Еволуција и структурне карактеристике главних хидрауличних кочионих цилиндара за аутомобиле

Откако је Карл Бенц 1885. године направио први једноцилиндрични-аутомобил са три-точка, возила су пратила људски друштвени развој више од једног века. Кочиони систем, као критични сигурносни систем возила, континуирано се развија упоредо са напретком аутомобилизма. Као срце испоруке енергије хидрауличног кочионог система, главни цилиндар хидрауличне кочнице је више пута редизајниран и унапређиван.

Путања развоја главног цилиндра кочнице може се пратити кроз неколико главних фаза: једно-главни цилиндар са једним кругом, тип вентила заосталог-притиска-, главни цилиндар са два -кола (тандем) и конфигурације дизајниране да прилагоде Стабилизациони систем за закључавање система (Стабилно блокирање система) (Стабис Елецтрониц Бракинг Систем){{4} захтевима. У свакој фази појавиле су се варијације које су се бавиле специфичним потребама дизајна и перформанси. Овај рад разматра развојни пут сваке главне конфигурације, структурне карактеристике, принципе рада и разматрања производње.

Пре 1967. већина аутомобилских главних цилиндара су били једноставни-један резервоар са једним клипом и једном заптивком. Ова архитектура је имала значајан недостатак: ако је цилиндар точка прокишњавао, кочни вод покварио или је један унутрашњи заптивач покварио, возач би могао потпуно изгубити кочење.

Пробој ка редундантности безбедности догодио се 1962. године, када је Цадиллац представио двокочни систем{1}}са одвојеним предњим и задњим хидрауличним водовима. Ако би један круг доживео цурење, други би и даље могао да заустави возило. Америцан Моторс је такође рано усвојио системе са подељеним-цилиндарима, иако је њихова дијагонална-подељена архитектура поделила кола између једног предњег и једног задњег точка на супротним странама-дизајн који је побољшао безбедност, али још увек није био потпуно предње{7}}раздвајање позади.

Неколико произвођача је независно радило на системима са два цилиндра- нудећи уграђену-залихост. Вагнер Елецтриц је међу првима успео. Права прекретница наступила је 1967. године, када је савезна влада САД наложила да сва возила морају бити опремљена двоструким-главним цилиндром кочнице са одвојеним струјним круговима у случају квара на линији или других кварова.

Данашњи главни цилиндри са два -кола обично имају две одвојене коморе које раздвајају предње и задње кочионе кругове, мада су неке конфигурације и даље дијагонално подељене. Овај распоред спречава потпуни губитак кочења ако једна заптивка поквари или дође до цурења притиска. Више од 75% кочења врше предњи точкови, што значи да квар задње кочнице може остати непримећен од стране возача, али предњи остаје потпуно функционалан.

Оперативно, када је педала кочнице притиснута, сила се преноси кроз потисну{0}} шипку на клип главног цилиндра. Клип садржи две заптивке и креће се унутар две коморе, са линијом посвећеном сваком кругу. Како се клипови гурају напред, хидраулички притисак ствара и помера веће клипове у чељустима или цилиндрима точкова, заустављајући точкове.

1.1 Општи опис

Главни цилиндар кочнице-тип са двоструким-колом-који се у некој индустријској литератури такође помиње као без порта или централни -тип напајања-представља фундаментално одступање од конвенционалне архитектуре главног цилиндра. Уместо постављања компензационих отвора у зид отвора цилиндра, овај дизајн лоцира компензационе пролазе на самом клипу. Ово наизглед једноставно репозиционирање носи значајне импликације на интеграцију система, издржљивост под АБС/ЕСП циклусима и компактно паковање.

Главни цилиндар типа клипа{0}} је структурно компактан. Његове унутрашње компоненте телескопирају заједно попут делова антене, омогућавајући целом склопу да се глатко извлачи и увлачи. Овај телескопски распоред значајно смањује аксијалнодужина уградње-обичнооко половинекод конвенционалних главних цилиндара{0}}и истовремено испуњавајустроги хидрауличнипроточне захтеве савремених АБС и ЕСП система.

