Evolucija i strukturne karakteristike automobilskih hidrauličnih glavnih cilindara kočnica

Otkako je Karl Benz 1885. godine napravio prvi jednocilindrični automobil sa-tri -točkaša, vozila su pratila ljudski društveni razvoj više od jednog stoljeća. Kočioni sistem, kao kritični sigurnosni sistem vozila, kontinuirano se razvijao uporedo s napretkom automobilizma. Kao srce isporuke energije hidrauličkog kočionog sistema, glavni cilindar hidrauličnog kočnica je više puta redizajniran i unapređen.

Putanja razvoja glavnog kočionog cilindra može se pratiti kroz nekoliko glavnih faza: jedan-glavni cilindar s jednim krugom, tip ventila zaostatnog-pritiska-, glavni cilindar s dvostrukim-(tandemskim) krugom i konfiguracije dizajnirane da prihvate} Program protiv zaključavanja sistema za elektronsku blokadu (StabSlock){4} zahtjevi. U svakoj fazi pojavile su se varijacije kako bi se zadovoljile specifične potrebe dizajna i performansi. Ovaj rad razmatra razvojni put svake glavne konfiguracije, strukturne karakteristike, principe rada i razmatranja proizvodnje.

Prije 1967., većina automobilskih glavnih cilindara bili su jednostavni-jedan rezervoar sa jednim klipom i jednom zaptivkom. Ova arhitektura je imala značajan nedostatak: ako je cilindar točka prokišnjavao, kočni vod pokvario ili je jedan unutrašnji pečat pokvario, vozač bi mogao potpuno izgubiti kočenje.

Proboj ka sigurnosnoj redundanciji dogodio se 1962. godine, kada je Cadillac uveo kočioni sistem s dva kruga sa odvojenim prednjim i stražnjim hidrauličnim vodovima. Ako bi jedan krug doživio curenje, drugi bi i dalje mogao zaustaviti vozilo. American Motors je također rano usvojio sisteme s podijeljenim-cilindarima, iako je njihova dijagonalna-podijeljena arhitektura dijelila krugove između jednog prednjeg i jednog stražnjeg točka na suprotnim stranama-dizajn koji je poboljšao sigurnost, ali još uvijek nije bio potpuni prednji-stražnji dio.

Nekoliko proizvođača radilo je nezavisno na sistemima sa dva cilindra- nudeći ugrađenu-zalihost. Wagner Electric je među prvima uspio. Prava prekretnica nastupila je 1967. godine, kada je Savezna vlada SAD-a naložila da sva vozila moraju biti opremljena dvostrukim-glavnim kočionim cilindrom sa odvojenim strujnim krugovima u slučaju kvara linije ili drugih kvarova.

Današnji glavni cilindri s dva -kola obično imaju dvije odvojene komore koje razdvajaju prednje i stražnje kočione krugove, iako su neke konfiguracije još uvijek podijeljene dijagonalno. Ovakav raspored sprečava potpuni gubitak kočenja ako jedna zaptivka pokvari ili dođe do curenja pritiska. Više od 75% kočenja obavljaju prednji točkovi, što znači da kvar zadnje kočnice može ostati neprimijećen od strane vozača, ali prednji ostaje potpuno funkcionalan.

Operativno, kada je pedala kočnice pritisnuta, sila se prenosi kroz potisnu{0}} šipku na klip glavnog cilindra. Klip ima dvije zaptivke i kreće se unutar dvije komore, sa linijom posvećenom svakom krugu. Kako se klipovi guraju naprijed, hidraulički pritisak stvara i pomiče veće klipove u čeljustima ili cilindrima kotača, zaustavljajući kotače.

