Þróun og uppbyggingareiginleikar bifreiða vökvakerfisbremsumeistarastrokka

Síðan Karl Benz smíðaði fyrsta eins-strokka þriggja-hjóla bifreiðina árið 1885 hafa farartæki fylgt mannlegri félagslegri þróun í meira en öld. Hemlakerfið, sem mikilvægt öryggiskerfi ökutækis, hefur stöðugt þróast samhliða framförum bíla. Sem hjarta orkuafhendingar vökvahemlakerfis hefur vökvabremsuhausinn ítrekað verið endurhannaður og endurbættur.

Hægt er að rekja þróunarferil aðalbremsuhólksins í gegnum nokkur meginþrep: einn-hringrásarhausinn, afgangs-þrýstings-gerð ventils, tvöfalda-hringrásar (tandem) aðalstrokka, og stillingar sem eru hannaðar til að mæta kröfum um læsivarið hemlakerfi (ABS) og rafrænt hemlakerfi (ESP). Á hverju stigi komu fram afbrigði til að mæta sérstökum hönnunar- og frammistöðuþörfum. Þessi grein fjallar um þróunarleið hvers helstu stillingar, byggingareiginleika, rekstrarreglur og framleiðslusjónarmið.

Fyrir 1967 voru flestir aðalhólkar í bílum einföld mál-eitt lón með einum stimpli og einu innsigli. Þessi arkitektúr hafði verulegan galla: ef hjólhólkur lekur, bremsulína bilaði eða innri innsiglið bilaði, gæti ökumaðurinn misst bremsuna alveg.

Byltingin í átt að offramboði í öryggismálum kom árið 1962, þegar Cadillac kynnti tvöfalt-hemlakerfi með aðskildum vökvalínum að framan og aftan. Ef önnur hringrásin leki gæti hin samt stöðvað ökutækið. American Motors tók einnig upp klofna-strokkakerfi snemma, þó að ská-klofin arkitektúr þeirra skipti hringrásum á milli eins framhjóls og eins afturhjóls á gagnstæðar hliðar-hönnun sem bætti öryggi en var ekki enn fullkomin að framan-aftan.

Nokkrir framleiðendur unnu sjálfstætt að tvöföldum-strokkakerfum sem buðu upp á innbyggða- offramboð. Wagner Electric var meðal þeirra fyrstu til að ná árangri. Raunveruleg tímamót urðu árið 1967, þegar bandaríska alríkisstjórnin gaf fyrirmæli um að öll ökutæki yrðu að vera búin með tvöföldum-bremsubremsu með aðskildum hringrásum ef línubilun eða aðrar bilanir verða.

Tvöfaldir-höfuðhólkar nútímans eru venjulega með tvö aðskilin hólf sem aðskilja bremsurásina að framan og aftan, þó að sumar stillingar skiptast enn á ská. Þetta fyrirkomulag kemur í veg fyrir algjört tap á hemlun ef ein innsiglið bilar eða þrýstingsleki myndast. Meira en 75% af hemluninni er framkvæmt af framhjólunum, sem þýðir að bremsabilun að aftan getur farið framhjá ökumanni, en framhliðin virkar að fullu.

Rekstrarlega séð, þegar ýtt er á bremsupedalinn, er kraftur sendur í gegnum þrýsti-stöngina að aðalstrokkanum. Stimpillinn inniheldur tvö innsigli og hreyfist innan tveggja hólfa, með línu sem er tileinkuð hverri hringrás. Þegar stimplarnir eru þvingaðir fram, byggir vökvaþrýstingur upp og hreyfir stærri stimpla í þykktunum eða hjólhólkunum og stöðvar hjólin.

