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■ 营管课 钟国良
一、前言
车辆研究开发阶段均会规划一系列完整之实车动态试验，如加速性能、煞车、操纵安定性、振动噪音、耐久与车辆综合评价（动态与静态）等等，其中煞车检测与评估是重要一环。各种试验之付诸执行，除确认设计品质是否合乎产品之品质目标外，对了解产品特性并提供业务单位如何在市场致胜关键提供强而有力之评估资讯或佐证资料。
（一） 实车动态试验分类
在介绍动态煞车试验技术之前，首先就实车动态试验之分类作一简单说明。车辆行驶时依其不同方向之运动特性可将试验项目区分为性能、耐久与其他。以图1为例：
X-轴：代表车辆於纵向之运动特性，此类特性大致归纳属性能（performance）。如动力性能（power-train performance）、煞车（braking）。而动力性能又可分为起跑加速（standing acceleration）、超越加速（overtaking acceleration）、爬坡（climbing）、极速（maximum speed）。煞车又可细分为：效能（stopping distance）、效力（effectiveness）、驻车（parking brake）、部份失效（partial failure）、衰退回复（fade & recovery）、浸水与回复（water & recovery）、异音（squeal）、抖振（judder）、防锁死煞车系统（ABS）等等。
Y-轴：代表车辆於横向之运动特性，此类特性大致亦归纳属性能类，主要为操纵性与安定性（handling & stability）之评估，如曲行（slalom）、车道变换（lane change）、转弯煞车（brake in turn）等等。
Z-轴：代表车辆於垂直向之运动特性，此类特性大致归纳属乘适性与耐久性，如撞击坑洞之冲击感与衰退快慢。在此值得附带一提的是车辆执行耐久试验之内容或程序，主要乃依据（或言为了重现）车辆於实际市场之使用情况为基础所规划，而所谓之实际市场之使用情况又以撞击坑洞程度与驾驶风格为主要考量，如图2，由於此方面所涉及之因素相当复杂，因此车辆试验界通常称此方面之规划技术为耐久哲学（durability philosophy）或耐久艺术（durability art）。
其他：除上述分类外，依试验功能大致尚可区分：
1. 运转性（driveability）：非探讨底盘特性或动力性能，而仅就引擎运转之平顺程度进行评估，如起动性（start engin）、惰速稳定性（idle stability）熄火（engine stall）、反应延迟（hesitation）等等。
2. 综合主观评价：包含动态之动力性能、煞车、操安、乘适、振动噪音与静态之使用便利性、实用性、出入空间、品质感、内装、外观等等。
3. 保安防灾：评估车辆各区域（如引擎室）之油、电管路间隔是否隐藏危险。
4. 路面干涉：评估车辆接近人行道、分隔岛或坡道等时是否相互干涉。
5. 耗能：定速油耗、续航能力。
（二）实车动态试验要件
顾名思义，实车动态试验乃以人驾驶车辆於一场地进行各项动态试验或量测，执行本项试验之前必须具备下述要件：
1. 具备合适试验场地，场地必须有足够安全之区域且应为平坦、清洁之坚固路面。试验区路面纵向坡度一般要求在1 ％以下，横向坡度一般要求在2 ％以下。
2. 具必要仪器设备等硬体，以撷取必要之试验参数或进行分析。
3. 驾驶人之检测知识与操作技术。检测知识首重车辆动态特性，而操作技术需求而言，则要求应能掌握车辆於当时试验条件（速度、载重、路面、操作条件）时之车辆特性与万一发生紧急事故（侧滑、失控、爆胎）之应变能力，尤其是执行极速、煞车、操纵性、转向与安定性项目等之试验，此类技术需求更应严格要求。
图 2
