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断掉的刹车踏板,该让塑料背锅吗?

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开头先问大伙一个问题,用塑料做刹车踏板,就会更容易断吗?

被踩断的刹车踏板,无疑是最近车圈最火的话题。除了争论踏板该不该断、应该承受多大压力才断,大伙最不理解的,就是尊界上这个工程塑料材质的踏板底座。


毕竟你看,有这么多友商都展示了自己的刹车总成,基本用的都是明晃晃的金属件,看着就结实。

尊界包括现在很多新势力车型,为啥放着金属不用,敢在刹车这么关键的地方用塑料呢?



首先,我们要搞清楚这回尊界断的具体是哪。

这是市面上绝大部分车型刹车踏板的结构。用来踩的踏板面(5)背后是一根长长的刹车臂(1),末端有一个转轴(4)连接在底座(3)上旋转,而踏板臂的中间会用一根连杆(2)和刹车助力系统连接来传递踏板力。


绝大部分车型包括尊界的刹车臂是金属的,连接助力机构的连杆也是金属的,都不太容易断。

会用工程塑料的,是这个用来固定踏板的底座(下图1),也就是懂车帝的测试里,尊界断掉的部分。


现在国内外的各种跟刹车强度有关的公共标准,说的都是踏面加刹车臂的强度,看它会不会形变,和底座强度相关的除了赛事和车企内部标准以外,公开可查的着实不多。

相比金属,工程塑料的亮点是密度小、重量轻。这恰恰戳到了很多车企,特别是新能源车企的G点上。

毕竟新能源车只要越轻,对应的能耗、操控和安全性也就会越好,也是因此,车企在开发新车的时候大多会设计一个整车的减重目标,再分配到车里几千个零件上。

诶,你减一点他减一点,加起来减的就多了嘛。


而把刹车踏板底座换成工程塑料,减重效果不是一般好,那是非常好。同等体积下,工程塑料的重量只有铝合金的一半,钢材的几分之一。

曾经马自达就有公开过,说自己给 MX-5 设计的玻纤强化聚酰胺 66 材质踏板,把原先 406 克的金属支架减重到了只有 67.5 克,减重幅度高达 83.4%,获得了轻量化技术奖。



当然除了轻,工程塑料的好处还有很多。

比如因为阻尼特性不同,相比金属,工程塑料的零件有着更好的抗疲劳和抗高频振动的能力,也就更不容易在日常驾驶的时候发出咯噔咯噔的异响。

而从生产制造的角度看,钢制的踏板支架想要做出复杂的结构需要先冲压再焊接,还得做各种防锈处理。

但换成工程塑料以后,就可以通过一次注塑直接成型,还不用担心防腐的事,生产的效率非常高。

也是因此,有博主统计了如今市面上百款车型的刹车踏板支架材料,其中有四成左右用的是工程塑料,普及度还是相当可观的。

然而和大伙想的一样,单从材料本身的角度看,工程塑料相比钢铁、铝合金这样的金属,那确实就是拉完了,力学性能基本没有什么优点。



就拿现在最常见的 PP+GF40 也就是掺了 40% 玻璃纤维的聚丙烯来说,这玩意本质上就有点像钢筋混凝土,主要用来受力的钢筋是里面的玻璃纤维,聚丙烯的作用就是把他们粘在一起的水泥。

这种材料的抗拉强度只有金属材质的三分之一到五分之一,弹性模量也就是刚度更是只有金属的几分甚至是几十分之一。

再加上抗蠕变性能一般,高温下强度不好保持等各种问题,车企们总不能为了减重和效率就让刹车一踩就断吧?

当然不行。这就要说到刹车踏板比较微妙的部分了。

先说一个概念啊,一个零件的强度如何,是由材料强度和结构强度共同决定的。就算材料不咋地,也可以通过合理的结构让零件变得非常坚硬。

你看瓦楞纸够软吧,但只要叠个几层,中间加个波浪形结构它就成了瓦楞纸板,够硬吧,都能做盔甲了。



用工程塑料做刹车踏板支架也是一个道理,只要做好拓扑设计,分析好支架的受力分析好传力路径,然后在必要的地方做好加强,用工程塑料做出来的零件强度并不会比金属来得低,甚至还会更高。

你看东风汽车发的论文里就写了,只要设计过硬,即使用的材料是聚丙烯和长玻纤,即使零件的重量和成本都降了,在常温、短时静态受力的设计工况下,经过拓扑优化的工程塑料踏板支架,形变可以控制得比钢制件更小。


另一篇论文虽然说的是刹车臂,但在材料和重量基本不变的前提下,仅通过优化传力路径和拓扑结构,就能将支架的极限承载力提升约一倍。


这里头的工程细节非常多,也非常考验车企和供应商的水平。

除了结构怎么设计,工程塑料里玻璃纤维的排列方式、玻璃纤维的长度大小,甚至是注塑的时候材料从哪灌进去,熔接线,也就是两股材料结合的地方在哪,都会影响最后的零件强度。

一个地方没照顾到,可能就是失不失效的区别。

比如大伙都知道的,在 2020 年的时候,就有 6 台福特野马在大力制动的时候出现踏板枢轴断裂,引发了大范围的召回。


原因是啥呢,是福特把刹车踏板支架从尼龙换成了聚丙烯,但没有优化原来的结构,导致设计裕度下降,极限工况载荷降低。

也是因此,在传统车企的流程里,刹车踏板从第一版数模到最终获批量产周期非常长,有的甚至需要三年多,里头光是零件的数字模型设计就得花个 40 周也就是九个多月,专门用来解决各种零零散散的问题的。


所以大伙应该都看明白了吧,刹车的支架材料并不是关键,怎么发挥材料的优势才是重点。

工程塑料的踏板支架本身并不是什么洪水猛兽,材料也不是影响结构强度的唯一因素。

关键在于,在把材料换成工程塑料,享受到了它在减重和生产效率上的优势以后,车企和供应商做了哪些努力来弥补它在强度上的先天不足。

车企们如果做不到花时间、花成本做优化,真不如老老实实的用最传统的金属材料。


毕竟,换成金属材质增加的这小几百克重量,真的远没有每一脚都踏实的刹车来的重要,减重提效什么的,也完全可以交给更合适的零件去做。

把那些什么能投影大灯、隔空开门去了,不比刹车踏板减重多了嘛。

撰文:致命空枪

编辑:脖子右拧

美编:焕妍

图片、资料来源:

Asahi Kasei wins 2018 Altair Enlighten Award for Glass Fiber Reinforced Polyamide 66 Pedal Bracket

Formula SAE Rules 2026 Version 1.0

古法设计验证汽车零部件:传统车企如何开发、验证和发布一根“制动踏板”-电子工程专辑

Advanced High Volume Affordable Lightweighting for Future Electric Vehicles | FP7 | CORDIS


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