汽車制動器的發(fā)展綜述隨著科技的不斷進步，汽車的各項性能也在飛速的發(fā)展。以往只能以較低的車速行駛，即便以這種速度行駛，制動時還要滑行很長一段距離。但是現(xiàn)在，不僅僅車速達到了以前的好幾倍，制動時也可以在很短一段距離內(nèi)就停住。但是也正因為如此，人們也不再滿足于各項性能平均的汽車，轉(zhuǎn)而開始追求某項性能較為突出的汽車，在此基礎(chǔ)下，汽車也就漸漸被劃分開來。其中，越野車(ORV)就是專為崎嶇路面而設(shè)計的汽車。這種汽車最早起源于戰(zhàn)爭，也是在戰(zhàn)爭中得到大規(guī)模的應(yīng)用，但是戰(zhàn)爭結(jié)束后，人們也喜歡上了這種能夠在崎嶇路面上使用的車輛，并將其逐步發(fā)展成為今天看到的越野車?，F(xiàn)在非常常見的SUV，其實就是適合在城市路面上的行駛的越野車。一般想到越野車，第一時間都會想到底盤，底盤也可以說是越野車的一大特色，加高的底盤帶來出色的通過性。但是此次設(shè)計的主題是制動器。汽車的發(fā)展，也伴隨著安全隱患的出現(xiàn)。雖然說車身的材料在不斷更迭，也更加的耐撞，但是我們?nèi)匀徊幌Ｍ吹绞鹿实陌l(fā)生，因此，避免事故的發(fā)生，也是汽車設(shè)計時必須考慮的要素。要想避免事故的發(fā)生，制動系統(tǒng)的作用就顯現(xiàn)出來了。隨著汽車的動力性逐漸提高，制動時所需的制動力也要隨之增大，研究人員對于制動器的研究也從未停止。其中，制動過程中的散熱問題更是國內(nèi)外研究人員研究的重點。由于制動過程中產(chǎn)生的摩擦力矩，會使得制動器上產(chǎn)生大量的熱，如果沒有良好的散熱裝置，無法在短時間內(nèi)將這些熱量散失，輕則對制動器造成不可逆的損傷，重則致使制動器失效，造成嚴重的交通事故。因此，制動器的設(shè)計是必要的，只有不斷地找出制動器中存在的缺陷，并針對問題提出好的優(yōu)化方案，才能將風(fēng)險降至最低，設(shè)計出真正安全可靠的汽車。1.1制動器的發(fā)展現(xiàn)狀早在1962年，J.W.Kinchin就對盤式制動器的發(fā)展以及防抱死制動裝置進行了詳細的論述，文中提到，由于鼓式制動器中存在的諸多限制，向著盤式制動器的轉(zhuǎn)變是不可避免的。在經(jīng)過一系列改進后，盤式制動器才慢慢變得多樣化[9]。防抱死制動裝置的出現(xiàn)則是由于制動性能的大幅提高，緊急制動時容易導(dǎo)致車輪抱死，為了避免這種情況下可能造成的嚴重后果，研究人員開發(fā)出了這種裝置并將之應(yīng)用在汽車上。2016年，王澍和姜濤在“基于MATLAB的汽車制動器性能建模仿真”中根據(jù)摩擦因數(shù)建立了制動器的數(shù)學(xué)模型，并在MATLAB環(huán)境中對汽車制動器性能進行建模仿真研究[19]。表明了通過建模仿真能夠真實地反映制動系統(tǒng)的實際工作狀態(tài)，實現(xiàn)安全穩(wěn)定的控制策略。2018年，AsifAfzal在報告中指出：盤式制動器必須承受摩擦扭矩，并耗散制動過程中產(chǎn)生的熱量。汽車制動系統(tǒng)的性能主要受制動過程中制動盤和制動塊接觸界面溫度升高的影響。溫度升高可能會造成一系列不利因素。這些因素直接影響制動系統(tǒng)的壽命和性能，最重要的是會影響車輛和乘員的安全[1]。因此，他對于接觸界面處熱量的產(chǎn)生及耗散的方式進行了研究，通過比較實心盤制動器和通風(fēng)盤制動器的性能，提出了優(yōu)化設(shè)計的方案。