坚硬 如金 刚石

不锈蚀,不会产生制动屑。保时捷表面镀层制动系统(PSCB)首次提供全新 Cayenne Turbo 标准配置。

马蒂亚斯·列伯(Matthias Leber):

马蒂亚斯·列伯(Matthias Leber):

制动专业领域负责人,也是 PSCB 背后的策划者。

您知道什么是“Widia”吗?马蒂亚斯·列伯露出自信的微笑。魏斯阿赫保时捷研发中心的高级机械工程师兼制动专家总能面向未来进行发展,因为他对过去有太多的了解,这其中就包括“Widia”—— “wie Diamant”,德文“如金刚石”的缩写,是 20 世纪初以来一种极为坚硬的材质的销售名称,它最重要的组成元素就是碳化钨。列伯对于各种材质的特性和优点了如指掌。他骄傲地看着一片光洁明亮、闪闪发光的制动盘,即使是在已使用过的状态下,还是可以挂在墙上当作镜子。碳化钨不会锈蚀,也不会升温,当然制动器外观是否美丽,并不那么重要,重要的是它的性能。

全新保时捷 Cayenne Turbo 引进世界先例,首次标配保时捷表面镀层制动系统(PSCB),表面带碳化钨涂层(化学式:WC)。这是钨和碳所形成的一种固溶体,质地非常坚硬,甚至可以切断玻璃。碳化钨是世界上除了金刚石以外,最坚硬的材料之一,硬度较灰铸铁要高出十倍,而正是出于这一点,制动系统研发人员对于碳化钨持有高度兴趣。

听起来像炼金术

如果有一种制动器的制动效果与陶瓷制动系统不相上下,同样耐高温,但却不需要成本高出三成的赛车制动摩擦片,而且磨损程度远低于传统灰铸铁制动系统,几乎不会产生制动屑,甚至不会生锈,那将会是如何?这听起来就像炼金术。然而,这可是保时捷制造的正当技术。“不过,相信我,那是一条很长远的路,否则我们早就做出来了”,列伯这么说。世界上没有奇迹,只有坚持不懈的研发工作。

赛车运动的新颖技术常常被延伸到一般道路上,例如保时捷陶瓷复合制动系统(PCCB),这是制动系统中的大师杰作,事物的绝对标杆;现代化的灰铸铁制动系统也不能小看。然而,长久以来一直存在着一个缺口,尤其是针对性能特别强大,但并非每天都会开上赛道的保时捷跑车。对列伯和他的团队而言,答案显明易见:硬质合金层。他们静心自问,数百年来一直用在工具上的钢材,为什么就不能作为制动材质?

原因很简单:整体以碳化钨打造的制动摩擦片的成本,可以用来制作好几组陶瓷制动系统。此外,在过去一直缺少能使碳化钨与载体层(例如灰铸铁)确实连结的技术。一直到保时捷与博世布德鲁斯(Bosch/Buderus)共同合作,并进行多次尝试之后才成功突破:借助激光技术使灰铸铁制动盘表面粗糙,然后再夹上一个镍合金层。通过灰铸铁和碳化钨的不同热膨胀特性,这个夹层会起到柔性粘合剂的作用;而且碳化钨涂层的方式非常特别:以超声高速火焰喷涂方法将碳化钨微粒喷到制动盘上。这时,制动盘四周所有机器人控制的动作效果,看起来就像星球大战里的光剑。成果是:厚度约 100 微米的涂层,但单是这层还没有任何作用,接下来的特殊制动摩擦片才是关键。

“非凡的性能让我们自己也大吃一惊。” 马蒂亚斯·列伯

寻找完美匹配

“接下来的研发工作至少和之前的一样多”,列伯说。全新制动盘制造过程中的激光技术和极精准的自动化生产过程是一回事,但正确的摩擦片组合又是另一回事了。光平如镜的面积需要能够粘附于表面的特殊摩擦片,这就好比我们的手指在镜面上移动的同时施加些许压力:指腹并非顺畅滑过,而是断断续续地短暂停留在表面。然而,柔软的摩擦片在坚硬的表面上很快就会磨损,当制动盘高速转动时更容易烧毁。因此,研发人员在高粘附性的摩擦片中混入了非常坚硬且极为细微的材质,使其穿透进入碳化钨涂层。这个涂层可以借助本身形状紧紧抓住制动盘。

微型锚钩

“这样的结果让所有人都非常惊讶”,列伯表示,“我们之前就知道,这将是非常好的制动系统,但是最初几次的尝试结果,甚至远远超过了我们的预期。”由于表面非常平滑,整片摩擦片在低速之下立即完全贴合。这有点像唱片:与灰铸铁相较之下,碳化钨几乎没有沟槽。对比结果是:灰铸铁上的粘附效果降低,因为每一个沟槽都意味着平面缩减。

高速行驶需要更高的制动性能,这时,摩擦片上的坚硬材质部分就会抛出极微小的锚钩。“这当然会形成磨损和产生制动屑,但相较于灰铸铁却已减少了百分之九十”,列伯解释道。不但拥有与 PCCB 相当的性能,成本却只有陶瓷制动系统的三分之一,使用寿命更比灰铸铁制动盘多出百分之三十。在行驶期间,全新制动系统感觉上的确与 PCCB 相似:制动器温度越高,所需踏板力量就越少。在高温状态下,制动性能不会退让,因此不会出现所担心的衰减现象,相反地,在摄氏 600 度时的表现更犀利。

制动盘和制动钳

制动盘和制动钳

带有涂层的轻质结构灰铸铁制动盘搭载 10 活塞固定卡钳。
PSCB 制动摩擦片

PSCB 制动摩擦片

特殊材质为全新研发成果。

世界先例 PSCB

1.表面经过热处理
灰铸铁基体以激光形成结构、粗化表面和清洁。

2.具伸展性的中间层
电镀镍涂层作为粘剂,将灰铸铁和碳化钨粘合。

3.硬金属涂层
由碳化钨形成;采用超声速火焰喷涂方式。

不变色的白背心

在日常行驶约 600 公里之后,制动摩擦片将制动盘表面打磨得光亮无比,这样 一来就与前轮 10 活塞和后轮 4 活塞白色卡钳更加匹配。卡钳所采用的技术与 PCCB 相同,但是,为什么是白色?列伯笑这说: “如果制动系统几乎不会产生尘屑,那么我们更要展现出来这个优点。我一开始对颜色的建议还是持保留态度的”,但试验车保时捷 Cayenne 行驶数千公里后证明:这套制动系统仍保有它的白色背心。

PSCB 目前只提供全新 Cayenne Turbo 标准配置,其他全新 Cayenne 车款可以选配。PSCB 是否将成为性能、外观和经济性的完美结合、制动性能发展的终极?列伯摇头说:“不断往前发展的电动车趋势也推动全新制动形式的出现。能量回收已经是无损耗的制动形式,对我们而言也非常值得关注,因为如此可以解决 90% 的一般制动过程。为此,我们必须继续研究。”快速的汽车需要反应敏捷的制动系统。也就是说,保时捷制动系统永远不嫌快。

Thorsten Elbrigmann
Thorsten Elbrigmann