Esblygiad a Nodweddion Strwythurol Prif Silindrau Brake Hydrolig Modurol

Ers i Karl Benz adeiladu'r modur modur sengl cyntaf yn 1885, mae cerbydau wedi cyd-fynd â datblygiad cymdeithasol dynol ers dros ganrif. Mae'r system frecio, fel system diogelwch critigol cerbyd, wedi esblygu'n barhaus ochr yn ochr â chynnydd modurol. Fel calon darparu ynni system brecio hydrolig, mae'r prif silindr brêc hydrolig wedi'i ailgynllunio a'i wella dro ar ôl tro.

Gellir olrhain llwybr datblygu'r prif silindr brêc trwy sawl cam mawr: y prif silindr cylched sengl, y math o falf pwysau gweddilliol, y prif silindr cylched (tandem) deuol, a ffurfweddiadau a ddyluniwyd i ddarparu ar gyfer gofynion System Brecio Gwrth-glo (ABS) a'r Rhaglen Sefydlogrwydd Electronig (ESP). Ym mhob cam, daeth amrywiadau i'r amlwg i fynd i'r afael ag anghenion dylunio a pherfformiad penodol. Mae'r papur hwn yn trafod llwybr datblygu pob cyfluniad mawr, nodweddion strwythurol, egwyddorion gweithredu, ac ystyriaethau gweithgynhyrchu.

Cyn 1967, roedd y rhan fwyaf o brif silindrau modurol yn faterion syml-cronfa ddŵr sengl gydag un piston ac un sêl. Roedd gan y bensaernïaeth hon anfantais sylweddol: pe bai silindr olwyn yn gollwng, llinell brêc yn methu, neu fod y sêl fewnol sengl yn mynd yn ddrwg, gallai'r gyrrwr golli brecio'n gyfan gwbl.

Daeth y datblygiad arloesol tuag at ddiswyddo diogelwch ym 1962, pan gyflwynodd Cadillac system frecio cylched ddeuol gyda llinellau hydrolig blaen a chefn ar wahân. Pe bai un gylched yn dioddef gollyngiad, gallai'r llall atal y cerbyd o hyd. Mabwysiadodd American Motors hefyd systemau silindr hollti yn gynnar, er bod eu pensaernïaeth hollti yn rhannu cylchedau rhwng un olwyn flaen ac un olwyn gefn ar yr ochrau dirgroes-dyluniad a oedd yn gwella diogelwch ond nad oedd eto'n wahaniad cefn blaen cyflawn-.

Roedd nifer o weithgynhyrchwyr yn gweithio'n annibynnol ar systemau silindr deuol yn cynnig diswyddiad adeiledig. Roedd Wagner Electric ymhlith y cyntaf i lwyddo. Cyrhaeddodd y trobwynt gwirioneddol ym 1967, pan orchmynnodd Llywodraeth Ffederal yr Unol Daleithiau fod yn rhaid i bob cerbyd gael prif silindr brêc deuol gyda chylchedau ar wahân rhag ofn y byddai llinell yn methu neu fethiannau eraill.

Mae prif silindrau cylched deuol heddiw fel arfer yn cynnwys dwy siambr ar wahân sy'n gwahanu'r cylchedau brêc blaen a chefn, er bod rhai ffurfweddiadau yn dal i hollti'n groeslinol. Mae'r trefniant hwn yn atal colli brecio'n llwyr os bydd un sêl yn methu neu os bydd gollyngiad pwysau yn datblygu. Mae mwy na 75% o frecio yn cael ei berfformio gan yr olwynion blaen, sy'n golygu na fydd y gyrrwr yn sylwi ar fethiant y brêc cefn, ond mae'r blaen yn parhau i fod yn gwbl weithredol.

Yn weithredol, pan fydd y pedal brêc yn isel, mae grym yn cael ei drosglwyddo trwy'r gwialen gwthio i'r piston prif silindr. Mae'r piston yn ymgorffori dwy sêl ac yn symud o fewn dwy siambr, gyda llinell wedi'i neilltuo i bob cylched. Wrth i'r pistons gael eu gorfodi ymlaen, mae pwysau hydrolig yn adeiladu ac yn symud pistonau mwy yn y calipers neu'r silindrau olwyn, gan atal yr olwynion.

1.1 Disgrifiad Cyffredinol

Mae'r plymiwr-math{1}}meistr-silindr brêc cylched deuol-y cyfeirir ato hefyd mewn rhai llenyddiaeth y diwydiant fel y math porthiant di-borth neu ganol{4}}yn cynrychioli gwyriad sylfaenol oddi wrth bensaernïaeth prif silindr confensiynol. Yn hytrach na gosod porthladdoedd iawndal yn y wal turio silindr, mae'r dyluniad hwn yn lleoli'r darnau iawndal ar y piston ei hun. Mae gan yr ail-leoli hwn sy'n ymddangos yn syml oblygiadau sylweddol ar gyfer integreiddio system, gwydnwch o dan feicio ABS / ESP, a phecynnu cryno.