二、动态煞车试验技术
（一）煞车特性
执行任何车辆系统试验之前应对该系统有基本之认识，包含构造、原理与特性。就煞车试验而言，除一般教材可见之煞车构造与原理外，此处就几点重要之煞车特性提出说明。
1. 煞车力分配
同一路面与速度下，车辆煞车时前后轮所需之煞车力与当时之载重与轴重分配有极大之关系，依动力学平衡力矩可导出如图3之关系图，其中（A）为轻载理想煞车力曲线，（B）为满载理想煞车力曲线。然此理想曲线在实际上车辆并无法设计出如此完美之煞车系统，仅能尽可能设计/制造一个特性接近理想煞车力曲线之实际煞车系统。若实际煞车系统於当时之载重条件偏离理想煞车力曲线严重时，将会发生煞车力过大（车轮提早锁死、安定性差）或煞车力不足（煞不住）之现象。实际之曲线若先碰触浅绿色线将发生前轮先锁死，反之若先碰触灰色线将发生后轮先锁死。
2. 比例阀
一部乘用车之煞车系统通常有比例阀（PV，proportional valve），能将从总泵输出至后轮之油压作适当降压，以保持与前油压一定之比例关系（如理想煞车力设计曲线图3之P点即为比例阀作动点）。
图3 煞车力设计曲线图
对於载重量变化较大之车种（如Van, Wagon） ，通常原厂会配置荷重感应式比例阀（LSPV，Load Sensing PV），亦即比例阀作动点会依当时车重状况自动调整，如此将能使实际煞车力曲线更接近当时载重条件下之理想煞车力曲线，可提高煞车效能与安定性。
3. 煞车与车辆稳定性
车辆煞车时由於重量转移，致前轴轮负荷及抓地力增加而不易锁死；后轴轮因负荷及抓地力减少易锁死。因此煞车系统於设计阶段就必须分析车辆相关规格（如空车重、载重、重心高、轴距等），选用合适之零件规格，使前后轮之实际煞车力曲线不管在各种使用情况时均能接近理想煞车力曲线。而车辆动态试验执行之目的之一乃在确认煞车设计品质是否符合预定目标，若实际之煞车力曲线设计出前后轮不协调（亦即煞车力过大）导致车轮提早锁死，将对车辆之安定性产生严重威胁，如图4。
滑动率 =（车速－轮速）/车速 ×100%
其原因如图5。车轮锁死（滑动率=100%）时将失去侧向抓地力（μL=0），因此煞车过程中若前轮锁死将造成车辆失去方向控制性（方向盘转向失灵）；后轮提早锁死将导致稳定性差而失控，甚至摆尾（spin）；若半连结车之第二轴锁死，将发生摺叠现象。对於一部行驶中之车辆发生上述情况均相当危险尤其是后二者尤甚。为避免此类情形，煞车系统设计时应对此种现象加以控制（如PV之设计，加装ABS），使前轮具有较后轮先锁死，或防锁死之特性。
图5 摩擦系数与滑动率关系
4. 煞车油
煞车油在煞车系统中扮演压力传导媒介的角色，由於煞车油沸点具随著含水量增加而降低特性（煞车油含水量会与日俱增），对煞车使用具重大影响，故煞车油建议应定期更换。
5. 碟式与鼓式煞车差异
一般人常有碟式煞车较鼓式煞车佳（煞停距离短）之误解，以下就两者重要差异提出比较。
（1）碟式相较於鼓式之优点
a. 碟式散热性较佳，故连续或反覆使用时较不会造成煞车衰退（效能降低）或因气锁（vapor lock）而造成煞车突然失灵现象。再且，鼓式的煞车鼓受热后直径会增大，造成煞车时踏板行程加大，煞车反应不如预期；而碟式的煞车盘受热后虽直径增大，却不会造成类似问题，如图6所示。因此鼓式煞车之车辆驾驶人应特别注意避免连续煞车造成高温衰退现象。
b. 煞车系统反应快速，就加装ABS而言，可提供较高频率之建压/释压次数。
c. 踏板踏力(input)与车辆减速度（output）呈线性关系，驾驶人可较随意地调整踏板踏力以控制速度（踏板线性感较佳）。
d. 构造简单维修容易
（2）碟式相较於鼓式之缺点
a. 驻煞车（手煞车）安装不易，且无自紧（self -energizing）作用，故设计上须较大之油压或操作力。部分后轮碟式煞车车辆设计有另一组鼓式驻煞车机构就是此因。