1.1 Almenn lýsing

Stimpilinn-gerð tvískiptur-hringrásarbremsuhöfuðhólksins-sem einnig er vísað til í sumum iðnaðarbókmenntum sem portlausa eða miðstöðvar-straumtegundin- táknar grundvallarfrávik frá hefðbundnum byggingarstúkka. Í stað þess að setja jöfnunargáttir í hólkholsvegginn, staðsetur þessi hönnun jöfnunargöngin á stimplinum sjálfum. Þessi að því er virðist einfalda endurstilling hefur veruleg áhrif á kerfissamþættingu, endingu undir ABS/ESP hjólreiðum og samsettar umbúðir.

Stimpillinn -gerður aðalhólkur er þéttur að byggingu. Innri íhlutir þess snýr saman eins og loftnetshlutar, sem gerir heildarsamsetningunni kleift að lengjast og dragast mjúklega inn. Þetta sjónaukafyrirkomulag dregur verulega úr axiallengd uppsetningar-venjulegaum helminghefðbundinna aðalstrokka-samhliða því að mætastrangt vökvakerfiflæðiskröfur nútíma ABS og ESP kerfa.

1.2 Uppbyggingareiginleikar

Það sem er mest sérstakt við aðalstrokka-tegundar stimpilsins er staðsetning jöfnunargátta á stimplinum frekar en í veggnum í holunni. Þessi hönnun útilokar skarpa brún hefðbundins gats-hliðar, sem sögulega var fyrsti bilunarstaður fyrir aðalskálaþéttingar. Það veitir einnig miklu stærra heildaruppbótarflæðissvæði-mörgum höfnum er hægt að raða í kringum stimplaummálið.

Þar að auki, vegna þess að öll virka lengd stimplsins er notuð til að þétta snertingu við hólkholsvegginn, er hægt að minnka heildarlengd strokka líkamans verulega.

1.3 Starfsregla

Í kyrrstöðu eru aðal- og aukarásir opnar að lóninu í gegnum -stimpla uppsettar jöfnunargáttir. Þegar ökumaður ýtir á bremsupedalinn færist aðalstimpillinn áfram. Jöfnunargáttirnar fara framhjá aðalbikarþéttingunni, sem nú ríður á móti sléttu óslitnu holfleti. Þegar gengið hefur verið framhjá höfnunum er þrýstihólfið lokað og vökvaþrýstingur byggist upp og skilar vökva til bremsurásanna.

Þegar pedali er sleppt kemur stimpillinn aftur undir gormakrafti. Uppbótargöngin-koma aftur inn á svæðið framhjá aðalbikarþéttingunni,-koma aftur á sambandinu milli þrýstihólfsins og geymisins, leyfa vökva að flæða til baka og fylla á hólfið eftir þörfum.

1.4 Lykilmunur frá hefðbundinni hönnun höfuðhylkja

• 1.4.1 Verulega minni axial lengd

Vegna þess að innri íhlutir sjónauka hver í öðrum getur heildarlengd samsetningar veriðverulega stytt-oft um það bil helmingi minni en hefðbundinn aðalhólkur með sambærilegu holþvermáli og úttaksrúmmáli. Þessi pökkunarkostur er mikilvægur fyrir ökutæki með þétt vélarrými.

• 1.4.2 Bein samhæfni við ABS kerfi

Hefðbundnir aðalhólkar með holu-veggjöfnunargáttum hafa sýnt mikið hlutfall af skemmdum á aðalskálaþéttingum þegar þeir eru notaðir með ABS. Ástæðan liggur í virkni ABS: meðan á virkum ABS hjólreiðum stendur losar kerfið aftur og aftur-hemlavökva. Þetta veldur því að aðalstrokkastimpillinn sveiflast innan þröngs bils. Í hefðbundinni hönnun staðsetur þessi sveifla oft aðalbikarinnsiglið nákvæmlega á staðsetningu uppbótargáttarinnar. Við háan þrýsting er innsiglisbikarnum þvingað inn í portopið, sem leiðir til hröðu slits á innsigli, skurði eða bilunar í útpressun.

Í stimpli-gerðinni ferðast jöfnunargáttirnar með stimplinum. Aðalbikarþéttingin snertir aðeins sléttan strokkaholvegg á öllu höggsviðinu. Engin portbrún snertir innsiglið í neinni stimplastöðu, sem nánast útilokar þessa bilunarham.

