【汽车制动器的发展4100字】

汽车制动器的发展综述随着科技的不断进步，汽车的各项性能也在飞速的发展。以往只能以较低的车速行驶，即便以这种速度行驶，制动时还要滑行很长一段距离。但是现在，不仅仅车速达到了以前的好几倍，制动时也可以在很短一段距离内就停住。但是也正因为如此，人们也不再满足于各项性能平均的汽车，转而开始追求某项性能较为突出的汽车，在此基础下，汽车也就渐渐被划分开来。其中，越野车(ORV)就是专为崎岖路面而设计的汽车。这种汽车最早起源于战争，也是在战争中得到大规模的应用，但是战争结束后，人们也喜欢上了这种能够在崎岖路面上使用的车辆，并将其逐步发展成为今天看到的越野车。现在非常常见的SUV，其实就是适合在城市路面上的行驶的越野车。一般想到越野车，第一时间都会想到底盘，底盘也可以说是越野车的一大特色，加高的底盘带来出色的通过性。但是此次设计的主题是制动器。汽车的发展，也伴随着安全隐患的出现。虽然说车身的材料在不断更迭，也更加的耐撞，但是我们仍然不希望看到事故的发生，因此，避免事故的发生，也是汽车设计时必须考虑的要素。要想避免事故的发生，制动系统的作用就显现出来了。随着汽车的动力性逐渐提高，制动时所需的制动力也要随之增大，研究人员对于制动器的研究也从未停止。其中，制动过程中的散热问题更是国内外研究人员研究的重点。由于制动过程中产生的摩擦力矩，会使得制动器上产生大量的热，如果没有良好的散热装置，无法在短时间内将这些热量散失，轻则对制动器造成不可逆的损伤，重则致使制动器失效，造成严重的交通事故。因此，制动器的设计是必要的，只有不断地找出制动器中存在的缺陷，并针对问题提出好的优化方案，才能将风险降至最低，设计出真正安全可靠的汽车。1.1制动器的发展现状早在1962年，J.W.Kinchin就对盘式制动器的发展以及防抱死制动装置进行了详细的论述，文中提到，由于鼓式制动器中存在的诸多限制，向着盘式制动器的转变是不可避免的。在经过一系列改进后，盘式制动器才慢慢变得多样化[9]。防抱死制动装置的出现则是由于制动性能的大幅提高，紧急制动时容易导致车轮抱死，为了避免这种情况下可能造成的严重后果，研究人员开发出了这种装置并将之应用在汽车上。2016年，王澍和姜涛在“基于MATLAB的汽车制动器性能建模仿真”中根据摩擦因数建立了制动器的数学模型，并在MATLAB环境中对汽车制动器性能进行建模仿真研究[19]。表明了通过建模仿真能够真实地反映制动系统的实际工作状态，实现安全稳定的控制策略。2018年，AsifAfzal在报告中指出：盘式制动器必须承受摩擦扭矩，并耗散制动过程中产生的热量。汽车制动系统的性能主要受制动过程中制动盘和制动块接触界面温度升高的影响。温度升高可能会造成一系列不利因素。这些因素直接影响制动系统的寿命和性能，最重要的是会影响车辆和乘员的安全[1]。因此，他对于接触界面处热量的产生及耗散的方式进行了研究，通过比较实心盘制动器和通风盘制动器的性能，提出了优化设计的方案。在制动过程中，如果热量无法快速散失，制动盘上将会产生热斑，裂纹等对制动盘寿命造成影响的不利因素。GaelLeGigan等研究人员就对重型车辆盘式制动器的温度和裂纹进行了研究，通过实验比较了八种不同的灰铸铁合金制动盘，得出热斑可能会使制动盘材料局部过热和劣化，这将会导致裂纹扩展，最终大大影响制动盘的寿命[7]。2019年，中汽研汽车检验中心（武汉）有限公司和湖北中尔车轴有限公司联合研究了一种新型汽车制动器——周盘式制动器，同样结合了盘式制动器和鼓式制动器的优点，分为内外两个制动面，在周制动盘的外周面安装了周向夹紧制动蹄，内周面安装了周向外撑制动蹄，形成内撑外抱的夹紧机构。在制动时，凸轮轴的内外结构件分别驱动周向夹紧制动蹄和周向外撑制动蹄，在两制动蹄的作用下，夹紧装置与周制动盘接触并产生摩擦力，使车辆减速或停止。周琦在“汽车制动器制动性能热衰退现象对行车安全的危害”中详细论述了制动器热衰退造成的影响。通过模拟仿真及结果分析，提出通过制动器，道路状况和管理三个方面来改善。在制动器上安装辅助装置，定期对制动系统进行检查，在道路上安装减速带等措施来降低汽车的制动性能热衰退。E.Denimal等研究人员就指出：制动尖叫是汽车工业中的一个重要问题，因为它是车辆被退回的主要原因之一。因此，在制动系统的设计阶段对其进行预测至关重要[2]。