大型車輛剎車系統高溫預警與冷卻裝置的探索與研究

陸健 程聯社 林素敏

摘要：隨著交通物流的快速發展，帶來的安全隱患也不斷增加，特別是大型貨運車輛長時間或頻繁制動引起剎車片高溫失效，造成交通事故的比例越來越高。因此設計一款基于智能化和專家系統、水冷相結合能實時預警并自動檢測的剎車冷卻裝置具有一定的必要性。

Abstract： With the rapid development of transportation and logistics， the potential safety hazards are also increasing， especially the high temperature failure of brake pads caused by long-time or frequent braking of large freight vehicles， resulting in an increasing proportion of traffic accidents. Therefore， it is necessary to design a brake cooling device based on the combination of intelligence， expert system and water cooling， which can give real-time early warning and automatic detection.

關鍵詞：大型車輛;制動;預警;冷卻裝置

Key words： oarge vehiclesl;braking;early warning;cooling system

中圖分類號：U472.43???????????????????????????????????? 文獻標識碼：A?????????????????????????????? ?? 文章編號：1674-957X（2021）21-0160-02

1? 概述

隨著社會的發展和汽車技術的進步，汽車在人們日常生活中起的作用也越來越大，特別是大型車輛為了滿足人們生活質量對物流運輸的需求。近年來，隨著大型貨運車輛的激增，帶來的交通安全也不容忽視，特別是因剎車失靈造成的交通事故增長較快，造成了較大的人員傷亡和財產損失。（圖1）

大型車輛鼓式剎車的制動系統其結構主要是在一個相對密封的環境，其使用條件經常在山路等頻繁剎車的行駛條件，鼓式制動最大的缺點就是散熱慢，易發生熱衰性現象，特別是在山區公路高速公路等安全行車，由于長時間依靠頻繁制動減速行駛，從而造成剎車片過熱失靈且易發生爆胎導致交通事故。

2? 現狀

目前市場上解決這一問題的主要措施是給車輛增加一套水冷卻裝置，在車上附帶一個水箱，將水箱內的水通過管道引到剎車片，車輛起動后，打開閥門，利用水對剎車進行淋水冷卻。這種方法雖然可以對車輛剎車系統進行冷卻，但此裝置存在以下缺點：①智能化程度低，影響交通安全。手動操作，噴水量不可控，不論剎車片溫度高低，都不間斷的大量淋水，造成水浪費，也會使成路面濕滑，特別在冬季還會造成路面結冰，對行車安全造成很大隱患，這也是國家明令禁止的。②可靠性不高，使用范圍受限。由于水箱容積有限，長途下坡或運輸中途需要加水，也易引發由于缺水造成剎車失靈，高強度剎車時還會造成剎車片熱衰;在缺水地區使用受限。③主動安全性低，無法自檢。司機對剎車片的溫度未知，不能提前采取減速等措施，當感知剎車失效時，采取的措施也是非常有限;另外當管路堵塞或損壞等不能正常工作時，系統不能報警，無法自檢。

傳統的剎車片淋水冷卻裝置按取水方式的不同，淋水一般可分為這三種主要形式。自流式淋水、自流式一般將水箱裝在較高的位置，依靠水的重力作用向下流淌，實現對車輪和剎車片的降溫，由于不需要另加取水裝置，結構簡單，成本最小。氣壓淋水主要是依靠車輛自帶的空壓機對水箱加壓，依靠壓力進行噴淋，此裝置水箱位置可以較低，水壓穩定，噴水量根據壓力可以調節。電動水泵是在水箱中安裝一個電動水泵，泵水噴淋，需要另行加裝一個電動水泵，應用較少。因此，設計全新的大型車輛剎車預警和冷卻控制系統是我國道路運輸行業一個亟待解決的問題。設計出一款提供一種大貨車剎車系統自動冷卻裝置，能有效克服傳統剎車冷卻裝置的一系列缺點。能有效的保持車輛制動的恒定性，減少交通事故的發生率。

3? 設計內容

本裝置初期通過在實驗臺上的實驗到最終安裝到是實車上完成預計主要經歷了三代產品的更新迭代，早期的大型車輛預警冷卻裝置主要可以在原來水淋降溫的基礎上增加了高溫精準檢測溫度、全方位霧化和風水冷調節的功能;發展到第二代又增加了數據信息對比功能和診斷自檢系統;發展到第三代可以達到自適應功能和與車輛EBS系統相互配合降溫的功能。

