ผ้าเบรกชนิดใดที่สอดคล้องกับมาตรฐานยานพาหนะเชิงพาณิชย์ของยุโรป?

การรับรองตาม ECE R90: เกณฑ์พื้นฐานที่บังคับใช้สำหรับผ้าเบรกยานพาหนะเชิงพาณิชย์

ข้อกำหนดตามกฎระเบียบ ECE ฉบับที่ 90 สำหรับการรับรองประเภทผ้าเบรก

ระเบียบข้อบังคับฉบับที่ 90 ของ ECE เป็นหลักเกณฑ์พื้นฐานที่ตั้งขึ้นโดยสหประชาชาติ ซึ่งกำหนดว่าผ้าเบรกจะผ่านเกณฑ์มาตรฐานสำหรับยานพาหนะเชิงพาณิชย์ในประเทศสมาชิกสหภาพยุโรปทั้งหมดหรือไม่ ระเบียบนี้กำหนดให้มีการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่าระบบเบรกสามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ทนต่อการสึกหรอเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน และรักษาความแข็งแรงเชิงกายภาพไว้ได้ ผ้าเบรกที่ใช้แทนชิ้นเดิมจำเป็นต้องใกล้เคียงกับข้อกำหนดจากโรงงานมากที่สุด โดยความแตกต่างของค่าแรงเสียดทานที่สร้างขึ้นต้องไม่เกิน 15% ผู้ผลิตจะนำผ้าเบรกเหล่านี้ผ่านวงจรความร้อนอย่างรุนแรง จนถึงอุณหภูมิเกือบ 700 องศาเซลเซียส พร้อมทั้งสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง เพื่อเลียนแบบสภาวะการใช้งานจริงบนถนน หากผ้าเบรกไม่ผ่านข้อกำหนดตาม R90 จะไม่ได้รับการรับรองให้จำหน่ายในยุโรปใดๆ ที่มีการใช้งานยานพาหนะเชิงพาณิชย์ ซึ่งทำให้การรับรองนี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องกับกฎระเบียบด้านความปลอดภัยของยานพาหนะ

ความแตกต่างหลักในการทดสอบตาม R90 สำหรับผ้าเบรกแบบดรัม กับผ้าเบรกแบบดิสก์

R90 ใช้เกณฑ์ความปลอดภัยที่เป็นมาตรฐานเดียวกัน แต่ปรับวิธีการทดสอบให้สอดคล้องกับสถาปัตยกรรมของระบบ

• ผ้าเบรกกลอง ต้องผ่านการประเมินความสามารถในการฟื้นคืนสมรรถนะการหยุดรถหลังจมน้ำเป็นเวลานาน เพื่อยืนยันประสิทธิภาพการหยุดรถหลังการจมน้ำ—ซึ่งตอบโจทย์ความเสี่ยงจากน้ำท่วมในโลกแห่งความเป็นจริง
• ผ้าเบรคดิสก์ ต้องผ่านการประเมินการลดประสิทธิภาพเนื่องจากความร้อนอย่างเข้มงวดยิ่งขึ้น โดยต้องสามารถรักษาระดับการชะลอความเร็วให้คงที่หลังจากการเบรกซ้ำๆ ด้วยพลังงานสูง
• การทดสอบความเข้ากันได้ของวัสดุแตกต่างกัน: ผ้าเบรกแบบดรัมจะถูกประเมินตามความสามารถในการเข้ารูปกับผิวภายในของดรัมเบรก ในขณะที่ผ้าเบรกแบบดิสก์จะถูกประเมินตามปฏิสัมพันธ์กับดิสก์เบรกภายใต้แรงเครื่องกลและความร้อน

แม้ว่าระบบดิสก์เบรกจะครอบครองสัดส่วน 78% ของกองยานพาหนะเชิงพาณิชย์สมัยใหม่ในยุโรปในปัจจุบัน แต่ R90 ยังคงรับรองว่าทั้งสองเทคโนโลยีสามารถให้ระยะทางในการหยุดรถที่สม่ำเสมอเท่าเทียมกัน และมีความทนทานเชิงโครงสร้างที่เพียงพอภายใต้การตรวจสอบตามกฎระเบียบ