他们利用克里格法，通过预测制动系统中不稳定的因素和结构参数之间的相关性。但是由于系统有许多不稳定的因素存在，因此很难确定最佳的制动设计。最后得出只有在模拟数目较少，或是参数足够多时，才可以得到最佳的制动设计方案。而在S.Oberst等研究人员的报告中则提出用简单的制动系统模型对盘式制动尖叫进行了分析，并指出了摩擦制动中声辐射计算的重要性，以及正确理解接触动力学(包括一个真实的摩擦模型)的重要性[8]。AlbertSchlecht和BerndHeissing对于制动引起的振动，即制动抖动进行了测试和仿真[11]。最后得出结论，可以在开发过程中对制动器和悬架进行优化设计，以期得到良好的乘坐舒适性，也避免在产品开发后期耗费大量资源。最后，还有一项特殊的研究，为了测试患有下肢肌肉骨骼问题的患者是否具有处理紧急交通状况的能力，医生会使用嵌入真实车厢的制动模拟器来测试，而MaximilianvonBernstorff等研究人员提出了用反应计时器来代替制动模拟器进行简单的初步估计。这种方法为医生提供了一个低成本的方案，但尽管如此，在患者遇到实际的交通状况前，制动模拟器的测试仍是最好的标准。1.2制动系统的分类1.2.1行车制动系统行车制动系统要求不论处于何种状况，驾驶员都不能丧失对车辆的控制作用，并且要能够随时使车辆安全可靠的停止。这种制动的控制作用必须是处于可控范围内的，驾驶员可以在不松开方向盘的条件下就可实施的。还有一个必须要满足的要求，就是渐进制动。即驾驶员要能够改变制动器产生的力和力矩，使其在一个区域内变化。1.2.2应急制动系统（第二制动系统）行车制动系统失去制动作用后，应急制动系统必须保证能够实现行车制动系统的作用。第二制动系统要求在行车制动系统出现故障后，必须能够在一个规定的距离内完成刹车作用。同时也要保证这种作用在驾驶员的可操控范围内，在不丧失转向能力的同时完成。应急制动系统可以是渐进的，也可以是非渐进的。但是按照国际标准，应急制动系统必须是渐进的。1.2.3驻车制动系统驻车制动系统能够让汽车保持停止状态。同时要求不使用电力，液力等方式，单纯通过机械的方式完成。在作用过程中，驾驶员不用一直进行操作，甚至驾驶员可以不在驾驶位，汽车也能在驻车制动系统的作用下停驻。但是要想实现制动作用，还是需要驾驶员操作。驻车制动系统可以是非渐进的。1.2.4辅助制动系统在重型车辆下长坡时，通常要进行多次制动，为了避免超速发生事故，也为了减轻行车制动系统在此期间的高负荷，汽车可以加装辅助制动系统。1.3制动器的功用对于越野车而言，由于行驶路面不同于城市道路，因此对于制动系统的要求也更为严格。制动系统包括制动器和制动机构，其作用有：使汽车从行驶状态变为停止状态；使汽车由高处驶下时保持均匀的速度；让汽车保持静止状态不变。一般来说，制动器主要用来产生与汽车前进方向相反的力，通过装置传力后使汽车降低车速，缓速装置也属于制动器的一种。制动器，作为制动系统里最为重要的一部分，一直都是研究的重点，也是设计时要重点关注的部件。本次设计的主要内容就是制动器。形象一点来说，车轮就像是一个滚动的盘子，制动器就像是我们的手，不同的制动器的区别就在于我们用什么方式来拿盘子。从这之中也就能知道制动器的作用了，简单地说，就是让车轮停止转动。1.4制动器的分类摩擦式制动器有盘式和鼓式两种。鼓式制动器分为领从蹄式，双领蹄式，双从蹄式和自增力式；盘式制动器分为全盘式和钳盘式。科技在不断地进步，人们对车辆的期望也不再限于单纯的代步工具了，也有了各方面的需求，因此汽车的制动系统可能会朝着轻量化、低噪声、智能化的方向发展。与鼓式制动器相比，盘式制动器有着鼓式制动器一直无法超越的稳定性。由于经济性的要求，不能要求不论何种价位的汽车都普遍采用盘式制动器，重型汽车上所要求的较大的制动力矩，单纯采用一般的盘式制动器也无法满足。因此鼓式制动器无法在短时间内被淘汰，但盘式制动器的优秀也代表着未来仍然是以发展盘式制动器为主。参考文献[1]AsifAfzal;MuhammadAbdulMujeebu.Thermo-MechanicalandStructuralPerformancesofAutomobileDiscBrakes:AReviewofNumericalandExperimentalStudies[J].ArchivesofComputationalMethodsinEngineering,2019(26):1489–1513[2]E.Denimal;J.