煞車「突然」失靈?(上)

最近常在新聞裡看到大型遊覽車出事的畫面,我想利用這個機會做一些自認為重要的解釋,也表達一些對台灣交通的意見。

首先,不知各位是否有注意到,這些大型遊覽車出事的情況都很類似 – 幾乎總是在下坡多的路段,彎多的路段,或高速公路出口交流道(下坡+彎道)。這樣的事故為何沒有發生在上坡路段或是直線路段?還有,駕駛人(如果他幸運生還的話)幾乎異口同聲的把責任推給 “煞車突然失靈”,這是怎麼回事? 這麼多的事故,煞車為什麼不在上山的時候失靈,或(鮮少)在直線路段上失靈?

我知道這樣講很馬後炮,但事實是自從去年我回台灣後第一次看到這樣的新聞時,便立刻想到極可能的原因。新聞媒體常胡亂猜測事故的原因不外乎:車速過快,路段危險,駕駛人疲憊分心,使用再生胎(這的確是一個很嚴重的問題,可是不能解釋為什麼事故不發生在上坡路段)等。但是這些都是一些枝節的問題,而不是這類型事故的原因。在我第一次聽到駕駛人於事後形容煞車突然失靈時,我就知道原因只可能有一個。果然,這次陽明山事故的調查結果證明了真兇的身份如同我想 – brake fade,中文或許是叫它 “煞車疲乏”。

任何跑車或賽車迷,或常閱讀汽車刊物的人相信都對這個名詞很熟悉。Brake fade在跑車界是一項衡量跑車性能的重要項目,在賽車界更是極度重要的課題,為了要防止煞車疲乏,許多F1車隊經常要在空氣力學下很大的工夫,而許多歐美汽車媒體近年來對BMW轎車/跑車最多的批評也在於它們(相較於同等級的競爭廠牌)太容易煞車疲乏。

煞車疲乏會發生在任何利用所謂 “摩擦力煞車系統” 的交通工具上。幾乎所有路面上的日常交通工具,從機車、房車、轎車、跑車、越野車、公車、遊覽車、卡車,甚至火車都在這個範圍內。煞車疲乏發生的機制主要有兩種,其一為煞車油的沸騰氣化,其二為煞車碟與煞車鉗塊(brake pad)之間遭氣體隔離,無法產生正常摩擦力。會導致這兩種機制啟動的原因同為高溫。簡單的說,當煞車太熱時它會失去平時的性能。

煞車疲乏的症狀是,當駕駛人踩下煞車踏板時,踏板竟然像棉花糖一樣的完全軟陷下去,而車速無法如預期中減緩。一般而言,這樣嚴重程度的煞車疲乏是不會無預警發生的,而是駕駛人需要逐漸增加踩煞車踏板的力道,直到煞車疲乏至無法及時減速而發生事故為止。但是,根據我的經驗,一般的駕駛人沒有這方面的知識,更沒有對車子駕駛狀況注意或愛護的細心,因此煞車力道逐漸減弱,需要逐漸用力踩煞車踏板這樣的預警細節,竟然多數的駕駛人都不會注意到,或是即使注意到了也只不以為意的想 “下次保養時再讓人檢查”,以致煞車無法及時減速時,驚慌的駕駛人才會誤以為是煞車系統 “突然失靈”。

高溫會導致煞車油到達沸點而氣化。我們都知道,液體(如煞車油)是無法壓縮的,但是氣體卻很容易壓縮,因此當煞車油在煞車系統裡(通常是接近煞車碟的管線部份)氣化後,會出現煞車踏板軟陷無力的現象,使得煞車鉗無法以正常力道制動。另外,過高的溫度也一定會讓brake pad(煞車鉗上的摩擦塊)分解。 一般的brake pad都是由有機化學物形成的高分子材料,加上不同配方的膠脂(resin)固定。過高的溫度會讓resin分解氣化,形成一層隔離煞車鉗與煞車碟的薄薄氣體,導致踩下煞車踏板時有軟綿綿的感覺,而煞車無法以正常力道制動。壞消息是,通常在過度高溫的狀況下,煞車疲乏的這兩種機制很可能會同時作用,而駕駛人越覺得煞車力道不夠,就越用力踩煞車,讓溫度再升高,情況反而更惡化。