• 1.4.3 Samhæfni við ESP High-Flæðiskröfur

Rafræn stöðugleikakerfi (ESP) kerfi, sem sífellt er boðið upp á á heimsvísu, krefjast þess að aðalhólkurinn skili miklu magni af bremsuvökva á mjög stuttu millibili fyrir sjálfvirka bremsuinngrip. Stimpill-gerðin uppfyllir þessa kröfu með því að geta innlimað margar stórar uppbótargáttir sem eru staðsettar í kringum stimplaummálið. Þessi hönnun hefur orðið ákjósanlegur arkitektúr fyrir ökutæki búin ESP.

1.5 Framleiðsluforskriftir fyrir stimpil-Gerð aðalhólka

Rétt þétting milli aðalbikarþéttingar og stimpils verður að vera í jafnvægi á móti þörfinni fyrir vökva til að fara framhjá bollaþéttingunni meðan á uppbótartímanum stendur. Að auki krefst slétt rennibraut án bindingar nákvæmrar stjórn á kringlótt holu, beina stimpla og yfirborðsáferð.

2 miðloka tvískiptur-Hringrásarbremsuhausarhólkur

2.1 Almenn lýsing

Aðalstrokka -miðjuventilsins var sérstaklega hannaður til notkunar með ABS-ökutækjum. Eins og stimpilgerð -gerðarinnar, útilokar hann hefðbundna holu-veggjöfnunargáttina, en nær þessu með öðru kerfi: innri fjöðrum-hlaðnum loki staðsettur í miðju hvers stimpla.

Einkaleyfi sem lýsa stillingum miðjuloka fyrir-læsivökvahemlakerfi eru frá miðjum tíunda áratugnum, þar sem helstu framleiðendur, þar á meðal Bosch, þróuðu sínar eigin framleiðsluútgáfur snemma á tíunda áratugnum. Hönnunin hefur reynst sérstaklega hentug fyrir fólksbíla þar sem pökkunarpláss er minna takmarkað en ABS-ending er áfram í fyrirrúmi.

2.2 Uppbyggingareiginleikar

Það sem einkennir höfuðhylki fyrir miðloka er algjör fjarvera bótagátta í vegg hólksins. Þess í stað er hver stimpla með axial miðjuventil-sem samanstendur af litlum gorm, ventlahnappi eða kúlu og þéttingarsæti-sem stjórnar vökvasambandi milli þrýstihólfsins og geymisins. Hylkisholið er alveg slétt frá hvíldarstöðu í gegnum alla slaglengdina, sem veitir óslitið þéttiflöt fyrir aðalskálaþéttingarnar.

Þessi uppbygging útilokar beittan jöfnunargáttarbrún sem skemmir aðalskálaþéttingar í hefðbundinni hönnun.

2.3 Mismunur frá hefðbundinni hönnun höfuðhylkja

Grundvallarmunurinn er burðarvirki: aðalhólkar af -gerð miðloka eru með miðloka og hafa engar uppbótarop. Hefðbundnir aðalhólkar eru með jöfnunartengi og engan miðventil.

Virkni afleiðingin er jafnmikilvæg. Í hefðbundinni hönnun fer aðalbikarþéttingin ítrekað yfir brún jöfnunargáttarinnar við venjulega hemlun. Þessum slitbúnaði er verulega hraðað í ABS forritum, þar sem stimpillinn sveiflast hratt nálægt portstöðunni. Í miðjuventila-gerð lendir bollaþéttingin aldrei á neinum opum í borveggnum, sem lengir endingartíma innsigli og strokks verulega.

Fyrir ABS forrit sérstaklega er þessi munur mikilvægur. Þegar ABS virkar hringrásir valda þrýstibylgjum í þrýstihólfum aðalhólksins, ríður aðalskálsþéttingin í miðjuventilhönnun einfaldlega yfir slétt borflöt, án áhrifa af pulsandi þrýstingi sem myndi keyra hefðbundna innsigli inn í portop.

