Evolucija i strukturne karakteristike glavnih hidrauličkih kočionih cilindara automobila

Otkako je Karl Benz 1885. napravio prvi jedno{0}}cilindrični automobil s tri-kotača, vozila su pratila ljudski društveni razvoj više od jednog stoljeća. Sustav kočenja, kao ključni sigurnosni sustav vozila, kontinuirano se razvijao zajedno s napretkom automobilske industrije. Kao srce isporuke energije hidrauličkog kočionog sustava, glavni hidraulički cilindar kočnice više puta je redizajniran i poboljšan.

Razvojna putanja glavnog kočionog cilindra može se pratiti kroz nekoliko glavnih faza: glavni-cilindar s jednim-krugom, tip-tlaka-ventila, dvo{3}}glavni cilindar (tandem) s dvostrukim{3}}krugom i konfiguracije dizajnirane za prilagodbu sustava protiv blokiranja kočnica (ABS) i elektroničkog programa stabilnosti (ESP). zahtjevi. U svakoj fazi pojavile su se varijacije kako bi se odgovorilo na specifične potrebe dizajna i izvedbe. U ovom se dokumentu raspravlja o razvojnom putu svake glavne konfiguracije, strukturnim značajkama, načelima rada i razmatranjima u vezi s proizvodnjom.

Prije 1967. većina automobilskih glavnih cilindara bili su jednostavni-jedan spremnik s jednim klipom i jednom brtvom. Ova je arhitektura imala značajan nedostatak: ako je cilindar kotača procurio, kočioni vod se pokvario ili se pokvarila jedna unutarnja brtva, vozač bi mogao potpuno izgubiti kočenje.

Proboj prema redundantnosti sigurnosti dogodio se 1962. godine, kada je Cadillac predstavio dvo-kočni sustav s odvojenim prednjim i stražnjim hidrauličnim vodovima. Ako je jedan krug pretrpio curenje, drugi bi i dalje mogao zaustaviti vozilo. American Motors također je rano prihvatio sustave podijeljenih-cilindara, iako je njihova dijagonalna-arhitektura podijeljenih krugova između jednog prednjeg i jednog stražnjeg kotača na suprotnim stranama-dizajn koji je poboljšao sigurnost, ali još nije bio potpuno odijeljen prednji-stražnji.

Nekoliko je proizvođača neovisno radilo na dvo-sustavima cilindra nudeći-ugrađenu redundantnost. Wagner Electric je među prvima uspio. Prava prekretnica nastupila je 1967. godine, kada je Savezna vlada SAD-a odredila da sva vozila moraju biti opremljena dvostrukim-glavnim cilindrom kočnice s odvojenim krugovima u slučaju kvara na liniji ili drugih kvarova.

Današnji glavni-cilindri s dvostrukim krugom obično imaju dvije odvojene komore koje odvajaju krug prednje i stražnje kočnice, iako su neke konfiguracije još uvijek podijeljene dijagonalno. Ovaj raspored sprječava potpuni gubitak kočenja ako jedna brtva otkaže ili dođe do curenja tlaka. Više od 75% kočenja obavljaju prednji kotači, što znači da vozač može ne primijetiti kvar stražnjih kočnica, ali prednji ostaju potpuno funkcionalni.

Operativno, kada je papučica kočnice pritisnuta, sila se prenosi preko-potisne poluge na klip glavnog cilindra. Klip uključuje dvije brtve i kreće se unutar dvije komore, s linijom posvećenom svakom krugu. Kako su klipovi prisiljeni naprijed, hidraulički tlak se stvara i pomiče veće klipove u čeljusti ili cilindrima kotača, zaustavljajući kotače.

1.1 Opći opis

Glavni kočni cilindar s dvostrukim-krugom klipa-tipa-kruga-koji se u nekoj industrijskoj literaturi također naziva i beskonačnim ili središnjim{3}}tipom napajanja-predstavlja temeljno odstupanje od konvencionalne arhitekture glavnog cilindra. Umjesto postavljanja kompenzacijskih otvora u stijenku provrta cilindra, ovaj dizajn smješta kompenzacijske prolaze na samom klipu. Ovo naizgled jednostavno premještanje ima značajne implikacije za integraciju sustava, izdržljivost pod ciklusima ABS/ESP i kompaktno pakiranje.

Glavni cilindar-tipa klipa strukturno je kompaktan. Njegove unutarnje komponente teleskopiraju zajedno poput dijelova antene, omogućujući cjelokupnom sklopu da se glatko izvlači i uvlači. Ovaj teleskopski raspored značajno smanjuje aksijalniduljina ugradnje-običnooko polakod konvencionalnih glavnih cilindara-dok istovremeno zadovoljavastroga hidraulikazahtjevi protoka modernih ABS i ESP sustava.