1.1 Opšti opis

Glavni kočioni cilindar-tip sa dvostrukim-kočom-koji se u nekoj industrijskoj literaturi naziva i bez porta ili centralni -tip napajanja-predstavlja fundamentalno odstupanje od konvencionalne arhitekture glavnog cilindra. Umjesto postavljanja kompenzacijskih otvora u zid otvora cilindra, ovaj dizajn locira kompenzacijske prolaze na samom klipu. Ovo naizgled jednostavno ponovno pozicioniranje nosi značajne implikacije na integraciju sistema, izdržljivost pod ABS/ESP ciklusima i kompaktno pakovanje.

Glavni cilindar tipa klipa{0}} je strukturno kompaktan. Njegove unutrašnje komponente teleskopiraju zajedno kao sekcije antene, omogućavajući da se cjelokupni sklop glatko produži i uvuče. Ovaj teleskopski raspored značajno smanjuje aksijalnodužina ugradnje-običnootprilike polovinaonaj konvencionalnih glavnih cilindara-i istovremeno ispunjavajustroga hidraulikaZahtjevi za protok modernih ABS i ESP sistema.

1.2 Strukturne karakteristike

Najizrazitija karakteristika glavnog cilindra tipa klip{0}} je postavljanje kompenzacionih otvora na klip, a ne na zid otvora cilindra. Ovaj dizajn eliminiše oštru ivicu konvencionalnog otvora{2}}bočne strane, koji je istorijski bio primarno mjesto kvara za primarne zaptivke za čaše. Takođe pruža mnogo veću ukupnu površinu kompenzacionog protoka-više priključaka može biti raspoređeno oko obima klipa.

Dodatno, pošto se celokupna efektivna dužina klipa koristi za zaptivanje kontakta sa zidom otvora cilindra, ukupna dužina tela cilindra može se značajno smanjiti.

1.3 Princip rada

U mirovanju, primarni i sekundarni krugovi su otvoreni prema rezervoaru preko kompenzacijskih priključaka postavljenih na klip{0}}. Kada vozač pritisne papučicu kočnice, primarni klip se kreće naprijed. Kompenzacijski otvori prolaze pored primarne zaptivke čašice, koja sada naliježe na glatku neprekinutu površinu provrta. Kada se otvori zaobiđu, komora pod pritiskom je zapečaćena i hidraulički pritisak se stvara, isporučujući tečnost u kola kočnica.

Nakon otpuštanja pedale, klip se vraća pod silom opruge. Kompenzacijski otvori-ulaze u područje iza primarne zaptivke čašice, ponovo-uspostavljajući komunikaciju između tlačne komore i rezervoara, omogućavajući fluidu da teče natrag i dopuni komoru po potrebi.

1.4 Ključne razlike od konvencionalnih dizajna glavnog cilindra

• 1.4.1 Značajno smanjena aksijalna dužina

Budući da se unutrašnje komponente teleskopiraju jedna unutar druge, ukupna dužina sklopa može bitidrastično skraćeno-često do otprilike pola manje od konvencionalnog tandem glavnog cilindra uporedivog promjera provrta i izlaznog volumena. Ova prednost pakovanja je kritična za vozila sa uskim rasporedom prostora motora.

• 1.4.2 Direktna kompatibilnost sa ABS sistemima

Konvencionalni glavni cilindri sa otvorima za kompenzaciju{0}}provrta pokazuju visoku stopu oštećenja primarnog zaptivača čašice kada se koriste sa ABS-om. Razlog leži u radnoj dinamici ABS-a: tokom aktivnog ciklusa ABS-a, sistem uzastopno otpušta i ponovo{2}}da kočionu tekućinu pod pritiskom. To uzrokuje osciliranje klipa glavnog cilindra unutar uskog raspona. U konvencionalnom dizajnu, ova oscilacija često pozicionira primarnu zaptivku čašice tačno na lokaciju kompenzacionog otvora. Pod visokim pritiskom, zaptivna čašica se gura u otvor otvora, što dovodi do brzog trošenja zaptivke, rezova ili kvara pri ekstruziji.