1.2 Структурне карактеристике

Најизразитија карактеристика главног цилиндра типа клип{0}}је постављање компензационих отвора на клип, а не на зид отвора цилиндра. Овај дизајн елиминише оштру ивицу конвенционалног отвора{2}}бочног отвора, који је историјски био примарно место квара за примарне заптивке за чаше. Такође обезбеђује много већу укупну површину компензационог протока-више отвора може бити распоређено око обима клипа.

Додатно, пошто се цела ефективна дужина клипа користи за заптивање контакта са зидом отвора цилиндра, укупна дужина тела цилиндра може бити значајно смањена.

1.3 Принцип рада

У стању мировања, примарни и секундарни круг су отворени за резервоар преко компензационих отвора{0}}монтираних на клип. Када возач притисне педалу кочнице, примарни клип се помера напред. Компензациони отвори пролазе поред примарне заптивке чашице, која сада лежи на глаткој површини отвора без прекида. Када се отвори заобиђу, комора под притиском је запечаћена и хидраулички притисак се ствара, испоручујући течност у кола кочница.

Након отпуштања педале, клип се враћа под силом опруге. Компензациони отвори-поново улазе у област поред примарног заптивача чашице, поново-успостављајући комуникацију између коморе под притиском и резервоара, омогућавајући течности да тече назад и допуни комору по потреби.

1.4 Кључне разлике од конвенционалних дизајна главног цилиндра

• 1.4.1 Значајно смањена аксијална дужина

Пошто се унутрашње компоненте телескопују једна у другу, укупна дужина склопа може битидрастично скраћено-често до отприлике половине мање од конвенционалног тандем главног цилиндра упоредивог пречника отвора и излазне запремине. Ова предност паковања је критична за возила са уским распоредом простора мотора.

• 1.4.2 Директна компатибилност са АБС системима

Конвенционални главни цилиндри са отворима за{0}}компензацију на зиду показују високу стопу оштећења примарног заптивача чашице када се користе са АБС-ом. Разлог лежи у радној динамици АБС-а: током активног циклуса АБС-а, систем узастопно отпушта и поново-подиже притисак кочионе течности. Ово доводи до осциловања клипа главног цилиндра у уском опсегу. У конвенционалном дизајну, ова осцилација често поставља примарну заптивку чаше тачно на локацију компензационог отвора. Под високим притиском, заптивна чашица се гура у отвор отвора, што доводи до брзог хабања заптивке, резова или квара при екструзији.

У дизајну типа клипа{0}}, компензациони отвори се крећу са клипом. Примарна заптивка чашице долази у контакт само са глатким зидом проврта цилиндра током читавог опсега хода. Ниједна ивица отвора не додирује заптивку у било ком положају клипа, практично елиминишући овај режим квара.

• 1.4.3 Компатибилност са захтевима високог{1}}протока ЕСП-а

Системи електронског програма стабилности (ЕСП), који су све више захтевани широм света, захтевају да главни цилиндар испоручује велике количине кочионе течности у веома кратким временским интервалима за аутоматску интервенцију кочнице. Дизајн типа клипа{1}} испуњава овај захтев кроз своју способност да угради више великих компензационих отвора распоређених око обима клипа. Овај дизајн је постао пожељна архитектура за возила опремљена ЕСП-ом.

1.5 Производне спецификације за главне цилиндаре типа клипа{1}}

Правилно заптивање између примарног заптивача чашице и клипа мора бити уравнотежено у односу на потребу да течност заобиђе заптивку чашице током фазе компензације. Поред тога, глатко клизање без везивања захтева прецизну контролу заобљености отвора, равности клипа и завршне обраде површине.

Главни цилиндар кочнице са 2 централног вентила са двоструким -кругом

2.1 Општи опис

Главни цилиндар типа централног вентила{0}} је посебно развијен за употребу са возилима опремљеним АБС{1}}ивом. Попут дизајна типа клипа{3}}, он елиминише конвенционални отвор за{4}}компензацију зида, али то постиже путем другачијег механизма: унутрашњег вентила са опругом- постављеног у центру сваког клипа.

Патенти који описују конфигурације централног вентила за хидрауличне кочионе системе против -блокаде датирају из средине 1990-их, при чему су главни произвођачи, укључујући Босцх, развили сопствене производне верзије почетком 2000-их. Дизајн се показао посебно погодним за апликације путничких аутомобила где је простор за паковање мање ограничен, али издржљивост АБС-а остаје приоритет.