1.2 Strukturne karakteristike

Najistaknutija značajka glavnog cilindra-tipa klipa je smještaj kompenzacijskih otvora na klipu, a ne u stijenci provrta cilindra. Ova konstrukcija eliminira oštar rub konvencionalnog bočnog otvora-provrta, koji je povijesno bio primarno mjesto kvara za primarne brtve šalice. Također pruža puno veću ukupnu kompenzacijsku površinu protoka-više otvora može se rasporediti po obodu klipa.

Dodatno, budući da se cijela efektivna duljina klipa koristi za brtvljenje kontakta sa stijenkom provrta cilindra, ukupna duljina tijela cilindra može se značajno smanjiti.

1.3 Princip rada

U mirovanju, primarni i sekundarni krugovi otvoreni su prema spremniku preko kompenzacijskih-priključaka postavljenih na klip. Kada vozač pritisne papučicu kočnice, primarni klip se pomiče prema naprijed. Kompenzacijski otvori prolaze pored primarne brtve čašice, koja sada naliježe na glatku neprekinutu površinu provrta. Nakon što su otvori zaobiđeni, tlačna komora je zabrtvljena i hidraulički tlak se gradi, isporučujući tekućinu u krugove kočnica.

Nakon otpuštanja papučice, klip se vraća pod silom opruge. Kompenzacijski otvori ponovno-ulaze u područje iza primarne brtve šalice, ponovno-uspostavljajući komunikaciju između tlačne komore i spremnika, dopuštajući tekućini da teče natrag i po potrebi nadopunjava komoru.

1.4 Ključne razlike u odnosu na konvencionalne dizajne glavnog cilindra

• 1.4.1 Značajno smanjena aksijalna duljina

Budući da unutarnje komponente teleskopiraju jedna unutar druge, ukupna duljina sklopa može bitidrastično skraćena-često otprilike upola manje od konvencionalnog tandem glavnog cilindra usporedivog promjera provrta i izlaznog volumena. Ova prednost pakiranja ključna je za vozila s tijesnim prostorom motora.

• 1.4.2 Izravna kompatibilnost s ABS sustavima

Konvencionalni glavni cilindri s kompenzacijskim otvorima -stjenke pokazali su visoku stopu oštećenja primarne brtve čašice kada se koriste s ABS-om. Razlog leži u radnoj dinamici ABS-a: tijekom aktivnog rada ABS-a, sustav više puta otpušta i ponovno -tlači kočionu tekućinu. To uzrokuje da klip glavnog cilindra oscilira unutar uskog raspona. U konvencionalnom dizajnu, ova oscilacija često postavlja primarnu brtvu čašice točno na mjesto kompenzacijskog otvora. Pod visokim pritiskom, čašica brtve se gura u otvor otvora, što dovodi do brzog trošenja brtve, posjekotina ili kvara ekstruzije.

U dizajnu tipa-klipa, kompenzacijski otvori putuju s klipom. Primarna brtva čašice dodiruje samo glatku stijenku provrta cilindra kroz cijeli raspon hoda. Nijedan rub otvora ne dodiruje brtvu na bilo kojem položaju klipa, praktički eliminirajući ovaj način kvara.

• 1.4.3 Kompatibilnost s ESP High-Flow Demands

Sustavi elektroničkog programa stabilnosti (ESP), koji su globalno sve obavezniji, zahtijevaju da glavni cilindar isporuči velike količine kočione tekućine u vrlo kratkim vremenskim intervalima za automatsku intervenciju kočnica. Dizajn-tipa klipa ispunjava ovaj zahtjev svojom sposobnošću da ugradi više velikih kompenzacijskih otvora raspoređenih oko oboda klipa. Ovaj dizajn je postao preferirana arhitektura za vozila opremljena ESP-om.

1.5 Proizvodne specifikacije za klipne-glavne cilindre

Ispravno brtvljenje između primarne brtve čaše i klipa mora biti uravnoteženo s potrebom da tekućina zaobiđe brtvu čaše tijekom faze kompenzacije. Osim toga, glatko klizanje bez zapinjanja zahtijeva preciznu kontrolu okruglosti provrta, ravnosti klipa i završne obrade površine.

Glavni kočni cilindar s dva-kruga središnjeg ventila

2.1 Opći opis

Glavni cilindar-tipa središnjeg ventila posebno je razvijen za upotrebu s vozilima-opremljenim ABS-om. Kao i klipni-dizajn, on eliminira konvencionalni kompenzacijski otvor-stjenke provrta, ali to postiže drugačijim mehanizmom: unutarnji-ventil opterećen oprugom smješten u središtu svakog klipa.

Patenti koji opisuju središnje konfiguracije ventila za anti{0}}hidraulične kočione sustave potječu iz sredine 1990-ih, a glavni proizvođači, uključujući Bosch, razvili su vlastite proizvodne verzije početkom 2000-ih. Dizajn se pokazao posebno prikladnim za aplikacije u osobnim automobilima gdje je prostor za pakiranje manje ograničen, ali trajnost ABS-a ostaje prioritet.

