Tech Talk | 高性能汽车为何偏爱定钳

本期Tech Talk，我们邀请到了蔚来整车工程部制动工程师E.陈与M.马，和我们分享汽车制动的原理与技术路线，以及如何为高性能电动车打造一款适用的高性能定钳。

在汽车赛事中，伴随着车辆从弯道呼啸而过，车轮内有时会出现一圈“红晕”，这是制动盘在剧烈制动时的高温所产生的现象。制动系统作为汽车底盘的四大系统之一（另外三个为传动系统、行驶系统、转向系统），是驾驶乐趣与驾乘安全最重要的保障。

汽车制动是通过摩擦片与制动盘接触、摩擦，持续将动能转化为热能并散至空气中，以实现减速的效果。制动盘发热是因为制动的原理遵循能量守恒定律（能量只会转化或转移，且总量保持不变）：发动机通过将化学能转化为动能实现车辆运动，制动时也需要将多余动能“消耗”。

驾驶员可以轻松通过刹车让数吨重的车辆减速，则是通过帕斯卡定律来实现（封闭且不可压缩的液体对压强大小不变的传递）：施加在制动踏板的力，经助力器放大进入主缸的小活塞并对油液产生压力。油液通过油管进入各车轮的轮缸，相同的压强在轮缸的大活塞生成更大的压力，进而推动制动钳压紧制动盘。在整个力的传递过程中，驾驶员踩在踏板力可以被放大200倍之多！

目前主流的汽车制动系统从原理上分为鼓刹与碟刹，碟刹又根据卡钳类型分为浮钳与定钳。它们在制动器效能（制动器在单位输入压力的作用下所输出的力矩）、热稳定性（连续制动发热后的制动效能）、耐磨性、噪音、成本等性能指标中各有优势。货运、民用、赛车都有自己的制动策略。

1900年，德国工程师威廉·迈巴赫（迈巴赫品牌创始人卡尔·迈巴赫的父亲）设计出了最早的汽车鼓式制动器（鼓刹），原理是通过液压推动刹车鼓内的刹车蹄片与刹车底板摩擦实现制动。鼓刹的优点是大摩擦面积实现的大制动力，且制造成本低，适用于货车及早期小汽车。但缺点也是因为相对密封的“鼓”导致散热性一般，容易在过热后制动力下降。

1902年，英国工程师佛雷德里克·威廉·兰切斯特设计出汽车盘式制动器（即碟刹），原理是通过制动卡钳活塞挤压摩擦片夹紧并阻止随车轮转动的刹车盘的方式实现制动。虽然早期金属材料的技术局限与恶劣的路况限制了其发展，但随着技术的成熟与路况的提升，碟刹制动效能稳定、散热快的优点很快成为很多车型的标配。

其中，定钳能同时从两侧抱紧制动盘，施加的摩擦力更均匀、不容易偏磨，耐久之后拖滞（即阻碍制动盘转动的力矩，越小意味着更长的续航）更小，且可通过增加活塞数以及更大的摩擦片面积实现更高性能，尤其是抗热衰退性能。因此高性能汽车偏爱定钳。一般会配备于前轮。浮钳虽然某些性能略逊于定钳，但结构紧凑且可集成驻车系统，一般会布置于后轮。

除了碟刹的制动形式，制动盘的结构、材质也可以极大提升散热性能与坚固性。从最基础的金属实心盘，到内部增设导流槽的通风盘，再到增加表面导流槽与散热孔的打孔开槽盘，精巧的结构在提升散热效果的同时，也需要更坚固的材质支撑，于是可承受超1500℃的碳陶瓷材料也被应用其中。但是民用车特别是电动车拥有能量回收系统，因此铸铁盘足以满足需求，是绝大多数民用车的较优选择。

在燃油车时代，定钳往往是少数高性能乘用车的专属，浮钳也能满足日常使用。随着智能电动车的兴起，主打高性能、配备双电机的车型，其电动机功率、扭矩已远超大排量内燃机的性能。同时，由于搭载电池，整车质量提升，因此需要更强劲的制动表现。

以布雷博（Brembo）为代表的高性能制动系统供应商，不仅能提供符合技术要求的定钳产品，汽车品牌借助供应商已有市场声誉，也可以快速建立在消费者心中的高性能认识。例如EC7标配Brembo四活塞定钳、可选装六活塞定钳及更大尺寸的打孔通风制动盘。通过选装，整备质量2.4吨的EC7不仅可实现33.9米的100km/h → 0km/h制动距离，且在0km/h → 130km/h → 0km/h的10次全力加速与制动中，制动距离几乎无衰减。

面对不同车型快速优化迭代的需求，以及供应链管理方面的需要，蔚来首先尝试与合作伙伴联合自研。例如蔚来ET5前轮搭载的NIO高性能四活塞卡钳，采用铝合金铸造工艺，相比铸铁材质，刚度提升10%且减重25%，制动线性度更高，制动响应更快，百公里制动距离33.8米。

这款卡钳申请了四项专利：固定式制动卡钳质量块、固定式制动卡钳主动回位弹簧、外接式硬油管固定卡钳结构、NIO自研高性能铝合金活塞定钳外观。其中，主动回位弹簧，显著减少了摩擦片与制动盘的拖磨，整车拖滞力矩下降2N·m，整车续航可提升3km左右。值得一提的是以蔚来X-Bar为灵感的定钳外观，是自2022年5月5日世界知识产权组织（WIPO）《工业品外观设计国际注册海牙协定》生效后，中国首批申请的专利之一。

更强劲、更稳定、更轻量是汽车制动系统研发不变的方向，在智能电动车时代，车辆制动除了制动系统之外，动能回收系统也是车辆减速的另外一大利器，两个系统相得益彰，高效能量回收的同时让驾驶更平顺。欢迎用户和我们分享使用体验与优化建议，一起让每一次出行更安心愉悦。