2.2 Структурне карактеристике

Дефинишућа карактеристика главног цилиндра централног вентила је потпуно одсуство компензационих отвора у зиду отвора цилиндра. Уместо тога, сваки клип садржи аксијални централни вентил-који се састоји од мале опруге, отвора вентила или куглице и заптивног седишта-које контролише комуникацију флуида између коморе под притиском и резервоара. Отвор цилиндра је потпуно гладак од положаја мировања преко целе дужине хода, пружајући непрекидну заптивну површину за примарне заптивке чаше.

Ова структура елиминише оштру ивицу отвора за компензацију која оштећује примарне заптивке чаша у конвенционалним дизајнима.

2.3 Разлике од конвенционалних дизајна главног цилиндра

Основна разлика је структурална: главни цилиндри типа централног вентила- имају централни вентил и немају компензационе отворе. Конвенционални главни цилиндри имају прикључке за компензацију и немају средишњи вентил.

Функционална последица је подједнако значајна. У конвенционалном дизајну, примарни заптивач чашице више пута пролази преко ивице компензационог отвора током нормалног кочења. Овај механизам хабања је значајно убрзан у АБС апликацијама, где клип брзо осцилује у близини положаја прикључка. У дизајну типа централног вентила{3}}, заптивач чаше никада не наилази на отвор на зиду отвора, драматично продужавајући век заптивке и цилиндра.

Посебно за АБС апликације, ова разлика је критична. Када АБС активни циклуси изазову пулсирање притиска у коморама под притиском главног цилиндра, примарни заптивач чашице у дизајну централног вентила једноставно се креће преко глатке површине отвора, на њега не утиче пулсирајући притисак који би гурнуо конвенционалну заптивку у отвор отвора.

2.4 Принцип рада

У мировању, средишњи вентил се држи отвореним помоћу силе опруге и механичке геометрије заустављања. Кочиона течност из резервоара тече кроз вентил, око отвора и у комору под притиском. Када возач притисне папучицу кочнице и почне кретање клипа, сила опруге вентила се постепено савладава, а седиште вентила се затвара на клапну. Једном запечаћена, комора под притиском је изолована од резервоара, а даље кретање клипа ствара притисак заробљене течности, испоручујући је до кочионих кола.

Након отпуштања педале, притисак повратне опруге у почетку опада, централна опруга вентила поново{0}}отвара вентил и течност тече назад из резервоара у комору под притиском.

Сила опруге предоптерећења централног вентила мора бити пажљиво одабрана. Када сила преднапрезања (Ф) подељена са ефективном површином заптивања даје хидраулички притисак-повратног отварања мањи од 0,03 МПа, компензација кочионе течности се убрзава, брзина повратка главног цилиндра је побољшана, а ручно пуњење течности за кочнице током монтаже је олакшано.

2.5 Производне спецификације за главне цилиндре централног вентила

Следеће спецификације представљају типичне захтеве за апликације путничких возила:

3 Кључни структурни трендови и запажања

3.1 Развој вођен регулацијом{1}}

Најважнији појединачни покретач еволуције главног цилиндра била је регулација безбедности. Мандат Сједињених Држава из 1967. за системе кочења са два круга{4}} трансформисао је целу индустрију. Слично томе, захтев Европске уније да сва нова путничка возила буду опремљена-системима против блокирања точкова (АБС) од 2004. надаље-и електронским програмом стабилности (ЕСП) од 2014. године-су фундаментално променили оно што главни цилиндар мора да ради.

Захтев за АБС значи да главни цилиндри сада морају да издрже пулсирање притиска и осцилације заптивке без превременог хабања. Захтев ЕСП значи да главни цилиндри морају одмах да испоруче велике количине течности за интервенције аутоматског кочења. Ови захтеви нису опциони-они су законски минимум за хомологацију возила на већини великих тржишта.

3.2 Глобални регулаторни оквир

За компоненте кочионог система намењене извозу, неопходна је свест о два доминантна регулаторна оквира.