2.2 Strukturne karakteristike

Definirajuća značajka glavnog cilindra središnjeg ventila je potpuni nedostatak kompenzacijskih otvora u stijenci provrta cilindra. Umjesto toga, svaki klip uključuje aksijalni središnji ventil-koji se sastoji od male opruge, ventila ili kuglice i brtvenog sjedišta-koji kontrolira komunikaciju tekućine između tlačne komore i rezervoara. Provrt cilindra potpuno je gladak od položaja mirovanja kroz cijelu duljinu hoda, pružajući neprekinutu brtvenu površinu za primarne brtve šalice.

Ova struktura eliminira oštar kompenzacijski rub otvora koji oštećuje primarne brtve šalice u konvencionalnim izvedbama.

2.3 Razlike od konvencionalnih dizajna glavnog cilindra

Temeljna razlika je strukturna: glavni cilindri-tipa središnjeg ventila uključuju središnji ventil i nemaju kompenzacijske otvore. Konvencionalni glavni cilindri imaju kompenzacijske otvore i nemaju središnji ventil.

Funkcionalna posljedica je jednako značajna. U konvencionalnom dizajnu, primarna brtva čašice opetovano prolazi preko ruba kompenzacijskog otvora tijekom normalnog kočenja. Ovaj mehanizam trošenja znatno se ubrzava u primjenama ABS-a, gdje klip brzo oscilira blizu položaja priključka. U dizajnu-tipa središnjeg ventila, brtva čašice nikada ne nailazi na otvore u stijenci provrta, dramatično produžujući život brtve i cilindra.

Posebno za ABS aplikacije, ova razlika je kritična. Kada aktivni ciklusi ABS-a uzrokuju pulsiranje tlaka u tlačnim komorama glavnog cilindra, primarna brtva čašice u dizajnu središnjeg ventila jednostavno se kreće po glatkoj površini provrta, bez utjecaja pulsirajućeg tlaka koji bi gurnuo konvencionalnu brtvu u otvor otvora.

2.4 Princip rada

U mirovanju, središnji ventil drži otvoren opružnom silom i geometrijom mehaničkog graničnika. Tekućina za kočnice iz spremnika teče kroz ventil, oko lopatice i u tlačnu komoru. Kada vozač pritisne papučicu kočnice i klip započne kretanje, sila opruge ventila postupno se svladava, a sjedište ventila se zatvara prema krilcu. Jednom zabrtvljena, tlačna komora je izolirana od spremnika, a daljnje kretanje klipa stvara tlak zarobljene tekućine, isporučujući je u krugove kočnica.

Nakon otpuštanja papučice, tlak povratne opruge isprva pada, opruga središnjeg ventila ponovno- otvara ventil, a tekućina teče natrag iz spremnika u tlačnu komoru.

Sila opruge prednaprezanja središnjeg ventila mora biti pažljivo odabrana. Kada sila prednaprezanja (F) podijeljena s efektivnim područjem brtvljenja daje hidraulički tlak povratnog otvaranja manji od 0,03 MPa, kompenzacija kočione tekućine se ubrzava, povratna brzina glavnog cilindra se poboljšava, a ručno punjenje kočione tekućine tijekom sklapanja je olakšano.

2.5 Specifikacije proizvodnje za glavne cilindre središnjeg ventila

Sljedeće specifikacije predstavljaju tipične zahtjeve za aplikacije u putničkim vozilima:

3 Ključna strukturna kretanja i zapažanja

3.1 Razvoj -potaknut regulativom

Najvažniji pojedinačni pokretač evolucije glavnog cilindra bila je sigurnosna regulativa. Američki mandat iz 1967. za dvo-kočne sustave transformirao je cijelu industriju. Slično tome, zahtjev Europske unije da sva nova osobna vozila budu opremljena -sustavom protiv blokiranja kotača (ABS) od 2004. nadalje-i elektroničkim programom stabilnosti (ESP) od 2014. nadalje-iz temelja je promijenio ono što glavni cilindar mora raditi.

Zahtjev ABS-a znači da glavni cilindri sada moraju izdržati pulsacije tlaka i oscilacije brtve bez preranog trošenja. ESP zahtjev znači da glavni cilindri moraju trenutno isporučiti velike količine tekućine za automatske intervencije kočenja. Ovi zahtjevi nisu izborni-oni su zakonski minimum za homologaciju vozila na većini velikih tržišta.

3.2 Globalni regulatorni okvir

Za komponente kočnog sustava namijenjene izvozu ključna je svijest o dva dominantna regulatorna okvira.

