浅谈EPB粘盘异响产生机理及其预防

　　1 引言
　　电子驻车制动系统(EPB：ElectricalParkBrake)是指将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。与传统的手动驻车制动系统相比，电子驻车制动系统具有以下优点：
　　(1)舒适与方便：a、车厢内手驻车制动杆由触手可及的电子按钮替代，降低了驾驶者尤其是女性驾驶者的操作强度;b、为车厢内、外留出更多的间，便于配置其他设备;c、具备坡上自由起步，当发动机熄火后自动施加驻车制动;d、制动力不会因人而异，出现偏差。
　　(2)安全性高：a、不会溜车，总能施加最大驻车夹紧力;b、具有自我诊断功能、后轮动态模式时具防抱死制动功能，不仅能够实现静态驻车、静态释放(关闭)、自动释放(关闭)等基本功能，还增加了自动驻车和动态驻车等辅助功能，使得驾驶更安全、更方便。
　　(3)成本合理：a、设计简介，体积小而紧凑;b、仅采用一个作用器单元，可适用于所有车型和制动类型，组装时无须特殊调整。
　　随着技术的发展和进步，EPB也会进一步完善，其操作性能会更加方便、舒适和简单，使其在汽车工业具有广阔的发展前景和应用潜力。然后，EPB工作时较大的夹紧力容易使摩擦片和制动盘发生锈蚀，致使摩擦片粘附到制动盘上，造成车辆异响、抖动、甚至无法启动等问题，严重阻碍EPB的市场应用和发展。
　　2 粘盘异响产生分析
　　当拉上EPB按钮，电机会通过制动钳给与摩擦片夹紧力F，使其夹紧制动盘。一般情况下，EPB夹紧力F都大于15KN，远远高于传统手刹夹紧力，如果长时间在潮湿环境下驻车，容易使摩擦片和制动盘发生锈蚀。左边是NAO材料摩擦片，右边是低金属材料摩擦片分别与制动盘锈蚀粘盘照片。当摩擦片与制动盘表面的锈粘着力F1大于摩擦片本身的剥离力时，较大的锈粘着力会使摩擦片表面材料粘附到制动盘上，致使汽车行车时发生异响甚至抖动。如果锈粘着力较大，会致使整块摩擦片粘附到制动盘上，导致汽车无法行车。
　　3 锈蚀粘盘机理
　　汽车制动盘大都是铸铁件，当处于特定的环境、气候、温度、湿度等条件下，会发生不同程度的腐蚀，而这种腐蚀多属于电化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电介质发生电化学作用而发生破坏。
　　当铸铁件(主要成分是Fe)处于干燥、相对湿度较低情况下，铁表面凝聚的水膜酸性一般较弱或是中性溶液，则发生反应：
　　负极：2Fe-4e=2Fe2+
　　正极：O2+2H2O+4e=4OH-
　　总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
　　生成的Fe(OH)2被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3附着在铁的表面生成铁锈：
　　4Fe(OH)2+2O2+2H2O=4Fe(OH)3
　　当铸铁件处于高温、潮湿空气中时，表面凝聚了空气中较多水分，由于水中溶解有氧气、二氧化碳、二氧化硫或其他盐类，结果形成了一层弱酸性电解质溶液薄膜，发生反应：
　　HOHOH2+ +
　　COHOHCOHHCO22233
　　这样铁相当于放在含有H+、OH-、HCO3-离子的溶液中，铁作为阳极，杂质作为阴极，形成千千万万个微小的原电池，发生电化学腐蚀。
　　负极：Fe-2e=Fe2+Fe2++2OH-=Fe(OH)2
　　正极：2H++2e=H2
　　总反应：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2
　　如果环境恶化，酸雨的增加或环境的变化或者温度升高湿度加大，都会导致电化学腐蚀的加剧。当EPB工作时，摩擦片夹紧制动盘在特定的环境下形成原电池造成腐蚀，可分为微观腐蚀和宏观腐蚀两大类。
　　3.1 微观腐蚀电池
　　铸铁制动盘表面的电化学不均匀性，使金属表面形成许多微小的电极。而造成这种金属表现电化学不均匀性的主要因素如下：
　　(1)金属化学成分的不均匀性。目前工业中应用的都非纯金属，常常含有各种杂质(如碳化物、石墨、硫化物等);