2.4 Starfsregla

Í kyrrstöðu er miðjulokanum haldið opnum með fjöðrunarkrafti og vélrænni stöðvunarfræði. Bremsuvökvi úr geyminum streymir í gegnum lokann, í kringum stöngina og inn í þrýstihólfið. Þegar ökumaður ýtir á bremsupedalinn og stimplahreyfing hefst, er hægt að sigrast á ventilfjöðrunarkraftinum og ventlasæti lokast á móti hnappinum. Þegar það hefur verið lokað er þrýstihólfið einangrað frá geyminum og frekari stimplahreyfing þrýstir fasta vökvanum og skilar honum til bremsurásanna.

Þegar pedali er sleppt, lækkar afturfjöðrþrýstingur upphaflega, miðventilfjöðurinn -opnar lokann aftur og vökvi flæðir til baka úr geyminum inn í þrýstihólfið.

Valið verður vandlega fyrir forálagsfjöðrkraftinn fyrir miðju lokann. Þegar forhleðslukrafturinn (F) deilt með virku þéttingarsvæðinu gefur aftur-opnunarvökvaþrýsting sem er minni en 0,03 MPa, er bremsuvökvajöfnun flýtt, snúningshraði aðalstrokka er bættur og handvirk áfylling bremsuvökva við samsetningu er auðveldað.

2.5 Framleiðsluforskriftir fyrir aðalhólka miðloka

Eftirfarandi forskriftir tákna dæmigerðar kröfur fyrir farþegaökutæki:

3 Helstu þróunarstefnur og athuganir

3.1 Reglugerð-drifin þróun

Mikilvægasti einstaki drifkrafturinn í þróun aðalstrokka hefur verið öryggisstjórnun. Umboð Bandaríkjanna frá 1967 um tvöfalda-hringrásarhemlakerfi umbreytti allri iðnaðinum. Að sama skapi hefur krafa Evrópusambandsins um að öll ný farþegaökutæki séu búin-læsi hemlakerfi (ABS) frá og með 2004-og rafrænni stöðugleikaáætlun (ESP) frá og með 2014- í grundvallaratriðum breytt því sem aðalstrokka verður að gera.

ABS krafan þýðir að aðalhólkar verða nú að þola þrýstingssveiflur og innsiglissveiflu án ótímabærs slits. ESP-krafan þýðir að aðalhólkar verða að skila miklu vökvamagni samstundis fyrir sjálfvirkar hemlunaraðgerðir. Þessar kröfur eru ekki valfrjálsar-þær eru löglegt lágmark fyrir samþykki ökutækja á flestum helstu mörkuðum.

3.2 Alþjóðlegt regluverk

Fyrir bremsukerfisíhluti sem ætlaðir eru til útflutnings er vitund um tvö ríkjandi regluverk nauðsynleg.

• FMVSS 105 (BNA): Alríkisöryggisstaðall nr. 105 nær yfir vökvahemlakerfi fyrir fólksbíla, fjölnota fólksbíla, vörubíla og rútur, sem krefst stöðvunarvegalengdar, dreifingar hemlakrafts og heilleika kerfisins.
• ECE R13 (ESB og margir aðrir markaðir): Reglugerð Sameinuðu þjóðanna nr.. 13 tekur til samræmdra ákvæða um viðurkenningu ökutækja í flokkum M, N og O að því er varðar hemlun. Það er víða samþykkt í Evrópu, Asíu, Miðausturlöndum og víðar.

Nútíma ökutæki verða að uppfylla annan eða báða þessara staðla og hönnun aðalstrokka verður að uppfylla samsvarandi prófunarreglur.

3.3 Breytingin í átt að hafnlausum arkitektúrum

Hefðbundnar -veggportar hafa sýnt áreiðanleikavandamál við ABS-hjólreiðar. Bæði stimpil-gerð og miðloka-gerð útiloka portbrúnina, hvor með mismunandi vélbúnaði. Hvaða arkitektúr mun á endanum ráða yfir er enn opin spurning, þó að stimpilhönnun -gerðarinnar bjóði upp á kosti í axial lengd og flæðisgetu sem gæti reynst afgerandi fyrir framtíðarnotkun.