Mae'r prif silindr math plunger yn adeileddol gryno. Mae ei gydrannau mewnol yn telesgop gyda'i gilydd fel adrannau antena, gan ganiatáu i'r cynulliad cyffredinol ymestyn a thynnu'n ôl yn esmwyth. Mae'r trefniant telesgopio hwn yn lleihau echelinol yn sylweddolhyd gosod-yn nodweddiadoltua hannersef prif silindrau confensiynol-wrth gwrdd â'rhydrolig llymgofynion llif systemau modern ABS ac ESP.

1.2 Nodweddion Strwythurol

Nodwedd fwyaf nodedig y prif silindr plymiwr yw gosod pyrth iawndal ar y piston yn hytrach nag yn wal turio'r silindr. Mae'r dyluniad hwn yn dileu ymyl miniog porthladd ochr turio confensiynol, a oedd yn hanesyddol yn brif safle methiant ar gyfer seliau cwpan cynradd. Mae hefyd yn darparu cyfanswm arwynebedd llif iawndal llawer mwy-gellir trefnu porthladdoedd lluosog o amgylch cylchedd y piston.

Yn ogystal, oherwydd bod hyd effeithiol cyfan y piston yn cael ei ddefnyddio ar gyfer selio cyswllt â wal turio'r silindr, gellir lleihau hyd cyffredinol y corff silindr yn sylweddol.

1.3 Egwyddor Weithredol

Wrth orffwys, mae'r cylchedau cynradd ac eilaidd yn agored i'r gronfa ddŵr trwy'r pyrth iawndal gosod piston. Pan fydd y gyrrwr yn iselhau'r pedal brêc, mae'r piston cynradd yn symud ymlaen. Mae'r porthladdoedd iawndal yn teithio heibio'r sêl gwpan sylfaenol, sydd bellach yn rhedeg yn erbyn arwyneb tyllu llyfn di-dor. Unwaith y bydd y porthladdoedd wedi'u hosgoi, mae'r siambr bwysau wedi'i selio ac mae pwysau hydrolig yn adeiladu, gan ddosbarthu hylif i'r cylchedau brêc.

Ar ôl rhyddhau pedal, mae'r piston yn dychwelyd o dan rym y gwanwyn. Mae'r pyrth iawndal yn-mynd i mewn i'r ardal heibio'r prif sêl gwpan, gan ailsefydlu'r cyfathrebu rhwng y siambr bwysau a'r gronfa ddŵr, gan ganiatáu i hylif lifo'n ôl ac ailgyflenwi'r siambr yn ôl yr angen.

1.4 Gwahaniaethau Allweddol i Ddyluniadau Meistr Silindrau Confensiynol

• 1.4.1 Gostyngiad sylweddol o Hyd Echelinol

Oherwydd bod telesgop cydrannau mewnol o fewn ei gilydd, gall cyfanswm hyd y cynulliad fodwedi'i fyrhau'n sylweddol-yn aml i tua hanner maint prif silindr tandem confensiynol o ddiamedr turio cymaradwy a chyfaint allbwn. Mae'r fantais becynnu hon yn hanfodol ar gyfer cerbydau sydd â chynlluniau adrannau injan tynn.

• 1.4.2 Cydnawsedd Uniongyrchol â Systemau ABS

Mae prif silindrau confensiynol gyda phorthladdoedd iawndal wal turio wedi dangos cyfraddau uchel o ddifrod sylfaenol i'r seliau cwpan pan gânt eu defnyddio gydag ABS. Mae'r rheswm yn gorwedd yn nynameg gweithredu ABS: yn ystod beicio ABS gweithredol, mae'r system yn rhyddhau ac yn ail-bwysleisio hylif brêc dro ar ôl tro. Mae hyn yn achosi piston y prif silindr i osgiliad o fewn ystod gyfyng. Mewn dyluniad confensiynol, mae'r osciliad hwn yn aml yn gosod y sêl cwpan cynradd yn union yn lleoliad y porthladd iawndal. O dan bwysau uchel, mae'r cwpan sêl yn cael ei orfodi i mewn i agoriad y porthladd, gan arwain at wisgo morloi cyflym, toriadau, neu fethiant allwthio.