U dizajnu tipa klipa{0}}, kompenzacijski otvori putuju s klipom. Primarna zaptivka čašice dolazi u kontakt samo sa glatkim zidom provrta cilindra u cijelom rasponu hoda. Nijedna ivica otvora ne dodiruje zaptivku u bilo kojoj poziciji klipa, praktično eliminirajući ovaj način kvara.

• 1.4.3 Kompatibilnost sa ESP zahtjevima visokog{1}}protoka

Sistemi elektronskog programa stabilnosti (ESP), koji sve više zahtevaju globalno, zahtevaju da glavni cilindar isporučuje velike količine kočione tečnosti u vrlo kratkim vremenskim intervalima za automatsku intervenciju kočnice. Dizajn tipa klipa{1}} zadovoljava ovaj zahtjev kroz svoju sposobnost da inkorporira više velikih kompenzacijskih otvora raspoređenih oko obima klipa. Ovaj dizajn je postao poželjna arhitektura za vozila opremljena ESP-om.

1.5 Proizvodne specifikacije za glavne cilindre tipa klipa-

Ispravno zaptivanje između primarne zaptivke čašice i klipa mora biti uravnoteženo u odnosu na potrebu da tečnost zaobiđe zaptivku čašice tokom faze kompenzacije. Osim toga, glatko klizanje bez vezivanja zahtijeva preciznu kontrolu zaobljenosti provrta, ravnosti klipa i završne obrade površine.

Glavni cilindar kočnice s dvostrukim -centralnim ventilom sa 2 centralnog ventila

2.1 Opšti opis

Glavni cilindar tipa centralnog ventila{0}} je posebno razvijen za upotrebu sa vozilima opremljenim ABS{1}}. Poput dizajna tipa klipa-, on eliminiše konvencionalni otvor za{4}}kompenzaciju zida, ali to postiže putem drugačijeg mehanizma: unutrašnjeg opruge-opterećenog ventila postavljenog u sredini svakog klipa.

Patenti koji opisuju konfiguracije centralnog ventila za hidraulične kočione sisteme protiv blokiranja datiraju iz sredine 1990-ih, pri čemu su glavni proizvođači, uključujući Bosch, razvili vlastite proizvodne verzije početkom 2000-ih. Dizajn se pokazao posebno pogodnim za aplikacije putničkih automobila gdje je prostor za pakovanje manje ograničen, ali izdržljivost ABS-a ostaje prioritet.

2.2 Strukturne karakteristike

Definirajuća karakteristika glavnog cilindra centralnog ventila je potpuno odsustvo kompenzacijskih otvora u zidu provrta cilindra. Umjesto toga, svaki klip sadrži aksijalni središnji ventil-koji se sastoji od male opruge, otvora ventila ili kuglice i zaptivnog sjedišta{2}}koje kontrolira komunikaciju fluida između tlačne komore i rezervoara. Otvor cilindra je potpuno gladak od položaja mirovanja kroz cijelu dužinu hoda, pružajući neprekinutu zaptivnu površinu za primarne zaptivke čašice.

Ova struktura eliminira oštru ivicu otvora za kompenzaciju koja oštećuje primarne zaptivke čašice u konvencionalnim dizajnima.

2.3 Razlike od konvencionalnih dizajna glavnog cilindra

Fundamentalna razlika je strukturalna: glavni cilindri tipa centralnog ventila- sadrže centralni ventil i nemaju kompenzacijske otvore. Konvencionalni glavni cilindri imaju priključke za kompenzaciju i nemaju središnji ventil.

Funkcionalna posljedica je podjednako značajna. U konvencionalnom dizajnu, primarni zaptivač čašice više puta prolazi preko ivice kompenzacionog otvora tokom normalnog kočenja. Ovaj mehanizam habanja je značajno ubrzan u ABS aplikacijama, gdje klip brzo oscilira u blizini položaja otvora. U dizajnu tipa centralnog ventila-, zaptivač čašice nikada ne nailazi na otvore na zidu provrta, dramatično produžavajući vijek trajanja zaptivke i cilindra.