3.4 Samþætting við rafeindastýrikerfi

Rafræn stöðugleikakerfi (ESP) og ný kynslóð bremsukerfa-með-vír krefjast aðalstrokka sem geta afgreitt hraðvirkt, mikið-magn vökva, auk samþættingar við rafeindastýringareiningar og stöðuskynjara. Þrátt fyrir að fullsjálfráð ökutæki (stig 4 og stig 5) geti að lokum dregið úr trausti á vökvaíhlutum í þágu hreinnar rafrænna hemlunar, er búist við að bremsa-með-vír haldi vökvagrunni í fyrirsjáanlega framtíð.

Þróun aðalbremsuhólksins hefur fylgt tveimur aðaldrifum: Bættum kröfum um hemlunaröryggi ökutækja sem settar eru í reglugerðum um allan heim, sem hafa stöðugt hækkað mörkin fyrir öryggi, áreiðanleika og samhæfni við aðra hemlakerfishluta; og áframhaldandi betrumbætur á hönnunar- og framleiðsluferlum aðalstrokka til að ná betri afköstum, lægri kostnaði og fyrirferðarmeiri umbúðum.

Þar sem ABS er nú staðlað á öllum nýjum farþegabifreiðum á flestum mörkuðum (með umboði síðan 2004) og ESP boðað síðan 2014, verða aðalhólkar að þola ABS hjólreiðar á áreiðanlegan hátt og uppfylla kröfur um ESP flæði. Iðnaðurinn er að sameinast um hafnarlausa hönnun-bæði miðloka og stimpil-gerð-sem útiloka holu-veggjöfnunargáttina. Líklegt er að þessi umskipti haldi áfram, þar sem þessi arkitektúr muni hugsanlega koma í stað hefðbundinnar hönnunar í nýjum farartækjum.

Þar sem ESP heldur áfram að vera tekið upp á heimsvísu, staðsetur hæfileiki aðalstrokka -stimpilsins til að veita mikið, tafarlaust vökvamagn hann sterka fyrir framtíðarnotkun. Á sama tíma hefur smám saman innleiðing rafrænna handhemlakerfis og annarra rafrænna stjórnkerfa þegar leitt til takmarkaðrar notkunar á aðalstrokka með stimplastöðuskynjara.

Heimildir

[1] Reglur um bremsukerfi bifreiða. Bandarískur alríkisöryggisstaðall fyrir ökutæki nr.. 105 (FMVSS 105), UN ECE reglugerð nr.. 13.

[2] Tvöfaldur-aðalrásarstjórnun. Bandarískur alríkisöryggisstaðall fyrir bíla, 1967 umboð.

[3] Tímalína ABS og ESP innleiðingar. Skylt ABS fyrir ný farþegabifreið frá 2004, skyldubundið ESP frá 2014.

[4] Miðloka aðalstrokkatækni. Bosch bremsukerfi. Aðstoð til að draga úr skemmdum á innsigli í ABS forritum.

[5] Markaðsgreining bremsumeistarastrokka 2025-2032. Jarðfræði MRC. Markaðsstærð 3,7 milljarðar árið 2025, spáð 3,7 milljörðum árið 2025, spáð að ná 5,4 milljörðum árið 2032 á 5,5% CAGR.

[6] Haynes handbækur. Að skilja aðalhólk bílsins þíns. Þróunarsaga 1960-1967.

[7] SAE International. SAE J1154 Vökvakerfisaðalhylki fyrir bremsur vélknúinna ökutækja – Afkastakröfur (nýjasta endurskoðun).

[8] Einkaleyfi fyrir aðalstrokka-tegundar. Hyundai MOBIS, Bosch. Hönnunar- og framleiðsluforskriftir.