• ФМВСС 105 (САД): Федерални стандард за безбедност моторних возила бр.. 105 покрива хидрауличне кочионе системе за путничке аутомобиле,-вишенаменска путничка возила, камионе и аутобусе, налажући тестове за зауставни пут, расподелу силе кочења и интегритет система.
• ЕЦЕ Р13 (ЕУ и многа друга тржишта): Правилник УН бр.{0}} покрива јединствене одредбе за хомологацију возила категорија М, Н и О у погледу кочења. Широко је прихваћен широм Европе, Азије, Блиског истока и шире.

Савремена возила морају бити у складу са једним или оба ова стандарда, а дизајн главног цилиндра мора да одговара одговарајућим протоколима испитивања.

3.3 Помак ка архитектури без портова

Конвенционални{0}}прикључци на зиду су показали проблеме са поузданошћу под АБС циклусом. Дизајн типа -клипа и централног вентила- елиминише ивицу отвора, сваки преко различитог механизма. Која архитектура ће на крају доминирати остаје отворено питање, иако дизајн клипа{5}} нуди предности у аксијалној дужини и капацитету протока који се могу показати одлучујућим за будуће примене.

3.4 Интеграција са електронским контролним системима

Електронски програм стабилности (ЕСП) и нова генерација кочионих-по-система захтевају главне цилиндре способне за брзу,-испоруку течности велике запремине, као и интеграцију са електронским контролним јединицама и сензорима положаја. Иако потпуно аутономна возила (ниво 4 и ниво 5) могу на крају смањити ослањање на хидрауличне компоненте у корист чисто електронског кочења, очекује се да ће кочење-по-жицом одржати хидрауличку основу у догледној будућности.

Еволуција главног цилиндра кочнице пратила је два основна покретача: побољшање захтева за безбедност кочења возила које намећу прописи широм света, који су стално подизали стандарде безбедности, поузданости и компатибилности са другим компонентама кочионог система; и континуирано усавршавање дизајна главног цилиндра и производних процеса ради постизања бољих перформанси, ниже цене и компактнијег паковања.

Са АБС-ом који је сада стандардан на свим новим путничким возилима на већини тржишта (најављен од 2004.) и ЕСП-ом који је обавезан од 2014. године, главни цилиндри морају поуздано да издрже АБС циклусе и задовоље захтеве ЕСП протока. Индустрија се приближава дизајну без отвора-и централног вентила и клипа-тип-који елиминишу отвор за{6}}компензацију зида. Ова транзиција ће се вероватно наставити, а ове архитектуре потенцијално замењују већину конвенционалних дизајна у новим возилима.

Како се ЕСП и даље примењује на глобалном нивоу, способност главног цилиндра типа клипа{0}} да обезбеди велике, тренутне запремине течности снажно га позиционира за будуће примене. У међувремену, постепено усвајање система електронских паркирних кочница и других електронских контролних система већ је довело до ограничене примене главних цилиндара са сензорима положаја клипа.

Референце

[1] Прописи о аутомобилском кочионом систему. Амерички савезни стандард за безбедност моторних возила бр.. 105 (ФМВСС 105), Уредба УН ЕЦЕ бр.. 13.

[2] Двострука{1}}регулација главног цилиндра. Амерички савезни стандард за безбедност моторних возила, мандат из 1967. године.

[3] Временски оквир имплементације АБС-а и ЕСП-а. Обавезни АБС за нова путничка возила од 2004, обавезан ЕСП од 2014.

[4] Технологија главног цилиндра централног вентила. Босцх кочиони системи. Ублажавање оштећења примарног заптивача чашице у АБС апликацијама.

[5] Анализа тржишта главних цилиндара кочница 2025-2032. Стратицс МРЦ. Величина тржишта 3,7 милијарди у 2025., пројектовано до 3,7 милијарди у 2025, пројектовано на 5,4 милијарде до 2032. уз 5,5% ЦАГР.

[6] Хаинес Мануалс. Разумевање главног цилиндра вашег аутомобила. Историја развоја 1960-1967.

[7] САЕ Интернатионал. САЕ Ј1154 Главни хидраулички цилиндри за кочнице моторних возила – Захтеви за перформансе (најновија ревизија).

[8] Патенти за главни цилиндар{1}}тип клипа. Хиундаи МОБИС, Босцх. Спецификације дизајна и производње.