在制動過程中，如果熱量無法快速散失，制動盤上將會產(chǎn)生熱斑，裂紋等對制動盤壽命造成影響的不利因素。GaelLeGigan等研究人員就對重型車輛盤式制動器的溫度和裂紋進行了研究，通過實驗比較了八種不同的灰鑄鐵合金制動盤，得出熱斑可能會使制動盤材料局部過熱和劣化，這將會導(dǎo)致裂紋擴展，最終大大影響制動盤的壽命[7]。2019年，中汽研汽車檢驗中心（武漢）有限公司和湖北中爾車軸有限公司聯(lián)合研究了一種新型汽車制動器——周盤式制動器，同樣結(jié)合了盤式制動器和鼓式制動器的優(yōu)點，分為內(nèi)外兩個制動面，在周制動盤的外周面安裝了周向夾緊制動蹄，內(nèi)周面安裝了周向外撐制動蹄，形成內(nèi)撐外抱的夾緊機構(gòu)。在制動時，凸輪軸的內(nèi)外結(jié)構(gòu)件分別驅(qū)動周向夾緊制動蹄和周向外撐制動蹄，在兩制動蹄的作用下，夾緊裝置與周制動盤接觸并產(chǎn)生摩擦力，使車輛減速或停止。周琦在“汽車制動器制動性能熱衰退現(xiàn)象對行車安全的危害”中詳細論述了制動器熱衰退造成的影響。通過模擬仿真及結(jié)果分析，提出通過制動器，道路狀況和管理三個方面來改善。在制動器上安裝輔助裝置，定期對制動系統(tǒng)進行檢查，在道路上安裝減速帶等措施來降低汽車的制動性能熱衰退。E.Denimal等研究人員就指出：制動尖叫是汽車工業(yè)中的一個重要問題，因為它是車輛被退回的主要原因之一。因此，在制動系統(tǒng)的設(shè)計階段對其進行預(yù)測至關(guān)重要[2]。他們利用克里格法，通過預(yù)測制動系統(tǒng)中不穩(wěn)定的因素和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相關(guān)性。但是由于系統(tǒng)有許多不穩(wěn)定的因素存在，因此很難確定最佳的制動設(shè)計。最后得出只有在模擬數(shù)目較少，或是參數(shù)足夠多時，才可以得到最佳的制動設(shè)計方案。而在S.Oberst等研究人員的報告中則提出用簡單的制動系統(tǒng)模型對盤式制動尖叫進行了分析，并指出了摩擦制動中聲輻射計算的重要性，以及正確理解接觸動力學(xué)(包括一個真實的摩擦模型)的重要性[8]。AlbertSchlecht和BerndHeissing對于制動引起的振動，即制動抖動進行了測試和仿真[11]。最后得出結(jié)論，可以在開發(fā)過程中對制動器和懸架進行優(yōu)化設(shè)計，以期得到良好的乘坐舒適性，也避免在產(chǎn)品開發(fā)后期耗費大量資源。最后，還有一項特殊的研究，為了測試患有下肢肌肉骨骼問題的患者是否具有處理緊急交通狀況的能力，醫(yī)生會使用嵌入真實車廂的制動模擬器來測試，而MaximilianvonBernstorff等研究人員提出了用反應(yīng)計時器來代替制動模擬器進行簡單的初步估計。這種方法為醫(yī)生提供了一個低成本的方案，但盡管如此，在患者遇到實際的交通狀況前，制動模擬器的測試仍是最好的標準。1.2制動系統(tǒng)的分類1.2.1行車制動系統(tǒng)行車制動系統(tǒng)要求不論處于何種狀況，駕駛員都不能喪失對車輛的控制作用，并且要能夠隨時使車輛安全可靠的停止。這種制動的控制作用必須是處于可控范圍內(nèi)的，駕駛員可以在不松開方向盤的條件下就可實施的。還有一個必須要滿足的要求，就是漸進制動。