-J.Sinou;S.Nacivet.Influenceofstructuralmodificationsofautomotivebrakesystemsforsquealeventswithkrigingmeta-modellingmethod[J].JournalofSoundandVibration,2019[3]YinYan;BaoJiusheng;LiuJinge.Brakingperformanceofanovelfrictional-magneticcompounddiscbrakeforautomobiles[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,2017[4]L.Y.Barros;J.C.Poletto;P.D.Neis.Influenceofcopperonautomotivebrakeperformance[J].Wear426-427(2019)741-749[5]VonBernstorffMaximilian;RappJennifer;BausenhartFelix.EstimatingBrakingPerformanceinOsteoarthritisoftheKneeorHipwithaReactionTimer[J].Orthopaedicsurgery,2019.04[6]AderiyeJide.DevelopmentBrakeDevelopmentofSuitableCalcinedRefractoryClayforAutomobileBrakePads[J].ChemicalandProcessEngineeringResearch,2014(29)[7]GaelLeGigan;ToreVernersson;RogerLunden;PeterSkoglund.Discbrakesforheavyvehicles:anexperimentalstudyoftemperaturesandcracks[J].ProcIMechEPartD:JAutomobileEngineering,2014[8]S.Oberst;J.C.S.Lai;S.Marburg.Guidelinesfornumericalvibrationandacousticanalysisofdiscbrakesquealusingsimplemodelsofbrakesystems[J].JournalofSoundandVibration332(2013)2284-2299[9]J.W.Kinchin.DiscBrakeDevelopmentandAntiskidBrakingDevice[J].SAETransactions,1962(70):203-211,261[10]KittirattanachaiA;WatechagitS.SimulatedBrakingPerformanceComparisonofanElectricDrumBrakeandaHydraulicDrumBrakeSystems[R].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2020[11]AlbertSchlecht;BerndHeissing.SystematicBrakeDevelopmentProcessandOptimizedRobustDesignofFrontAxleKinematicsinOrdertoReduceOscillationSensitivity[J].SAEInt.J.Passeng.Cars-Mech.Syst,2019(2)[12]游专.越野车制动系统设计与性能分析软件开发[J].重庆理工大学学报,2011(2):20-25[13]张堃,黄茂等.重型越野汽车电控制动系统的设计与仿真[J].汽车工程,2014(8):980-983[14]杨忠胜.驱动桥减速机构制造中的注意事项[J].汽车工艺师,2016.11[15]杨蒙,黄欢,夏海龙.一种新型汽车制动器的探究[J].专用汽车,20