• FMVSS 105 (SAD): Savezni sigurnosni standard za motorna vozila br.. 105 pokriva hidraulične kočione sustave za osobne automobile, višenamjenska-osobna vozila, kamione i autobuse, propisujući testove zaustavnog puta, raspodjele sile kočenja i cjelovitosti sustava.
• ECE R13 (EU i mnoga druga tržišta): UN Pravilnik br. . 13 pokriva jedinstvene odredbe za homologaciju vozila kategorija M, N i O u pogledu kočenja. Široko je prihvaćen diljem Europe, Azije, Bliskog istoka i šire.

Moderna vozila moraju biti u skladu s jednim ili oba ova standarda, a dizajn glavnog cilindra mora se prilagoditi odgovarajućim ispitnim protokolima.

3.3 Pomak prema portless arhitekturama

Konvencionalni otvori-zida pokazali su probleme s pouzdanošću pod ciklusima ABS-a. I tip klipa-i tip središnjeg ventila-eliminiraju rub otvora, svaki putem različitog mehanizma. Koja će arhitektura u konačnici dominirati ostaje otvoreno pitanje, iako klipni-dizajn nudi prednosti u aksijalnoj duljini i kapacitetu protoka koji bi se mogli pokazati odlučujućim za buduće primjene.

3.4 Integracija s elektroničkim sustavima upravljanja

Elektronički program stabilnosti (ESP) i nova generacija kočionih-po-žičanih sustava zahtijevaju glavne cilindre sposobne za brzu,-isporuku tekućine velike količine, kao i integraciju s elektroničkim kontrolnim jedinicama i senzorima položaja. Iako bi potpuno autonomna vozila (Razina 4 i Razina 5) s vremenom mogla smanjiti oslanjanje na hidrauličke komponente u korist čisto elektroničkog kočenja, očekuje se da će kočnica-po-žici održati hidraulički temelj u doglednoj budućnosti.

Evolucija glavnog kočionog cilindra slijedila je dva glavna pokretača: sve veće zahtjeve sigurnosti kočenja vozila nametnute propisima diljem svijeta, koji su kontinuirano podizali ljestvicu sigurnosti, pouzdanosti i kompatibilnosti s drugim komponentama kočnog sustava; te stalno usavršavanje dizajna glavnog cilindra i procesa proizvodnje kako bi se postigla bolja izvedba, niža cijena i kompaktnije pakiranje.

S ABS-om koji je sada standard na svim novim putničkim vozilima na većini tržišta (obavezno od 2004.) i ESP-om koji je obvezan od 2014., glavni cilindri moraju pouzdano izdržati ABS cikluse i zadovoljiti zahtjeve protoka ESP-a. Industrija se približava dizajnu bez otvora-i središnjeg ventila i klipa-tipa-koji eliminira provrt-kompenzacijski otvor na zidu. Ova će se tranzicija vjerojatno nastaviti, s tim da će ove arhitekture potencijalno zamijeniti većinu konvencionalnih dizajna u novim vozilima.

Kako se ESP nastavlja globalno usvajati, sposobnost glavnog cilindra-tipa klipa da pruži velike, trenutne količine tekućine daje mu čvrstu poziciju za buduće primjene. U međuvremenu, postupno usvajanje elektroničkih sustava parkirne kočnice i drugih elektroničkih sustava upravljanja već je dovelo do ograničene primjene glavnih cilindara sa senzorima položaja klipa.

Reference

[1] Propisi o sustavu kočenja automobila. Savezni sigurnosni standard za motorna vozila SAD-a br.. 105 (FMVSS 105), UN ECE Pravilnik br.. 13.

[2] Regulacija glavnog cilindra s dva-kruga. Američki savezni sigurnosni standard motornih vozila, mandat iz 1967.

[3] Vremenski raspored implementacije ABS-a i ESP-a. Obavezan ABS za nova osobna vozila od 2004., obavezan ESP od 2014.

[4] Tehnologija glavnog cilindra središnjeg ventila. Bosch kočioni sustavi. Ublažavanje oštećenja primarne brtve šalice u primjenama ABS-a.

[5] Analiza tržišta glavnih cilindara kočnica 2025.-2032. Stratistics MRC. Veličina tržišta 3,7 milijardi u 2025., predviđa se da će dosegnuti svakih 3,7 milijardi u 2025., predviđa se da će dosegnuti svakih 5,4 milijardi do 2032. uz 5,5% CAGR.

[6] Haynesovi priručnici. Razumijevanje glavnog cilindra vašeg automobila. Povijest razvoja 1960-1967.

[7] SAE International. SAE J1154 Glavni hidraulički cilindri za kočnice motornih vozila – Zahtjevi za performanse (najnovija revizija).

[8] Patenti glavnog cilindra tip-klipa. Hyundai MOBIS, Bosch. Specifikacije dizajna i proizvodnje.