即駕駛員要能夠改變制動器產(chǎn)生的力和力矩，使其在一個區(qū)域內(nèi)變化。1.2.2應(yīng)急制動系統(tǒng)（第二制動系統(tǒng)）行車制動系統(tǒng)失去制動作用后，應(yīng)急制動系統(tǒng)必須保證能夠?qū)崿F(xiàn)行車制動系統(tǒng)的作用。第二制動系統(tǒng)要求在行車制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，必須能夠在一個規(guī)定的距離內(nèi)完成剎車作用。同時也要保證這種作用在駕駛員的可操控范圍內(nèi)，在不喪失轉(zhuǎn)向能力的同時完成。應(yīng)急制動系統(tǒng)可以是漸進的，也可以是非漸進的。但是按照國際標準，應(yīng)急制動系統(tǒng)必須是漸進的。1.2.3駐車制動系統(tǒng)駐車制動系統(tǒng)能夠讓汽車保持停止狀態(tài)。同時要求不使用電力，液力等方式，單純通過機械的方式完成。在作用過程中，駕駛員不用一直進行操作，甚至駕駛員可以不在駕駛位，汽車也能在駐車制動系統(tǒng)的作用下停駐。但是要想實現(xiàn)制動作用，還是需要駕駛員操作。駐車制動系統(tǒng)可以是非漸進的。1.2.4輔助制動系統(tǒng)在重型車輛下長坡時，通常要進行多次制動，為了避免超速發(fā)生事故，也為了減輕行車制動系統(tǒng)在此期間的高負荷，汽車可以加裝輔助制動系統(tǒng)。1.3制動器的功用對于越野車而言，由于行駛路面不同于城市道路，因此對于制動系統(tǒng)的要求也更為嚴格。制動系統(tǒng)包括制動器和制動機構(gòu)，其作用有：使汽車從行駛狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)；使汽車由高處駛下時保持均勻的速度；讓汽車保持靜止狀態(tài)不變。一般來說，制動器主要用來產(chǎn)生與汽車前進方向相反的力，通過裝置傳力后使汽車降低車速，緩速裝置也屬于制動器的一種。制動器，作為制動系統(tǒng)里最為重要的一部分，一直都是研究的重點，也是設(shè)計時要重點關(guān)注的部件。本次設(shè)計的主要內(nèi)容就是制動器。形象一點來說，車輪就像是一個滾動的盤子，制動器就像是我們的手，不同的制動器的區(qū)別就在于我們用什么方式來拿盤子。從這之中也就能知道制動器的作用了，簡單地說，就是讓車輪停止轉(zhuǎn)動。1.4制動器的分類摩擦式制動器有盤式和鼓式兩種。鼓式制動器分為領(lǐng)從蹄式，雙領(lǐng)蹄式，雙從蹄式和自增力式；盤式制動器分為全盤式和鉗盤式?？萍荚诓粩嗟剡M步，人們對車輛的期望也不再限于單純的代步工具了，也有了各方面的需求，因此汽車的制動系統(tǒng)可能會朝著輕量化、低噪聲、智能化的方向發(fā)展。與鼓式制動器相比，盤式制動器有著鼓式制動器一直無法超越的穩(wěn)定性。由于經(jīng)濟性的要求，不能要求不論何種價位的汽車都普遍采用盤式制動器，重型汽車上所要求的較大的制動力矩，單純采用一般的盤式制動器也無法滿足。因此鼓式制動器無法在短時間內(nèi)被淘汰，但盤式制動器的優(yōu)秀也代表著未來仍然是以發(fā)展盤式制動器為主。參考文獻[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[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