）等基本功能，還增加了自動(dòng)駐車和動(dòng)態(tài)駐車等輔助功能，使得駕駛更安全、更方便。

（3）成本合理： a、設(shè)計(jì)簡介，體積小而緊湊； b、僅采用一個(gè)作用器單元，可適用于所有車型和制動(dòng)類型，組裝時(shí)無須特殊調(diào)整。

隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步， EPB也會(huì)進(jìn)一步完善，其操作性能會(huì)更加方便、舒適和簡單，使其在汽車工業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用潛力。然后， EPB工作時(shí)較大的夾緊力容易使摩擦片和制動(dòng)盤發(fā)生銹蝕，致使摩擦片粘附到制動(dòng)盤上，造成車輛異響、抖動(dòng)、甚至無法啟動(dòng)等問題，嚴(yán)重阻礙 EPB的市場(chǎng)應(yīng)用和發(fā)展。

2 粘盤異響產(chǎn)生分析

如圖 2所示是 EPB工作狀態(tài)示意圖，當(dāng)拉上 EPB按鈕，電機(jī)會(huì)通過制動(dòng)鉗給與摩擦片夾緊力 F，使其夾緊制動(dòng)盤。一般情況下， EPB夾緊力 F都大于 15KN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)手剎夾緊力，如果長時(shí)間在潮濕環(huán)境下駐車，容易使摩擦片和制動(dòng)盤發(fā)生銹蝕。如圖 3所示 [3]，左邊是 NAO材料摩擦片，右邊是低金屬材料摩擦片分別與制動(dòng)盤銹蝕粘盤照片。如圖 4所示，當(dāng)摩擦片與制動(dòng)盤表面的銹粘著力 F1大于摩擦片本身的剝離力時(shí)，較大的銹粘著力會(huì)使摩擦片表面材料粘附到制動(dòng)盤上，致使汽車行車時(shí)發(fā)生異響甚至抖動(dòng)。如果銹粘著力較大，會(huì)致使整塊摩擦片粘附到制動(dòng)盤上，導(dǎo)致汽車無法行車。

3 銹蝕粘盤機(jī)理

汽車制動(dòng)盤大都是鑄鐵件，當(dāng)處于特定的環(huán)境、氣候、溫度、濕度等條件下，會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕，而這種腐蝕多屬于電化學(xué)腐蝕 [4]。電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而發(fā)生破壞。

是鑄鐵件發(fā)生電化學(xué)腐蝕示意圖。當(dāng)鑄鐵件（主要成分是 Fe）處于干燥、相對(duì)濕度較低情況下，鐵表面凝聚的水膜酸性一般較弱或是中性溶液，則發(fā)生圖 5中①所示反應(yīng)：

這樣鐵相當(dāng)于放在含有 H+、OH-、HCO3 離子的溶液中，鐵作為陽極，雜質(zhì)作為陰極，形成千千萬萬個(gè)微小的原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

負(fù)極：Fe - 2e = Fe2+ Fe2+ + 2OH-= Fe（OH）2正極：2H+ + 2e = H2 ↑總反應(yīng)：Fe + 2H2O = Fe（OH）2 + H2 ↑如果環(huán)境惡化，酸雨的增加或環(huán)境的變

化或者溫度升高濕度加大，都會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕的加劇。當(dāng) EPB工作時(shí)，摩擦片夾緊制動(dòng)盤在特定的環(huán)境下形成原電池造成腐蝕，可分為微觀腐蝕和宏觀腐蝕兩大類。

3.1 微觀腐蝕電池

鑄鐵制動(dòng)盤表面的電化學(xué)不均勻性，使金屬表面形成許多微小的電極。而造成這種金屬表現(xiàn)電化學(xué)不均勻性的主要因素如下：

（1）金屬化學(xué)成分的不均勻性。目前工業(yè)中應(yīng)用的都非純金屬，常常含有各種雜質(zhì)（如碳化物、石墨、硫化物等）；

（2）組織結(jié)構(gòu)的不均勻性。鑄鐵件金屬內(nèi)部不同組織區(qū)域由于夾雜、偏析、晶粒間界和晶面異向等；

（3）鑄鐵件狀態(tài)的不均勻性。材料在機(jī)加工過程中產(chǎn)生的粗糙度、應(yīng)力及變形等；

上述因素是鑄鐵制動(dòng)盤不可避免的缺陷，由于本身存在的成分不均、組織結(jié)構(gòu)差異、狀態(tài)的不均勻性，致使制動(dòng)盤表面形成許許多多短路微電池，造成制動(dòng)盤腐蝕。

3.2 宏觀腐蝕電池

（1）異種金屬接觸電池。又稱腐蝕電偶，即連接的不同電極電位的金屬或合金浸于電解質(zhì)溶液中，電位負(fù)的金屬遭到腐蝕，電位正的金屬得到保護(hù)。如圖 6所示，汽車用摩擦片中，一般都含有金屬銅，當(dāng)摩擦片夾緊制動(dòng)盤時(shí)，容易構(gòu)成腐蝕電偶，造成制動(dòng)盤腐蝕；

（2）濃差電池。液相中存在金屬離子的濃度差、介質(zhì)離子濃度差、氫離子濃度差、氧或其它氧化劑濃度差，使金屬的不同部位形成濃差電池。如圖 7所示， EPB工作，制動(dòng)盤與摩擦片在夾緊力的作用區(qū)，氧濃度較低，而未與摩擦片接觸區(qū)域氧濃度較高。當(dāng)處于潮濕環(huán)境中時(shí)，就會(huì)形成氧濃差電池，加劇制動(dòng)盤的腐蝕；

