汽車制動(dòng)器的發(fā)展綜述隨著科技的不斷進(jìn)步，汽車的各項(xiàng)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(dòng)時(shí)還要滑行很長(zhǎng)一段距離。但是現(xiàn)在，不僅僅車速達(dá)到了以前的好幾倍，制動(dòng)時(shí)也可以在很短一段距離內(nèi)就停住。但是也正因?yàn)槿绱?，人們也不再滿足于各項(xiàng)性能平均的汽車，轉(zhuǎn)而開始追求某項(xiàng)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(jì)的汽車。這種汽車最早起源于戰(zhàn)爭(zhēng)，也是在戰(zhàn)爭(zhēng)中得到大規(guī)模的應(yīng)用，但是戰(zhàn)爭(zhēng)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(shí)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(shí)間都會(huì)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(jì)的主題是制動(dòng)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(jì)時(shí)必須考慮的要素。要想避免事故的發(fā)生，制動(dòng)系統(tǒng)的作用就顯現(xiàn)出來了。隨著汽車的動(dòng)力性逐漸提高，制動(dòng)時(shí)所需的制動(dòng)力也要隨之增大，研究人員對(duì)于制動(dòng)器的研究也從未停止。其中，制動(dòng)過程中的散熱問題更是國(guó)內(nèi)外研究人員研究的重點(diǎn)。由于制動(dòng)過程中產(chǎn)生的摩擦力矩，會(huì)使得制動(dòng)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(shí)間內(nèi)將這些熱量散失，輕則對(duì)制動(dòng)器造成不可逆的損傷，重則致使制動(dòng)器失效，造成嚴(yán)重的交通事故。因此，制動(dòng)器的設(shè)計(jì)是必要的，只有不斷地找出制動(dòng)器中存在的缺陷，并針對(duì)問題提出好的優(yōu)化方案，才能將風(fēng)險(xiǎn)降至最低，設(shè)計(jì)出真正安全可靠的汽車。1.1制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀早在1962年，J.W.Kinchin就對(duì)盤式制動(dòng)器的發(fā)展以及防抱死制動(dòng)裝置進(jìn)行了詳細(xì)的論述，文中提到，由于鼓式制動(dòng)器中存在的諸多限制，向著盤式制動(dòng)器的轉(zhuǎn)變是不可避免的。在經(jīng)過一系列改進(jìn)后，盤式制動(dòng)器才慢慢變得多樣化[9]。防抱死制動(dòng)裝置的出現(xiàn)則是由于制動(dòng)性能的大幅提高，緊急制動(dòng)時(shí)容易導(dǎo)致車輪抱死，為了避免這種情況下可能造成的嚴(yán)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(dòng)器性能建模仿真”中根據(jù)摩擦因數(shù)建立了制動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型，并在MATLAB環(huán)境中對(duì)汽車制動(dòng)器性能進(jìn)行建模仿真研究[19]。表明了通過建模仿真能夠真實(shí)地反映制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的控制策略。2018年，AsifAfzal在報(bào)告中指出：盤式制動(dòng)器必須承受摩擦扭矩，并耗散制動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量。汽車制動(dòng)系統(tǒng)的性能主要受制動(dòng)過程中制動(dòng)盤和制動(dòng)塊接觸界面溫度升高的影響。溫度升高可能會(huì)造成一系列不利因素。這些因素直接影響制動(dòng)系統(tǒng)的壽命和性能，最重要的是會(huì)影響車輛和乘員的安全[1]。因此，他對(duì)于接觸界面處熱量的產(chǎn)生及耗散的方式進(jìn)行了研究，通過比較實(shí)心盤制動(dòng)器和通風(fēng)盤制動(dòng)器的性能，提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。在制動(dòng)過程中，如果熱量無法快速散失，制動(dòng)盤上將會(huì)產(chǎn)生熱斑，裂紋等對(duì)制動(dòng)盤壽命造成影響的不利因素。GaelLeGigan等研究人員就對(duì)重型車輛盤式制動(dòng)器的溫度和裂紋進(jìn)行了研究，通過實(shí)驗(yàn)比較了八種不同的灰鑄鐵合金制動(dòng)盤，得出熱斑可能會(huì)使制動(dòng)盤材料局部過熱和劣化，這將會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，最終大大影響制動(dòng)盤的壽命[7]。2019年，中汽研汽車檢驗(yàn)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(dòng)器——周盤式制動(dòng)器，同樣結(jié)合了盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，分為內(nèi)外兩個(gè)制動(dòng)面，在周制動(dòng)盤的外周面安裝了周向夾緊制動(dòng)蹄，內(nèi)周面安裝了周向外撐制動(dòng)蹄，形成內(nèi)撐外抱的夾緊機(jī)構(gòu)。在制動(dòng)時(shí)，凸輪軸的內(nèi)外結(jié)構(gòu)件分別驅(qū)動(dòng)周向夾緊制動(dòng)蹄和周向外撐制動(dòng)蹄，在兩制動(dòng)蹄的作用下，夾緊裝置與周制動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象對(duì)行車安全的危害”中詳細(xì)論述了制動(dòng)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(dòng)器，道路狀況和管理三個(gè)方面來改善。在制動(dòng)器上安裝輔助裝置，定期對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，在道路上安裝減速帶等措施來降低汽車的制動(dòng)性能熱衰退。E.Denimal等研究人員就指出：制動(dòng)尖叫是汽車工業(yè)中的一個(gè)重要問題，因?yàn)樗擒囕v被退回的主要原因之一。因此，在制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)至關(guān)重要[2]。他們利用克里格法，通過預(yù)測(cè)制動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)。最后得出只有在模擬數(shù)目較少，或是參數(shù)足夠多時(shí)，才可以得到最佳的制動(dòng)設(shè)計(jì)方案。而在S.Oberst等研究人員的報(bào)告中則提出用簡(jiǎn)單的制動(dòng)系統(tǒng)模型對(duì)盤式制動(dòng)尖叫進(jìn)行了分析，并指出了摩擦制動(dòng)中聲輻射計(jì)算的重要性，以及正確理解接觸動(dòng)力學(xué)(包括一個(gè)真實(shí)的摩擦模型)的重要性[8]。