b. 来令片之磨损较大，致更换频率可能较高。
c. 成本较高。
（二）煞车试验项目
煞车作用乃是将车辆动能转换成热能，正常情况下此热能大部分由轮煞车来令片及煞车碟（鼓）所吸收。为评估或衡量一部车煞车系统性能，通常订定一些试验项目或程序，常见有下列几项。
1. 效能试验(stopping distance)：
一般乃指最佳煞车距离而言，而对踏力之要求则较专注於车轮接近锁死之范围，法规之订定常以此项目作为基础。
2. 效力试验(effectiveness)：
乃煞车系统（如踏力或液压）与出力（如煞车距离）之关系表现。此试验项目通常为车辆开发阶段或问题点确认时所广泛使用。如图7。
图 7
3. 安定性（stability）：
煞车行为所牵涉之安定性有方向安定性、热安定性与水安定性3种。
(1) 方向安定性：煞车时，由於前后轴力矩或左右轮煞车力分配不均所产生。若前轮锁死将失去方向控制性；若后轮锁死，则将发生摆尾现象，车子之稳定性变得极差。
(2) 热安定性：指来令片温度上升时其摩擦系数变化之安定程度，又称为热衰退或衰退回复性能。
(3) 水安定性：指来令片表面湿润时其摩擦系数差异之安定程度，又称为浸水回复性能。
4. 作动反应时间（reaction time）：
气压煞车之作动延迟性较液压煞车明显，因此对气压煞车而言应考虑此种延迟性，近年世界法规调合结果显示，乘用车液压煞车系统之作动反应时间亦是法规订定项目之一。
5. 部份失效安全性（secondary brake system）：
煞车系统除提供正常情况下煞车作用外，在煞车系统部份失效之紧急失效情况下（如回路部份失效，辅助操作装置失效），亦应能提供一定程度之减速作用，使车辆於合理之距离内停车，确保行车安全。
6. 驻煞车（parking brake）
指车辆於斜坡之驻停能力与操作力，上下坡方向均要确认。
（三）煞车试验法规/标准
本节提出世界主要煞车标准或法规，并就其内容作一比较。再则就我国中国国家标准（CNS）中相关动态煞车试验之内容作一汇整说明。
1. 一般执行动态煞车试验时所参考之世界主要煞车标准或法规如表1。其内容比较如表2。由表2大致可知，动态煞车试验中有几项是必要且基本的，如煞车效能（煞车距离）、煞车(方向)安定性、衰退回复性、斜坡驻车能力与部份失效。至於浸水回复应是美国对液压煞车系统较独特之要求项目。其中ECE R-13H乃适用於乘用车（小客车）煞车试验之世界法规调和版。
表 1
表 2
表 3
2. 我国中国国家标准（CNS）中，以汽车而言，相关动态煞车试验之内容或试验项目，就系统之完整性而言，或许有修订空间。举例说明如下：
(1) 一个完整之试验架构，应涵盖所有车种与必要之试验项目。日本乃依小客车、大型车区分为主要架构；美国则以液压、气压煞车系统为架构；欧盟虽各车种整合为一，但内容乃可以车种区分（M，N，O类）。各国无论如何区分，对应之内容均包含必要之试验项目，如表2。
(2) 目前CNS中相关液压煞车之试验方法有二项，一为CNS D3198架构上与美国之N0-105近似；另一为CNS D2201『汽车用防锁死煞车系统』，架构上与ECE（或EEC）近似。虽就D3198中所规范之试验项目已近完整，然因应未来APEC法规调和，且美国有N0-135取代N0-105之前提之下，未来仍可能会因与其他法规之调和而有修订之可能。
(3) 相关大型车（或气压煞车）之试验标准而言，目前CNS中规范有静态试验之D3109『汽车用气煞车试验法』与动态试验之D3114『货车、大客车常用煞车』、D3144『联结车路段常用煞车试验法』，且均对应有性能要求。然此些气压煞车试验标准之建立已过17年岁月，内容上除欠缺ABS试验外，亦可能与D3198『液压煞车系统试验法』有重叠之嫌，考虑不同之煞车特性应有不同之试验项目，此也应於未来修订应考虑之处。
（四）煞车试验仪器需求