（3）溫差電池。系統(tǒng)外界條件如溫度的差異、光能的不均勻分布等可能產(chǎn)生溫差腐蝕電池，溫度高的部位，鐵成為陽極而腐蝕。

另外，環(huán)境條件也是造成腐蝕的主要因素，如相對(duì)濕度、溫度、降雨尤其是酸雨、沿海地區(qū)的海水、固體粉塵、道路環(huán)境（如路面上的防凍鹽）等都會(huì)造成汽車制盤和摩擦片腐蝕。

4 粘盤異響改善措施

銹粘著產(chǎn)生的異響粘盤問題，可從摩擦片、制動(dòng)盤兩方面進(jìn)行改善：

4.1 摩擦片

一般車用摩擦片按材質(zhì)中含鐵量的大小可分為半金屬、低金屬和 NAO型摩擦片，主要由有機(jī)粘結(jié)劑（如：酚醛樹脂、改性酚醛樹脂）、增磨材料（如： SiO2、Al2O3、氧化鋯等）、減磨材料（如：石墨、蛭石、二硫化鉬等）以及填料（如：高嶺土、硅藻土、碳酸鈣）等十幾種有機(jī)無機(jī)物質(zhì)組成。由于摩擦片是混合物，具有很強(qiáng)的可調(diào)變性，通過改善摩擦片各項(xiàng)性能可有效改善繡粘盤異響問題。

4.1.1 提高摩擦片表面強(qiáng)度

汽車整車廠為保證各車型順利通過機(jī)能檢測(cè)線，一般都會(huì)對(duì)摩擦片表面進(jìn)行燒蝕處理以提高摩擦片初始摩擦系數(shù)。而燒蝕不僅會(huì)使摩擦片表面的有機(jī)成分部分氧化揮發(fā)，進(jìn)而降低摩擦片表面各成分之間的結(jié)合強(qiáng)度，這會(huì)顯著增加銹粘盤異響發(fā)生概率。因此，合理控制摩擦片燒蝕層厚度，改善燒蝕工藝，表面進(jìn)行特殊處理（如增加具有較高摩擦系數(shù)的涂層）或者開發(fā)不燒蝕材質(zhì)摩擦片可有效改善銹粘盤異響的發(fā)生；

4.1.2 改善摩擦片氣孔率

如圖 8所示是摩擦片工藝過程中必不可少的壓制環(huán)節(jié)，該過程為了保證摩擦片的一致性，需經(jīng)過多次壓制和放棄處理。在壓制過程中，組織內(nèi)部的氣體被壓出并通過表面釋放出來，如果氣體在某位置比較集中釋放，表面會(huì)有氣體溢出線（我們稱之為表面氣泡，宏觀表現(xiàn)即為氣孔），此氣體溢出位置不僅會(huì)導(dǎo)致材質(zhì)內(nèi)部強(qiáng)度不足，而且可加快材質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此，通過降低摩擦片氣孔率也可有效改善銹粘著的發(fā)生。

4.1.3 提高摩擦片 pH值

摩擦片 pH反映的是材料的酸堿性，酸性條件下容易發(fā)生腐蝕。因此，可通過調(diào)節(jié)摩擦片 pH值使材質(zhì)偏于堿性，有助于改善銹蝕的發(fā)生（一般要求：低金屬大于 7，NAO大于 10）。

4.2 對(duì)偶件 -制動(dòng)盤

銹粘著異響是摩擦片制動(dòng)盤銹蝕產(chǎn)生，通過改善制動(dòng)盤也可明顯改善銹蝕發(fā)生。

4.2.1 制動(dòng)盤材質(zhì)

制動(dòng)盤大都采用灰鑄鐵，而灰鑄鐵本身就容易生銹，如果控制不好，銹蝕會(huì)更加嚴(yán)重。因此，需嚴(yán)格控制制動(dòng)盤本身材質(zhì)，特別是磷含量和硫含量（都應(yīng)小于 0.1%），或使用高性能、耐腐蝕制動(dòng)盤來降低銹粘盤的發(fā)生概率。

4.2.2 對(duì)制動(dòng)盤表面進(jìn)行涂層防護(hù)處理

制動(dòng)盤表面增加涂層，如表面噴涂 Geomet或者 Dacromet不僅使制動(dòng)盤外觀精美，而且可有效防止銹蝕，抑制銹粘盤的產(chǎn)生；

4.2.3 對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行 FNC處理

鐵素體氮碳共滲處理簡稱 FNC （Ferritic Nitro-Carburizing）技術(shù)。經(jīng)過 FNC技術(shù)處理的制動(dòng)盤不僅可降低磨損，增強(qiáng)使用壽命（平均壽命是未經(jīng) FNC處理制動(dòng)盤壽命的 2倍多），而且具有很強(qiáng)的防腐蝕，大大改善制動(dòng)盤銹蝕；

另外，定期對(duì)車輛進(jìn)行維護(hù)，如果要長時(shí)間停放，需經(jīng)常挪到，避免 EPB長時(shí)間工作造成粘盤異響。

參考文獻(xiàn)：

[1] TRW電子駐車制動(dòng)（EPB）先進(jìn)技術(shù) [J]. 輕型汽車技術(shù)，2006，（09）.

[2]電子駐車制動(dòng)技術(shù)簡介 [J]. 汽車運(yùn)用 .2010，（01）

[3] ITT Study on Corrosion

[4]譚越，淺談汽車腐蝕與案例[J].裝備制造技術(shù)， 2014，06，223-225.