EPB粘盤異響產生機理及其預防

陳偉 褚珊珊

摘 要：隨著汽車電子技術的蓬勃發展，汽車手動機械駐車系統也開始發展為電子駐車系統（EPB），進一步推動了汽車電子控制系統的發展。這不僅降低了車身結構的復雜性，優化了系統的空間，還可以降低成本，提高系統的可靠性。然而，電子駐車制動系統容易發生粘盤、異響等問題，造成顧客嚴重抱怨。本文較全面地概述 EPB

銹粘著導致粘盤異響的機理及改善措施，進一步推動 EPB的發展應用。關鍵詞：電子駐車制動系統；銹粘著；摩擦片；制動盤

1 引言

電子駐車制動系統（ EPB： Electrical Park Brake）是指將行車過程中的臨時性制動和停車后的長時性制動功能整合在一起，并且由電子控制方式實現停車制動的技術，圖 1所示是 TRW發明的 EPB駐車制動器 [1]。與傳統的手動駐車制動系統相比，電子駐車制動系統具有以下優點：

（1）舒適與方便 [2]：a、車廂內手駐車制動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度； b、為車廂內、外留出更多的間，便于配置其他設備； c、具備坡上自由起步，當發動機熄火后自動施加駐車制動； d、制動力不會因人而異，出現偏差。

（2）安全性高： a、不會溜車，總能施加最大駐車夾緊力； b、具有自我診斷功能、后輪動態模式時具防抱死制動功能，不僅能夠實現靜態駐車、靜態釋放（關閉）、自動釋放（關閉）等基本功能，還增加了自動駐車和動態駐車等輔助功能，使得駕駛更安全、更方便。

（3）成本合理： a、設計簡介，體積小而緊湊； b、僅采用一個作用器單元，可適用于所有車型和制動類型，組裝時無須特殊調整。

隨著技術的發展和進步， EPB也會進一步完善，其操作性能會更加方便、舒適和簡單，使其在汽車工業具有廣闊的發展前景和應用潛力。然后， EPB工作時較大的夾緊力容易使摩擦片和制動盤發生銹蝕，致使摩擦片粘附到制動盤上，造成車輛異響、抖動、甚至無法啟動等問題，嚴重阻礙 EPB的市場應用和發展。

2 粘盤異響產生分析

如圖 2所示是 EPB工作狀態示意圖，當拉上 EPB按鈕，電機會通過制動鉗給與摩擦片夾緊力 F，使其夾緊制動盤。一般情況下， EPB夾緊力 F都大于 15KN，遠遠高于傳統手剎夾緊力，如果長時間在潮濕環境下駐車，容易使摩擦片和制動盤發生銹蝕。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盤銹蝕粘盤照片。如圖 4所示，當摩擦片與制動盤表面的銹粘著力 F1大于摩擦片本身的剝離力時，較大的銹粘著力會使摩擦片表面材料粘附到制動盤上，致使汽車行車時發生異響甚至抖動。如果銹粘著力較大，會致使整塊摩擦片粘附到制動盤上，導致汽車無法行車。

3 銹蝕粘盤機理

汽車制動盤大都是鑄鐵件，當處于特定的環境、氣候、溫度、濕度等條件下，會發生不同程度的腐蝕，而這種腐蝕多屬于電化學腐蝕 [4]。電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電介質發生電化學作用而發生破壞。

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

這樣鐵相當于放在含有 H+、OH-、HCO3 離子的溶液中，鐵作為陽極，雜質作為陰極，形成千千萬萬個微小的原電池，發生電化學腐蝕。

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

化或者溫度升高濕度加大，都會導致電化學腐蝕的加劇。當 EPB工作時，摩擦片夾緊制動盤在特定的環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

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

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

（2）組織結構的不均勻性。鑄鐵件金屬內部不同組織區域由于夾雜、偏析、晶粒間界和晶面異向等；

（3）鑄鐵件狀態的不均勻性。材料在機加工過程中產生的粗糙度、應力及變形等；

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

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溶液中，電位負的金屬遭到腐蝕，電位正的金屬得到保護。如圖 6所示，汽車用摩擦片中，一般都含有金屬銅，當摩擦片夾緊制動盤時，容易構成腐蝕電偶，造成制動盤腐蝕；

（2）濃差電池。液相中存在金屬離子的濃度差、介質離子濃度差、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，制動盤與摩擦片在夾緊力的作用區，氧濃度較低，而未與摩擦片接觸區域氧濃度較高。當處于潮濕環境中時，就會形成氧濃差電池，加劇制動盤的腐蝕；

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

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

4 粘盤異響改善措施

銹粘著產生的異響粘盤問題，可從摩擦片、制動盤兩方面進行改善：

4.1 摩擦片

一般車用摩擦片按材質中含鐵量的大小可分為半金屬、低金屬和 NAO型摩擦片，主要由有機粘結劑（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）等十幾種有機無機物質組成。由于摩擦片是混合物，具有很強的可調變性，通過改善摩擦片各項性能可有效改善繡粘盤異響問題。

4.1.1 提高摩擦片表面強度

汽車整車廠為保證各車型順利通過機能檢測線，一般都會對摩擦片表面進行燒蝕處理以提高摩擦片初始摩擦系數。而燒蝕不僅會使摩擦片表面的有機成分部分氧化揮發，進而降低摩擦片表面各成分之間的結合強度，這會顯著增加銹粘盤異響發生概率。因此，合理控制摩擦片燒蝕層厚度，改善燒蝕工藝，表面進行特殊處理（如增加具有較高摩擦系數的涂層）或者開發不燒蝕材質摩擦片可有效改善銹粘盤異響的發生；

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節，該過程為了保證摩擦片的一致性，需經過多次壓制和放棄處理。在壓制過程中，組織內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，表面會有氣體溢出線（我們稱之為表面氣泡，宏觀表現即為氣孔），此氣體溢出位置不僅會導致材質內部強度不足，而且可加快材質發生電化學腐蝕。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，酸性條件下容易發生腐蝕。因此，可通過調節摩擦片 pH值使材質偏于堿性，有助于改善銹蝕的發生（一般要求：低金屬大于 7，NAO大于 10）。

4.2 對偶件 -制動盤

銹粘著異響是摩擦片制動盤銹蝕產生，通過改善制動盤也可明顯改善銹蝕發生。

4.2.1 制動盤材質

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

4.2.2 對制動盤表面進行涂層防護處理

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

4.2.3 對制動盤進行 FNC處理

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

另外，定期對車輛進行維護，如果要長時間停放，需經常挪到，避免 EPB長時間工作造成粘盤異響。

參考文獻：

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

[2]電子駐車制動技術簡介 [J]. 汽車運用 .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， 2014，06，223-225.