Yn y cynllun math plunger, mae'r pyrth iawndal yn teithio gyda'r piston. Mae'r sêl cwpan cynradd yn cysylltu â wal turio silindr llyfn yn unig trwy gydol ei ystod strôc gyfan. Nid oes unrhyw ymyl porthladd yn cysylltu â'r sêl mewn unrhyw leoliad piston, gan ddileu'r modd methiant hwn bron.

• 1.4.3 Cydnawsedd â Galw-Llif Uchel ESP

Mae systemau'r Rhaglen Sefydlogrwydd Electronig (ESP), sy'n gynyddol orfodol yn fyd-eang, yn ei gwneud yn ofynnol i'r prif silindr gyflenwi llawer iawn o hylif brêc mewn cyfnodau amser byr iawn ar gyfer ymyrraeth brêc awtomatig. Mae'r dyluniad math plunger yn darparu ar gyfer y gofyniad hwn trwy ei allu i ymgorffori sawl porthladd iawndal mawr wedi'u trefnu o amgylch cylchedd y piston. Mae'r dyluniad hwn wedi dod yn bensaernïaeth a ffafrir ar gyfer cerbydau sydd ag ESP.

1.5 Manylebau Gweithgynhyrchu ar gyfer Plymiwr -Math o Silindrau Meistr

Rhaid cydbwyso selio priodol rhwng y sêl cwpan cynradd a'r piston yn erbyn yr angen am hylif i osgoi sêl y cwpan yn ystod y cyfnod iawndal. Yn ogystal, mae llithro llyfn heb rwymo yn gofyn am reolaeth fanwl gywir ar grwnder turio, sythrwydd piston, a gorffeniad arwyneb.

2 Falf Center Deuol-Silindr Meistr Brake Cylchdaith

2.1 Disgrifiad Cyffredinol

Cafodd y prif silindr math falf ganol ei ddatblygu'n benodol i'w ddefnyddio gyda cherbydau â chyfarpar ABS. Fel y dyluniad math plymiwr, mae'n dileu'r porth iawndal wal turio confensiynol, ond mae'n cyflawni hyn trwy fecanwaith gwahanol: falf wedi'i llwytho â sbring fewnol wedi'i lleoli yng nghanol pob piston.

Mae patentau sy'n disgrifio ffurfweddau falfiau canolfan ar gyfer systemau brêc hydrolig gwrth-gloi yn dyddio'n ôl i ganol y 1990au, gyda chynhyrchwyr mawr gan gynnwys Bosch yn datblygu eu fersiynau cynhyrchu eu hunain yn gynnar yn y 2000au. Mae'r dyluniad wedi profi'n arbennig o addas ar gyfer cymwysiadau ceir teithwyr lle mae gofod pecynnu yn llai cyfyngedig ond mae gwydnwch ABS yn parhau i fod yn flaenoriaeth.

2.2 Nodweddion Strwythurol

Nodwedd ddiffiniol prif silindr falf canolfan yw absenoldeb llwyr porthladdoedd iawndal yn wal turio'r silindr. Yn lle hynny, mae pob piston yn ymgorffori falf canol echelin-sy'n cynnwys sbring bach, popped falf neu bêl, a sedd selio-sy'n rheoli cyfathrebu hylif rhwng y siambr bwysau a'r gronfa ddŵr. Mae tylliad y silindr yn hollol esmwyth o'r safle gorffwys trwy'r hyd strôc llawn, gan ddarparu arwyneb selio di-dor ar gyfer y seliau cwpan cynradd.

Mae'r strwythur hwn yn dileu ymyl y porthladd iawndal sydyn sy'n niweidio morloi cwpan cynradd mewn dyluniadau confensiynol.

2.3 Gwahaniaethau i Ddyluniadau Meistr Silindrau Confensiynol

Y gwahaniaeth sylfaenol yw adeileddol: mae prif silindrau falf canol yn ymgorffori falf canol ac nid oes ganddynt unrhyw borthladdoedd iawndal. Mae gan brif silindrau confensiynol borthladdoedd iawndal a dim falf canolfan.

Mae'r canlyniad swyddogaethol yr un mor arwyddocaol. Mewn dyluniad confensiynol, mae'r sêl cwpan cynradd yn mynd dro ar ôl tro ar draws ymyl y porthladd iawndal yn ystod brecio arferol. Mae'r mecanwaith gwisgo hwn yn cael ei gyflymu'n sylweddol mewn cymwysiadau ABS, lle mae'r piston yn pendilio'n gyflym ger safle'r porthladd. Mewn dyluniadau falf canol, nid yw sêl y cwpan byth yn dod ar draws unrhyw agoriad yn y wal turio, gan ymestyn bywyd y sêl a'r silindr yn ddramatig.