那麼有什麼情況會導致煞車系統產生過高的溫度呢?當然是當它必須將大量的動能(kinetic energy,Ek)轉化為熱能的時候。大量的動能來自於每個人都知道的公式,Ek = 1/2 * m * v^2,也就是說,重量與速度平方。很明顯的,跑車與賽車由於高速行駛的需要,必須盡量減輕車身重量來減少煞車疲乏。(另一個減輕重量的好處是撞車時的能量也較小!所以,誰說轎車比跑車安全的?)房/轎車/公車/遊覽車/卡車的配備考量主要在成本,因此煞車油與brake pad幾乎都是用低價的低沸點產品。遊覽車、公車與卡車更是普遍使用鼓式煞車,而長久以來鼓式煞車的弱點就在於散熱不良,對煞車疲乏特別敏感。

 

再次分析最近一連串遊覽車事故的情況,便不難發現各種適合導致煞車疲乏的條件都齊聚了:

1. 遊覽車的大噸位重量,產生極大的動能,讓煞車系統溫度飆高。

2. 煞車時,重心會向前輪轉移(因此前輪的煞車碟總是比後輪大,以利散熱,或是前輪碟煞後輪鼓煞),造成前煞的消耗較快,而在下坡時,重心轉移的現象更被放大。

3. 下坡道速度很容易比上坡道快,因此使用煞車的機率大為頻繁。

4. 若是在塞車的車陣中,悶熱又不流通的空氣只會提高煞車溫度。

5. 即使沒有塞車,不良的駕駛習慣很容易在下坡路段產生煞車疲乏。

 

還有一個重要的線索,顯示這些事故是煞車疲乏所造成的。在這些事故中,遊覽車幾乎都是來不及煞車過彎,由車頭先撞上障礙物。事故現場的證據很明顯的告訴我們,這是轉向不足造成的後果。這當然是煞車疲乏導致減速不及,過高速入彎所造成的轉向不足(車頭重量也有影響),任何看賽車的人都應該一目瞭然。關於煞車疲乏,只要上網輸入brake fade causes便有許多網站有清楚的解釋。

我住在南投縣的深山裡,下山時常注意到許多車子的煞車燈長時間、頻繁的亮著。這是非常不好的駕駛習慣!這樣的習慣反映出兩件事:

一,普遍 “慢就是安全” 的心理。

二,駕駛人的腳不斷的在煞車踏板上輕輕踩著,以控制速度。 這樣子的駕駛方式無非是不想讓車速太快,但其實長時間的輕踩煞車是最耗損煞車系統的駕駛方法,因為熱能會不斷的聚集而無法消散。正確的煞車方式,尤其是在下坡時,應該是明確而短暫的煞車,隨即確實放開煞車踏板,讓煞車有足夠的時間由氣流降溫。一般而言,當發生煞車疲乏的現象時,最好的辦法就是減緩車速(不要 再踩油門了!試試降到低速檔讓引擎幫助減速!),放開煞車踏板,讓煞車能夠自由散熱,或停在路旁休息一陣子。若是想要慢慢的下山,那麼就應該一開始便使用低速檔下坡,或盡量不要踩油門加速。路況允許時,高速並不是問題,只要煞車能有足夠的放鬆時間散熱,那麼它就可以應付高速急停的需求了!

關心這些事情的人,也許平常也有發現許多沙石車,大卡車與客運,遊覽車在車胎內側會冒出一陣陣的水蒸氣,這是好現象,因為那表示煞車的水冷系統正常的運作。利用噴水在鼓煞上,協助降低溫度,以防煞車疲乏,這是很實用的安全系統,可惜陽明山出車禍的那位駕駛忘了(或不知道?)要啟動它….

我時常坐各個客運公司的車回台北,經驗多了,我發現這些大車(卡車,沙石車,客運,遊覽車)的駕駛人在行駛的速度都太快了!身為一個真正的賽車迷,我很想提醒他們在駕駛的不是小轎車,而是數噸重的龐然大物!數噸重的龐然大物對車胎與煞車的耗損力可是小轎車的好幾倍,煞車時的動能轉換為熱能也是小車的好幾倍,安全距離當然應該是小車的好幾倍!但是不管在城市裡或高速公路上,這些大車駕駛人完全沒有保持安全距離,而警察對此視若無睹,只忙著抓稍微超速的小轎車!