Posebno za ABS aplikacije, ova razlika je kritična. Kada aktivni ciklusi ABS-a uzrokuju pulsiranje tlaka u tlačnim komorama glavnog cilindra, primarna zaptivka čašice u dizajnu centralnog ventila jednostavno se kreće preko glatke površine provrta, na koju ne utiče pulsirajući pritisak koji bi konvencionalnu zaptivku gurnuo u otvor otvora.

2.4 Princip rada

U mirovanju, središnji ventil se drži otvorenim pomoću sile opruge i mehaničke geometrije zaustavljanja. Kočiona tečnost iz rezervoara teče kroz ventil, oko otvora i u komoru pod pritiskom. Kada vozač pritisne papučicu kočnice i počne kretanje klipa, sila opruge ventila se postepeno savladava, a sjedište ventila se zatvara u odnosu na klip. Jednom zapečaćena, tlačna komora je izolirana od rezervoara, a daljnje kretanje klipa stvara pritisak zarobljene tekućine, isporučujući je do kočionih kola.

Nakon otpuštanja papučice, pritisak povratne opruge u početku opada, središnja opruga ventila ponovo-otvara ventil i tekućina teče natrag iz rezervoara u komoru pod pritiskom.

Sila opruge predopterećenja središnjeg ventila mora biti pažljivo odabrana. Kada sila predopterećenja (F) podijeljena sa efektivnom površinom zaptivanja daje hidraulički pritisak-povratnog otvaranja manji od 0,03 MPa, kompenzacija kočione tekućine se ubrzava, brzina povrata glavnog cilindra se poboljšava, a ručno punjenje tekućinom za kočnice tokom montaže je olakšano.

2.5 Proizvodne specifikacije za glavne cilindre centralnog ventila

Sljedeće specifikacije predstavljaju tipične zahtjeve za primjenu putničkih vozila:

3 Ključni strukturni trendovi i zapažanja

3.1 Razvoj vođen regulacijom-

Najvažniji pojedinačni pokretač evolucije glavnog cilindra bila je sigurnosna regulacija. Mandat Sjedinjenih Država iz 1967. za sisteme kočenja s dva kruga{4}} transformirao je cijelu industriju. Slično tome, zahtjev Evropske unije da sva nova putnička vozila budu opremljena sistemima protiv blokiranja točkova (ABS) od 2004. nadalje-i elektronskim programom stabilnosti (ESP) od 2014. nadalje-iz temelja je promijenio ono što glavni cilindar mora raditi.

Zahtjev za ABS znači da glavni cilindri sada moraju izdržati pulsacije pritiska i oscilacije zaptivke bez preranog habanja. Zahtjev za ESP znači da glavni cilindri moraju odmah isporučiti velike količine tekućine za intervencije automatskog kočenja. Ovi zahtjevi nisu opcioni-oni su zakonski minimum za homologaciju vozila na većini velikih tržišta.

3.2 Globalni regulatorni okvir

Za komponente kočionog sistema namenjene izvozu, neophodna je svest o dva dominantna regulatorna okvira.

• FMVSS 105 (SAD): Federalni sigurnosni standard za motorna vozila br.. 105 pokriva hidraulične kočione sisteme za putničke automobile,-višenamjenska putnička vozila, kamione i autobuse, nalažući testove za zaustavni put, raspodjelu sile kočenja i integritet sistema.
• ECE R13 (EU i mnoga druga tržišta): Uredba UN-a br. . 13 pokriva jedinstvene odredbe za homologaciju vozila kategorija M, N i O u pogledu kočenja. Široko je prihvaćen širom Evrope, Azije, Bliskog istoka i šire.

Moderna vozila moraju biti u skladu sa jednim ili oba ova standarda, a dizajn glavnog cilindra mora odgovarati odgovarajućim protokolima ispitivanja.