　　(2)组织结构的不均匀性。铸铁件金属内部不同组织区域由于夹杂、偏析、晶粒间界和晶面异向等;
　　(3)铸铁件状态的不均匀性。材料在机加工过程中产生的粗糙度、应力及变形等;
　　上述因素是铸铁制动盘不可避免的缺陷，由于本身存在的成分不均、组织结构差异、状态的不均匀性，致使制动盘表面形成许许多多短路微电池，造成制动盘腐蚀。
　　3.2 宏观腐蚀电池
　　(1)异种金属接触电池。又称腐蚀电偶，即连接的不同电极电位的金属或合金浸于电解质溶液中，电位负的金属遭到腐蚀，电位正的金属得到保护。汽车用摩擦片中，一般都含有金属铜，当摩擦片夹紧制动盘时，容易构成腐蚀电偶，造成制动盘腐蚀;
　　(2)浓差电池。液相中存在金属离子的浓度差、介质离子浓度差、氢离子浓度差、氧或其它氧化剂浓度差，使金属的不同部位形成浓差电池。EPB工作，制动盘与摩擦片在夹紧力的作用区，氧浓度较低，而未与摩擦片接触区域氧浓度较高。当处于潮湿环境中时，就会形成氧浓差电池，加剧制动盘的腐蚀;
　　(3)温差电池。系统外界条件如温度的差异、光能的不均匀分布等可能产生温差腐蚀电池，温度高的部位，铁成为阳极而腐蚀。
　　另外，环境条件也是造成腐蚀的主要因素，如相对湿度、温度、降雨尤其是酸雨、沿海地区的海水、固体粉尘、道路环境(如路面上的防冻盐)等都会造成汽车制动盘和摩擦片腐蚀。
　　4 粘盘异响改善措施
　　锈粘着产生的异响粘盘问题，可从摩擦片、制动盘两方面进行改善：
　　4.1 摩擦片
　　一般车用摩擦片按材质中含铁量的大小可分为半金属、低金属和NAO型摩擦片，主要由有机粘结剂(如：酚醛树脂、改性酚醛树脂)、增磨材料(如：SiO2、Al2O3、氧化锆等)、减磨材料(如：石墨、蛭石、二硫化钼等)以及填料(如：高岭土、硅藻土、碳酸钙)等十几种有机无机物质组成。由于摩擦片是混合物，具有很强的可调变性，通过改善摩擦片各项性能可有效改善绣粘盘异响问题。
　　4.1.1 提高摩擦片表面强度
　　汽车整车厂为保证各车型顺利通过机能检测线，一般都会对摩擦片表面进行烧蚀处理以提高摩擦片初始摩擦系数。而烧蚀不仅会使摩擦片表面的有机成分部分氧化挥发，进而降低摩擦片表面各成分之间的结合强度，这会显著增加锈粘盘异响发生概率。因此，合理控制摩擦片烧蚀层厚度，改善烧蚀工艺，表面进行特殊处理(如增加具有较高摩擦系数的涂层)或者开发不烧蚀材质摩擦片可有效改善锈粘盘异响的发生;
　　4.1.2 改善摩擦片气孔率
　　摩擦片工艺过程中必不可少的压制环节，该过程为了保证摩擦片的一致性，需经过多次压制和放弃处理。在压制过程中，组织内部的气体被压出并通过表面释放出来，如果气体在某位置比较集中释放，表面会有气体溢出线(我们称之为表面气泡，宏观表现即为气孔)，此气体溢出位置不仅会导致材质内部强度不足，而且可加快材质发生电化学腐蚀。因此，通过降低摩擦片气孔率也可有效改善锈粘着的发生。
　　4.1.3 提高摩擦片pH值
　　摩擦片pH反映的是材料的酸碱性，酸性条件下容易发生腐蚀。因此，可通过调节摩擦片pH值使材质偏于碱性，有助于改善锈蚀的发生(一般要求：低金属大于7，NAO大于10)。
　　4.2 对偶件-制动盘
　　锈粘着异响是摩擦片制动盘锈蚀产生，通过改善制动盘也可明显改善锈蚀发生。
　　4.2.1 制动盘材质
　　制动盘大都采用灰铸铁，而灰铸铁本身就容易生锈，如果控制不好，锈蚀会更加严重。因此，需严格控制制动盘本身材质，特别是磷含量和硫含量(都应小于0.1%)，或使用高性能、耐腐蚀制动盘来降低锈粘盘的发生概率。
　　4.2.2 对制动盘表面进行涂层防护处理
　　制动盘表面增加涂层，如表面喷涂Geomet或者Dacromet不仅使制动盘外观精美，而且可有效防止锈蚀，抑制锈粘盘的产生;
　　4.2.3 对制动盘进行FNC处理
　　铁素体氮碳共渗处理简称FNC(FerriticNitro-Carburizing)技术。经过FNC技术处理的制动盘不仅可降低磨损，增强使用寿命(平均寿命是未经FNC处理制动盘寿命的2倍多)，而且具有很强的防腐蚀，大大改善制动盘锈蚀;
　　另外，定期对车辆进行维护，如果要长时间停放，需经常挪到，避免EPB长时间工作造成粘盘异响。