นวัตกรรมวัสดุ: การออกแบบผ้าเบรกที่สอดคล้องกับข้อกำหนดของสหภาพยุโรป

การห้ามใช้ทองแดง ใยหิน และโลหะหนัก—รวมถึงผลกระทบต่อสูตรสารลดแรงเสียดทาน

ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999 เมื่อสหภาพยุโรปห้ามใช้แร่ใยหินทั่วทั้งประเทศสมาชิก รวมถึงความพยายามล่าสุดในการจำกัดปริมาณทองแดงไม่ให้เกินร้อยละ 0.5 ภายในปี ค.ศ. 2025 พร้อมกับการห้ามใช้แคดเมียม ตะกั่ว และโลหะหนักอื่นๆ อีกหลายชนิดอย่างเด็ดขาด ผู้ผลิตจึงจำเป็นต้องทบทวนสูตรวัสดุสำหรับแผ่นเบรกแบบเสียดสีทั้งหมดใหม่โดยสิ้นเชิง ซึ่งสูตรเซมิเมทัลลิกแบบดั้งเดิมพึ่งพาทองแดงเป็นหลักในการจัดการความร้อนและควบคุมการสึกหรอ ปัจจุบันเราเริ่มเห็นวัสดุคอมโพสิตเซรามิกเข้ามาแทนที่มากขึ้น ควบคู่ไปกับเส้นใยอะราไมด์ และแม้แต่วัสดุอินทรีย์จากพืชบางชนิดที่เริ่มปรากฏในส่วนผสมดังกล่าว อย่างไรก็ตาม วิศวกรยังคงเผชิญกับปัญหาสำคัญข้อหนึ่ง นั่นคือ แผ่นเบรกอินทรีย์ที่ไม่มีแร่ใยหิน (NAO) จำเป็นต้องมีพื้นที่ผิวมากกว่าประมาณร้อยละ 15 ถึง 30 เพียงเพื่อให้สามารถเทียบเคียงประสิทธิภาพของแผ่นเบรกรุ่นเก่าได้ เนื่องจากวัสดุเหล่านี้จัดการแรงเฉือนได้ไม่ดีเท่าที่ควร วัสดุเซรามิกที่ผสมกับเส้นใยอะราไมด์ช่วยลดช่องว่างด้านประสิทธิภาพนี้ลงได้บางส่วน แต่ยังมีอีกปัญหาหนึ่งที่ยังคงค้างอยู่ นั่นคือสภาพอากาศเย็นจัด เมื่ออุณหภูมิลดต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง วัสดุใหม่เหล่านี้มักประสบปัญหาในการให้แรงหยุดรถ (cold bite performance) ที่ไม่เพียงพอ ซึ่งยังคงเป็นปัญหาใหญ่ที่ทีมพัฒนาต้องแก้ไขอย่างเร่งด่วนในการออกแบบระบบเบรกรุ่นต่อไป

การเพิ่มประสิทธิภาพความต้านทานการซีดจาง ความเงียบและความนุ่มนวล (NVH) และอายุการใช้งานของผ้าเบรกชนิดโลหะต่ำและเซรามิก

การเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมจึงเป็นหัวใจสำคัญในการหาสมดุลที่ลงตัวระหว่างปัญหาเสียงรบกวน การสั่นสะเทือน และความฝืด (NVH) ความต้านทานต่อการลดประสิทธิภาพของระบบเบรกเมื่อเกิดความร้อนสูง (brake fade resistance) และอายุการใช้งานของผ้าเบรก ผ้าเบรกที่มีเนื้อโลหะต่ำกว่า 10% โดยน้ำหนัก มักประกอบด้วยชิ้นส่วนเหล็กเคลือบกราไฟต์พิเศษซึ่งช่วยลดการสั่นสะเทือนที่น่ารำคาญได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทางเลือกแบบเซรามิกนั้นก้าวไปอีกขั้นด้วยการผสมเส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์เข้าไปในเนื้อวัสดุ ทำให้มีความสามารถในการจัดการความร้อนได้ดีกว่ามาก ผลการทดสอบจากห้องปฏิบัติการภายนอกแสดงให้เห็นว่า ผ้าเบรกแบบเซรามิกสูญเสียความสามารถในการสร้างแรงเสียดทานเพียงประมาณ 20% เท่านั้น แม้จะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิ 650 องศาเซลเซียส ซึ่งดีกว่าผ้าเบรกทั่วไปอย่างมาก เพราะผ้าเบรกทั่วไปอาจสูญเสียแรงเสียดทานได้ถึง 35–50% ทั้งนี้ ผ้าเบรกแบบเซรามิกไฮบริดรุ่นใหม่บางชนิดก็แสดงศักยภาพที่น่าสนใจเช่นกัน โดยสามารถลดอัตราการสึกหรอได้ประมาณ 40% เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอินทรีย์แบบดั้งเดิม แน่นอนว่า ผ้าเบรกแบบเซรามิกมีราคาสูงกว่าแบบทั่วไปถึง 50–70% ตั้งแต่เริ่มต้น แต่กลับมีอายุการใช้งานยาวนานเกือบสองเท่าในสภาพการขับขี่ในเมืองที่มีการหยุด-ออกตัวบ่อยครั้ง สำหรับบริษัทที่ดำเนินงานด้วยรถกองยานพาหนะขนาดใหญ่ สิ่งนี้หมายความว่า ต้นทุนในการเปลี่ยนผ้าเบรกจะลดลงโดยรวมในระยะยาว แม้จะมีการลงทุนครั้งแรกสูงกว่าก็ตาม

เกินกว่ามาตรฐาน ECE R90: มาตรฐานเสริมที่รับประกันประสิทธิภาพของผ้าเบรกในสภาพการใช้งานจริง

วิธีที่มาตรฐาน DIN 72552 และ ISO 26867 ยืนยันความสม่ำเสมอและความทนทาน

มาตรฐาน ECE R90 กำหนดข้อกำหนดพื้นฐานด้านความปลอดภัย แต่ประสิทธิภาพที่แท้จริงในสนามนั้นขึ้นอยู่กับมาตรฐานเพิ่มเติม เช่น DIN 72552 และ ISO 26867 สำหรับการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม มาตรฐาน DIN 72552 ประเมินความสามารถของวัสดุเสียดสีในการต้านทานสภาวะที่รุนแรง ผู้ผลิตจึงนำวัสดุเหล่านี้ไปผ่านการทดสอบพ่นละอองเกลืออย่างเข้มงวดและการเปลี่ยนแปลงระดับความชื้น เพื่อตรวจสอบว่าสามารถต้านทานการกัดกร่อนได้หรือไม่ แม้ในช่วงฤดูหนาวอันยาวนานเช่น ในแถบสแกนดิเนเวีย หรือตามแนวชายฝั่งทะเลเหนือ ส่วนมาตรฐาน ISO 26867 จะเน้นการวิเคราะห์รูปแบบการสึกหรอ โดยจำลองเหตุการณ์การเบรกอย่างรุนแรงประมาณ 1,800 ครั้ง ซึ่งอุณหภูมิอาจสูงเกิน 500 องศาเซลเซียส การทดสอบสุดขีดนี้ช่วยประเมินว่าชิ้นส่วนต่างๆ จะสามารถคงความทนทานภายใต้สภาวะการขับขี่จริงได้หรือไม่ โดยไม่เกิดความล้มเหลวอย่างไม่คาดคิด

• ความมั่นคงของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (ความคลาดเคลื่อนยอมรับได้ ±0.05)
• ความสม่ำเสมอของอัตราการสึกหรอภายใต้รอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
• ความสมบูรณ์ของโครงสร้างหลังการสัมผัสกับความร้อนสูงสุด

ทั้งสองมาตรฐานนี้ร่วมกันรับประกันประสิทธิภาพการเบรกที่คาดการณ์ได้ในทุกสภาวะ ไม่ว่าจะเป็นการลงเขาอย่างต่อเนื่อง การจราจรหนาแน่นในเขตเมือง หรือสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง — ซึ่งส่งผลให้เกิดการลดลงอย่างมีเอกสารยืนยันถึง 30% ของการเปลี่ยนชิ้นส่วนก่อนวัยอันควรในการทดลองใช้งานกับยานพาหนะเชิงพาณิชย์ ผู้ผลิตจึงเริ่มอ้างอิงทั้งสองมาตรฐานนี้มากขึ้นไม่เพียงเพื่อความสอดคล้องตามข้อกำหนดเท่านั้น แต่ยังเพื่อสนับสนุนข้ออ้างด้านความทนทานระยะยาวด้วยข้อมูลเชิงประจักษ์