3.3 Pomak prema arhitekturi bez portova

Konvencionalni{0}}otvori na zidu su pokazali probleme s pouzdanošću pod ABS ciklusom. Dizajn tipa klipa -i centralnog ventila- eliminiše ivicu otvora, svaki putem različitog mehanizma. Koja će arhitektura na kraju dominirati ostaje otvoreno pitanje, iako dizajn klipa{5}} nudi prednosti u aksijalnoj dužini i kapacitetu protoka koji se mogu pokazati odlučujućim za buduće primjene.

3.4 Integracija sa elektronskim kontrolnim sistemima

Elektronski program stabilnosti (ESP) i nova generacija kočionih-po-sistema zahtijevaju glavne cilindre sposobne za brzu,-isporuku tečnosti velike zapremine, kao i integraciju sa elektronskim kontrolnim jedinicama i senzorima položaja. Iako potpuno autonomna vozila (Nivo 4 i Nivo 5) mogu na kraju smanjiti oslanjanje na hidraulične komponente u korist čisto elektronskog kočenja, očekuje se da će kočenje-po-održavati hidrauličku osnovu u doglednoj budućnosti.

Evolucija glavnog cilindra kočnice pratila je dva primarna pokretača: poboljšane zahtjeve sigurnosti kočenja vozila koje nameću propisi širom svijeta, koji kontinuirano podižu standard sigurnosti, pouzdanosti i kompatibilnosti sa drugim komponentama kočionog sistema; i kontinuirano usavršavanje dizajna glavnog cilindra i proizvodnih procesa radi postizanja boljih performansi, niže cijene i kompaktnijeg pakiranja.

Sa ABS-om koji je sada standardan na svim novim putničkim vozilima na većini tržišta (najavljen od 2004.) i ESP-om koji je obavezan od 2014. godine, glavni cilindri moraju pouzdano izdržati ABS cikluse i zadovoljiti zahtjeve ESP protoka. Industrija se približava dizajnu bez otvora-i centralnim ventilom i klipom-tipom-koji eliminišu otvor za{6}}kompenzaciju zida. Ova tranzicija će se vjerovatno nastaviti, s tim da će ove arhitekture potencijalno zamijeniti većinu konvencionalnih dizajna u novim vozilima.

Kako se ESP i dalje primjenjuje na globalnom nivou, sposobnost glavnog cilindra tipa klip- da obezbijedi velike, trenutne količine tečnosti snažno ga pozicionira za buduće primjene. U međuvremenu, postepeno usvajanje sistema elektronskih parkirnih kočnica i drugih elektronskih kontrolnih sistema već je dovelo do ograničene primene glavnih cilindara sa senzorima položaja klipa.

Reference

[1] Propisi o automobilskom kočionom sistemu. Američki federalni sigurnosni standard za motorna vozila br.. 105 (FMVSS 105), UN ECE propis br. 13.

[2] Dvostruka -regulacija glavnog cilindra. Američki savezni standard za sigurnost motornih vozila, mandat iz 1967. godine.

[3] Vremenski okvir implementacije ABS-a i ESP-a. Obavezni ABS za nova putnička vozila od 2004, obavezan ESP od 2014.

[4] Tehnologija glavnog cilindra centralnog ventila. Bosch kočioni sistemi. Ublažavanje oštećenja primarnog zaptivača čašice u ABS aplikacijama.

[5] Analiza tržišta glavnih cilindara kočnica 2025-2032. Stratics MRC. Veličina tržišta 3,7 milijardi u 2025., projektovano do 3,7 milijardi u 2025, projektovano na 5,4 milijarde do 2032. uz 5,5% CAGR.

[6] Haynes Manuals. Razumijevanje glavnog cilindra vašeg automobila. Istorijat razvoja 1960-1967.

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

[8] Patenti za glavni cilindar tipa klipa. Hyundai MOBIS, Bosch. Dizajn i proizvodne specifikacije.