煞车试验量测参数一般包括：车速（如图8）、轮速（如图9，ABS 试验时）、油压、距离、减速度、踏力、煞车踏板行程、来令片温度热电偶（thermocouple，安装在接近煞车来令片摩擦面中央位置之嵌入式热电偶）。另执行ABS试验时，需有适当装置显示低μ至高μ之路面交接点（如ABS实例说明）。
对於仪器之精确度一般要求如下：
1. 车速计之精确度为±1 km/h以下。
2. 油压计之精确度为±1 kg/cm2以下。
3. 轮速计之精确度为±1 km/h以下。
4. 距离、减速度、踏力、煞车踏板行程之精确度一般要求为 ±1 ％以下。
（五）煞车试验条件
执行动态煞车试验时会影响试验结果之相关条件均应加以规定并记录之。
1. 车辆状态
(1) 车重：区分轻载重（unladen）、最大载重（满载 laden，GVW）。其中轻载重通常为其空车重加上约180 kg(含驾驶者及必要之试验仪器重量)，最大载重依制造厂规定。部份车厂针对部份载重范围大之车种，除上述二种条件外，会增加所谓正常载重（normal loading）之条件。各国对试验车重之规定如表4。
(2) 轮胎胎压：应符合车辆制造厂规定於最大载重状态时之胎压（冷态时确认）。
(3) 排档杆控制：除磨合、衰退回复、浸水回复等试验外，一般皆置於空档位置。
(4) 引擎：引擎惰速、点火正时及调速器等等之调整，均依制造厂之规定。
(5) 车辆开口：所有与外界相通之开口，如：车门、车窗、引擎盖、后行李箱、顶篷、装货门，均须关闭，但因试验仪器安装之需求者除外。
表 4
2. 试验路面：一般煞车试验路面应为铺设混凝土或柏油之乾燥路面；ABS试验则须包含高μ之路面(K1)及低μ之路面(K2)，且K1≈0.8；K2≤0.3。
3. 环境温度：一般要求应介於0℃至40℃之间（与衰退回复有直接关系）。
4. 风速：平均风速小於5 m／s。
5. 煞车试验之来令片温度在100℃以下；磨合时来令片温度110~130℃；斜坡驻车时则要求来令片温度在66℃以下；第一次衰退试验前，初始煞车温度需介於55～66℃之间。
6. 速度：依试验项目与车辆极速（最高可达极速之80％）而定， 煞车点一般要求在指定速度±3km/h。然就效能测试而言，仍需纪录实际之煞车初速度并依牛顿运动公式修正至指定之煞车初速度。
（六）煞车试验程序与方法：
以下就一般执行之煞车试验项目方法程序概略说明。除了磨合、部份失效试验外，其它均不能更动或调整煞车系统。
1. 磨合（run-in，burnish）：
由煞车初速度64 km／h，以减速度3.6 m/s2做200次煞停以磨合煞车装置。研究开发阶段之磨合试验，必要时应於磨合200次后检视来另片之磨合程度。於法规认证中要求试验之来令片必须为新品，因此必须执行磨合，而一系列之认证试验中亦有进行再磨合（re-burnish）之需求（如执行衰退回复后之效能试验前），此再磨合之程序与磨合相同，仅次数降低，通常为35次。
2. 效能试验
可依来另片之热履历过程区分为磨合前/后效能试验（最大载重）、轻载重效能试验与衰退后之效能试验（最大载重）。速度一般为50 km／h 、100 km／h与128 km／（或极速之80％≤160 km／h）。主要是先记录各次试验之最佳煞停距离。
3. 效力试验
将固定试验条件（载重、速度）之煞车系统从低减速度至轮胎锁死为止至少均分执行6个点并化成如图7之直线或曲线。对於轮胎锁死附近应多次确认，并加注必要之资讯（如锁死轮、前后轮锁死顺序、车辆行为、振动异音等等）。
4. 斜坡驻车试验
对於任何车辆在不同斜度、不同方向及不同负荷下之驻车煞车试验可依任何顺序来进行。对於手动式驻煞车系统操作力之量测为手握区之中央处或离作用杆末端38 mm处。
5. 部份失效试验
改造常用煞车系统管路，以造成单一次系统（或单一回路）破裂或泄漏型式之部份失效(但非共用结构破坏)。煞停之煞车初速度一般约100 km／h，记录煞停距离(m)。重复其它次系统试验。试验完成后，应将系统回复至正常状态。