初期產品主要采用剎車自動冷卻裝置對大型車輛剎車冷卻系統進行冷卻、剎車片溫度實時監控及發出預警等功能。

①高精準溫度控制技術。本裝置采用紅外測溫儀其測量精度為測量值的±1.5℃或±2.5℃大值，外形為62mm*18mm，工作電源為12VDC，外殼材質為304不銹鋼，接線時紅線接12VDC電源正極，藍線接4-20mA信號正極。該測溫儀將傳感器、光學系統與電子線路共同集成在不銹鋼殼體內，易于安裝;測溫儀采用支架安裝方式，用左右兩個配套螺母將支架與紅外測溫儀不銹鋼殼體進行快速連接，安裝可靠。②全方位霧化控制技術。采用霧化技術和電磁閥來根據剎車片溫度的不同來控制不同的水量，同時對水進行加壓采用高壓霧化對制動系統進行冷卻，從而起到更好的降溫效果;高壓霧化后同時也解決了傳統車輛特別是冬天在氣溫較低情況下冷卻造成路面結冰的后顧之憂。③風、水冷調節系統。根據剎車輪轂溫度，實施不同控制方式，輪轂達到一定溫度需要降溫時，首先風冷系統起作用，如果溫度進一步升高，水冷系統同時參與工作以起到降溫的效果。

二代產品的基礎上增加車輛剎車系統數據庫和車載剎車系統自檢功能，可以實現多種車輛不同數據的信息數據對比，提高控制精度，控制系統具有自檢功能，產生故障后以故障代碼的形式提醒駕駛和維修人員。

①多種車輛剎車系統實驗數據庫。根據不同噸位的車輛，我們有詳細的系統數據。根據我們多次測試實驗得到了最佳的降溫效果，后期將進一步聯合制動器生產廠家，對數據口不斷完善和更新，以適應更多的車型。比如：不同噸位車輛它的慣性也就不一樣，剎車的距離會根據噸位的增大也會變長;剎車的頻率和時長不同溫度會不同，所用的水量參數也會不同。②車載剎車自檢系統。針對水管安裝密封不好，產生漏水現象;車輛行駛在泥濘道路，泥石覆蓋在溫度傳感器上，造成溫度溫差等一系列裝置問題我們自主開發了一套自檢軟件系統。如果有哪一個傳感器出問題時由于我們有多個溫度傳感器進行溫度對比，裝置不會停止工作，不會對整個降溫裝置造成罷工狀態，對車主有了更好安全保障。但自檢系統會及時點亮故障燈，提醒車主進行保養維修。

三代產品的控制單元將執行數據與理論數據進行對比計算，對下次的風水量調節進行自適應調整，進一步提高控制精度，同時與EBS電子制動系統配合達到降溫效果。

①EBS系統配合降溫。通過聯合EBS系統，如果風水冷系統降溫還不足以滿足降溫要求，溫度仍然較高，可將溫度信號傳遞給EBS控制單元，通過降低汽車的行駛速度來降低溫度，減少因剎車失靈導致交通事故的可能性。②翅片式風冷盤。通過增加制動系統零部件的散熱面積，在風冷系統起作用時，使接觸面積增大更快的降溫提高散熱效果。③自適應功能。高溫預警冷卻調節裝置在多次起作用后，控制單元將相關數據進行對比計算，對下次的風水量調節進行自適應調整，確保下次的控制精度能夠更加的精準。

本產品主要利用現有大型車輛制動系統，在其基礎上加裝一套水、風冷相結合的冷卻裝置，主要由檢測裝置、控制裝置和執行機構三部分組成，檢測裝置主要由4個紅外線傳感器組成，用于檢測剎車片的溫度給控制單元提供信息，控制端元根據所提供的信息按照預先設定的程序按比例打開電磁閥，用電磁閥來控制冷卻水量和風量以達到降溫目的，其改裝示意圖如圖2所示。

信號采集根據不同的制動力矩，通過傳感器進行實時信息采集，經過多次測試實驗得到最佳降溫效果，對數據進行不斷完善和更新，以適應更多的車型，達到最佳的冷卻效果。設計的新型大型車輛剎車系統高溫預警與冷卻裝置能根據不同的車型、車輛制動時的不同工況進行實時監測和高溫后進行風水量調節降溫，并且與車輛自身的EBS系統配合，在保證車輛安全行駛的情況下達到最佳制動系統降溫效果，同時具備系統自檢功能，通過蜂鳴和故障碼的方式提醒駕駛和維修人員系統的存在的問題。從根本上解決了目前市場上大型車輛對于制動系統降溫方面的各種弊端。

4? 結論

因此基于傳統的剎車片冷卻裝置存在智能化低、穩定性差、使用范圍受限，冬季水冷制動造成路面結冰等缺點，在符合國家法律法規和車輛安全改裝保證行車安全的前提條件下，在大型車輛剎車系統上開發一套高溫預警冷卻裝置可以從根本上有效的解決這一問題，通過對照國標、行標和國家法律法規的具體規定，大型車輛剎車系統高溫預警冷卻裝置主要是在車輛原有基礎上加裝了一套裝置，提高了車輛行駛的安全性能，該裝置目前通過走訪調研及性能測試均符合國家法律法規和安全性能相關規定，后期具有推廣的可行性，具有良好的社會效益和經濟效益。

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