มาตรฐานยูโร 7 และขีดจำกัดอนุภาคจากการเบรก: ขอบเขตใหม่ของการปฏิบัติตามข้อกำหนดสำหรับผ้าเบรก

จาก 7 มิลลิกรัม/กิโลเมตร ไปสู่ 3 มิลลิกรัม/กิโลเมตร: การควบคุมการสึกหรอกำลังเปลี่ยนโฉมการออกแบบผ้าเบรก

มาตรฐานยูโร 7 ได้นำเสนอขีดจำกัดเชิงกฎระเบียบครั้งแรกของโลกสำหรับการปล่อยอนุภาคจากการเบรก โดยกำหนดให้ลดลงจาก 7 มิลลิกรัม/กิโลเมตร เป็น 3 มิลลิกรัม/กิโลเมตร หรือลดลง 57% ซึ่งทำให้เกิดการปรับเปลี่ยนลำดับความสำคัญในการพัฒนาผ้าเบรกอย่างสิ้นเชิง ขีดจำกัดนี้บังคับให้เกิดนวัตกรรมเชิงระบบอย่างกว้างขวาง ไม่ใช่เพียงแค่การปรับสูตรวัสดุเท่านั้น:

• การปรับสูตรวัสดุแรงเสียดทาน : การเปลี่ยนผ่านอย่างรวดเร็วสู่แมทริกซ์เซรามิกและแมทริกซ์ที่มีโลหะต่ำ ซึ่งออกแบบมาเพื่อให้เกิดฝุ่นน้อยที่สุด โดยไม่ลดทอนความเสถียรทางความร้อนหรือการตอบสนองขณะเบรกในอุณหภูมิต่ำ
• วิศวกรรมผิวหน้าขั้นสูง : พื้นผิวสัมผัสแรงเสียดทานที่ขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ร่วมกับการผสมสารหล่อลื่นที่มีนาโนพาร์ติเคิล ช่วยลดการหลุดลอกของอนุภาคระหว่างรอบการเข้าจับ
• การปรับแบบระบบใหม่ทั้งระบบ : การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับโครงสร้างดรัมแบบปิดสนิทและระบบจับอนุภาคด้วยประจุไฟฟ้าสถิต เพื่อกักเก็บอนุภาคที่หลุดออกไว้ตั้งแต่แหล่งกำเนิด

การปรับปรุงเทคโนโลยีเหล่านี้จำเป็นต้องดำเนินไปควบคู่กับข้อจำกัดที่มีอยู่ในปัจจุบัน เช่น ข้อกำหนดเกี่ยวกับปริมาณทองแดงและกฎระเบียบว่าด้วยโลหะหนัก ขณะเดียวกันก็ยังคงต้องบรรลุมาตรฐานประสิทธิภาพพื้นฐาน เช่น ความต้านทานต่อการสูญเสียประสิทธิภาพเมื่อใช้งาน (fade resistance) การจัดการเสียง แรงสั่นสะเทือน และความรุนแรงของแรงสั่น (NVH) รวมถึงแรงหยุดที่เพียงพอ ปัจจุบันนักวิจัยวัสดุให้ความสำคัญอย่างมากกับการสร้างโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอและคุณสมบัติในการสึกหรอที่ดีขึ้น ทั้งนี้ไม่ได้มีจุดประสงค์เพียงเพื่อให้ชิ้นส่วนมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นเท่านั้น แต่คุณสมบัติเหล่านี้ยังช่วยให้ผู้ผลิตสามารถปฏิบัติตามแนวทางการปล่อยมลพิษตามมาตรฐานยูโร 7 ที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ซึ่งครอบคลุมอนุภาคที่ลอยอยู่ในอากาศอีกด้วย นักออกแบบแผ่นเบรกกำลังค้นหาวิธีลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการเบรกที่ผู้ประกอบการยานพาหนะเชิงพาณิชย์พึ่งพาทุกวัน เพื่อให้สามารถหยุดรถได้อย่างปลอดภัยภายใต้ภาระงานที่หนัก