AlbertSchlecht和BerndHeissing對(duì)于制動(dòng)引起的振動(dòng)，即制動(dòng)抖動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試和仿真[11]。最后得出結(jié)論，可以在開發(fā)過程中對(duì)制動(dòng)器和懸架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(fèi)大量資源。最后，還有一項(xiàng)特殊的研究，為了測(cè)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(huì)使用嵌入真實(shí)車廂的制動(dòng)模擬器來測(cè)試，而MaximilianvonBernstorff等研究人員提出了用反應(yīng)計(jì)時(shí)器來代替制動(dòng)模擬器進(jìn)行簡(jiǎn)單的初步估計(jì)。這種方法為醫(yī)生提供了一個(gè)低成本的方案，但盡管如此，在患者遇到實(shí)際的交通狀況前，制動(dòng)模擬器的測(cè)試仍是最好的標(biāo)準(zhǔn)。1.2制動(dòng)系統(tǒng)的分類1.2.1行車制動(dòng)系統(tǒng)行車制動(dòng)系統(tǒng)要求不論處于何種狀況，駕駛員都不能喪失對(duì)車輛的控制作用，并且要能夠隨時(shí)使車輛安全可靠的停止。這種制動(dòng)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(shí)施的。還有一個(gè)必須要滿足的要求，就是漸進(jìn)制動(dòng)。即駕駛員要能夠改變制動(dòng)器產(chǎn)生的力和力矩，使其在一個(gè)區(qū)域內(nèi)變化。1.2.2應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)（第二制動(dòng)系統(tǒng)）行車制動(dòng)系統(tǒng)失去制動(dòng)作用后，應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)必須保證能夠?qū)崿F(xiàn)行車制動(dòng)系統(tǒng)的作用。第二制動(dòng)系統(tǒng)要求在行車制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，必須能夠在一個(gè)規(guī)定的距離內(nèi)完成剎車作用。同時(shí)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(shí)完成。應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)可以是漸進(jìn)的，也可以是非漸進(jìn)的。但是按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)必須是漸進(jìn)的。1.2.3駐車制動(dòng)系統(tǒng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)能夠讓汽車保持停止?fàn)顟B(tài)。同時(shí)要求不使用電力，液力等方式，單純通過機(jī)械的方式完成。在作用過程中，駕駛員不用一直進(jìn)行操作，甚至駕駛員可以不在駕駛位，汽車也能在駐車制動(dòng)系統(tǒng)的作用下停駐。但是要想實(shí)現(xiàn)制動(dòng)作用，還是需要駕駛員操作。駐車制動(dòng)系統(tǒng)可以是非漸進(jìn)的。1.2.4輔助制動(dòng)系統(tǒng)在重型車輛下長(zhǎng)坡時(shí)，通常要進(jìn)行多次制動(dòng)，為了避免超速發(fā)生事故，也為了減輕行車制動(dòng)系統(tǒng)在此期間的高負(fù)荷，汽車可以加裝輔助制動(dòng)系統(tǒng)。1.3制動(dòng)器的功用對(duì)于越野車而言，由于行駛路面不同于城市道路，因此對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)的要求也更為嚴(yán)格。制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)器和制動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用有：使汽車從行駛狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)；使汽車由高處駛下時(shí)保持均勻的速度；讓汽車保持靜止?fàn)顟B(tài)不變。一般來說，制動(dòng)器主要用來產(chǎn)生與汽車前進(jìn)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(dòng)器的一種。制動(dòng)器，作為制動(dòng)系統(tǒng)里最為重要的一部分，一直都是研究的重點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注的部件。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是制動(dòng)器。形象一點(diǎn)來說，車輪就像是一個(gè)滾動(dòng)的盤子，制動(dòng)器就像是我們的手，不同的制動(dòng)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(dòng)器的作用了，簡(jiǎn)單地說，就是讓車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。1.4制動(dòng)器的分類摩擦式制動(dòng)器有盤式和鼓式兩種。鼓式制動(dòng)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(dòng)器分為全盤式和鉗盤式?？萍荚诓粩嗟剡M(jìn)步，人們對(duì)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(dòng)系統(tǒng)可能會(huì)朝著輕量化、低噪聲、智能化的方向發(fā)展。與鼓式制動(dòng)器相比，盤式制動(dòng)器有著鼓式制動(dòng)器一直無法超越的穩(wěn)定性。由于經(jīng)濟(jì)性的要求，不能要求不論何種價(jià)位的汽車都普遍采用盤式制動(dòng)器，重型汽車上所要求的較大的制動(dòng)力矩，單純采用一般的盤式制動(dòng)器也無法滿足。因此鼓式制動(dòng)器無法在短時(shí)間內(nèi)被淘汰，但盤式制動(dòng)器的優(yōu)秀也代表著未來仍然是以發(fā)展盤式制動(dòng)器為主。參考文獻(xiàn)[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]游專.越野車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析軟件開發(fā)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011(2):20-25[13]張堃,黃茂等.重型越野汽車電控制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].汽車工程,2014(8):980-983[14]楊忠勝.驅(qū)動(dòng)橋減速機(jī)構(gòu)制造中的注意事項(xiàng)[J].汽車工藝師,2016.11[15]楊蒙,黃歡,夏海龍.一種新型汽車制動(dòng)器的探究[J].專用汽車,20