部份失效亦可为煞车动力单元或煞车操作力辅助单元失效试验，对具此单元者，应使其不发生作动以试验之（如倍力器失效）。记录各次试验之煞停距离(m)。
试验完成后，应将系统回复至正常状态。
6. 衰退及回复试验：包含三部份之试验
(1) 基准检查
以煞车初速度50 km／h，减速度3 m/s2，进行3次煞停试验。求出3次煞停中各次所需最大煞车操作力之平均值。
(2) 衰退试验
由煞车初速度100 km／h，以减速度4.5 m/s2，作 5次煞停，接著再做 5次减速度介於1.5~4.5 m/s2(以可达到之最高减速度为之)之煞停。车辆须在1秒钟内达到所要求之减速度，并持续该减速度至完成煞停。煞车间隔为0.64 km，在煞停之后须立刻加速到下一次煞车初速度。此外，最后一次衰退煞停试验后，应立刻以时速50 km／h行驶1.6 km，并接著执行回复试验。
(3) 回复试验
重复基准检查程序，进行 5次煞停，煞车间隔为1.6 km。每一次煞停后，以最快方式将车辆加速到50 km／h，并维持该速度至下一次之煞停。在每次试验中应记录其最大煞车操作力。
7. 浸水回复试验：包含二部份之试验
(1) 基准检查
煞车初速度为50 km／h，以3 m/s2之减速度，进行3次煞停试验。计算3次煞停之最大煞车操作力之平均值。
(2) 湿煞车装置与回复煞停试验
将煞车装置完全放松，以车速8 km／h前进或后退行驶2分钟於水深15 cm之水槽中。离开水槽后，马上重复5次基准检查。每一次煞停后立即以最快方式加速到50 km／h，并立刻执行下一次之煞停试验。记录每次试验之操作力量。
8. 煞车安定性：试验过程中一般要求车辆不可偏离一个车道（3.75m）
9. 最终检查：检查项目通常包括：
(1) 常用煞车系统之任何零件是否有分离或破裂现象发生，如煞车弹簧、煞车蹄片或煞车衬垫等零件。
(2) 煞车装置之摩擦面、煞车总泵或煞车动力系统储油槽盖、油封及注入口等是否有煞车油或润滑油之泄漏现象。
(3) 煞车总泵或动力煞车系统储油槽之容量及标示是否符合原制造厂规定。而若有下列各项状况之一，则可能表示煞车来令片已达完全磨损：
a. 对以铆钉或螺栓固定之煞车来令片上，煞车来令片已磨损至铆钉或螺栓头处，
b. 煞车来令片表面距煞车蹄片或衬垫之固定面在0.8 mm以内。
c. 已达制造厂建议之磨损极限值。
d. 煞车系统指示灯之作动情况。
（七）实例说明
可将试验资料整理如图10（以效能试验为例）。
图 10
三、结论与建议
(一) 目前先进国家所制定之车辆试验方法无论就架构与内容而言均颇完善：而目前我国CNS系统中相关车辆之煞车试验方法与美国或日本之试验标准相近，而与欧洲系统有较大之差异。其特色为具一定之试验程序与顺序，且有多次磨合程序以确保各试验项目执行时煞车系统之条件较稳定。另两者均有规定车轮锁死情况与车辆煞车之稳定性。
(二) 动态煞车系统之试验条件均可区分有轻载、满载，空档、入挡，於实际应用或执行试验时应特别注意。尤其是载重条件之轻载状况，各标准规定不尽相同，执行试验者应特别注意。
(三) 在动态煞车试验领域中，执行试验者或驾驶人应经特别训练，尤其是效能、衰退回复与浸水回复等试验，若人员训练程度不足当车速提高时，执行此类试验将愈显得困难（胆识、车辆/速度控制、定踏力、锁死感、结果重现性）。
(四) 因应世界煞车法规之调和趋势，国内当不能自外，然一个法规或标准之适用车种必须考虑实际国情与市场使用与产业情况。小型车因属量产车型，若依欧美方式执行车辆煞车型式认证方式执行一系列完整之煞车试验项目确认当属合理；但对於大型车而言，因车体打造市场在国内尚有规模，共用同一底盘打造不同用途之车辆乃目前产业之作法，对此就大型车之动态煞车法规订定而言或许应做适度调整以免冲击过大。