Ar gyfer ceisiadau ABS yn benodol, mae'r gwahaniaeth hwn yn hollbwysig. Pan fydd cylchoedd gweithredol ABS yn achosi curiadau pwysau yn siambrau pwysedd y prif silindrau, mae'r sêl cwpan cynradd mewn dyluniad falf canolfan yn reidio ar draws arwyneb tyllu llyfn, heb ei effeithio gan y pwysau curiadu a fyddai'n gyrru sêl gonfensiynol i mewn i agoriad porthladd.

2.4 Egwyddor Weithredol

Wrth orffwys, mae falf y ganolfan yn cael ei dal yn agored gan rym y gwanwyn a geometreg stop mecanyddol. Mae hylif brêc o'r gronfa ddŵr yn llifo trwy'r falf, o amgylch y poppet, ac i mewn i'r siambr bwysau. Pan fydd y gyrrwr yn iselhau'r pedal brêc ac mae symudiad piston yn dechrau, mae grym y gwanwyn falf yn cael ei oresgyn yn raddol, ac mae sedd y falf yn cau yn erbyn y poppet. Ar ôl ei selio, mae'r siambr bwysau yn cael ei hynysu o'r gronfa ddŵr, ac mae symudiad piston pellach yn gwasgu'r hylif sydd wedi'i ddal, gan ei ddanfon i'r cylchedau brêc.

Ar ôl rhyddhau'r pedal, mae pwysedd y gwanwyn dychwelyd yn gostwng i ddechrau, mae'r gwanwyn falf canol yn agor y falf, ac mae hylif yn llifo yn ôl o'r gronfa ddŵr i'r siambr bwysau.

Rhaid dewis grym gwanwyn preload falf y ganolfan yn ofalus. Pan fydd y grym rhaglwytho (F) wedi'i rannu â'r ardal selio effeithiol yn cynhyrchu pwysau hydrolig yn ôl o lai na 0.03 MPa, caiff iawndal hylif brêc ei gyflymu, mae cyflymder dychwelyd y prif silindr yn cael ei wella, a hwylusir llenwi hylif brêc â llaw yn ystod y cynulliad.

2.5 Manylebau Gweithgynhyrchu ar gyfer Prif Silindrau Falf y Ganolfan

Mae'r manylebau canlynol yn cynrychioli gofynion nodweddiadol ar gyfer ceisiadau cerbydau teithwyr:

3 Tueddiadau a Sylwadau Strwythurol Allweddol

3.1 Rheoleiddio -Datblygu a yrrir

Y gyrrwr unigol pwysicaf o esblygiad prif silindr fu rheoleiddio diogelwch. Trawsnewidiwyd y diwydiant cyfan gan fandad UDA 1967 ar gyfer systemau brecio cylched deuol. Yn yr un modd, mae gofyniad yr Undeb Ewropeaidd i bob cerbyd teithwyr newydd fod â Systemau Brecio Gwrth-glo (ABS) o 2004 ymlaen-a Rhaglen Sefydlogrwydd Electronig (ESP) o 2014 ymlaen-wedi newid yn sylfaenol yr hyn y mae'n rhaid i brif silindr ei wneud.

Mae'r gofyniad ABS yn golygu bod yn rhaid i brif silindrau nawr wrthsefyll curiadau pwysau a selio osciliad heb draul cynamserol. Mae gofyniad yr ESP yn golygu bod yn rhaid i brif silindrau gyflenwi cyfeintiau hylif mawr ar unwaith ar gyfer ymyriadau brecio awtomatig. Nid yw'r gofynion hyn yn ddewisol-nhw yw'r lleiafswm cyfreithiol ar gyfer homologiad cerbydau yn y rhan fwyaf o farchnadoedd mawr.

3.2 Fframwaith Rheoleiddio Byd-eang

Ar gyfer cydrannau system brêc y bwriedir eu hallforio, mae ymwybyddiaeth o'r ddau brif fframwaith rheoleiddio yn hanfodol.

• FMVSS 105 (UD): Mae Safon Diogelwch Cerbydau Modur Ffederal Rhif. 105 yn cwmpasu systemau brêc hydrolig ar gyfer ceir teithwyr, cerbydau teithwyr amlbwrpas, tryciau a bysiau, profion gorfodol ar gyfer pellter stopio, dosbarthiad grym brêc, a chyfanrwydd system.
• ECE R13 (UE a llawer o farchnadoedd eraill): Mae Rheoliad Rhif . 13 y CU yn cwmpasu darpariaethau unffurf ar gyfer cymeradwyo cerbydau o gategorïau M, N, ac O mewn perthynas â brecio. Fe'i mabwysiadir yn eang ar draws Ewrop, Asia, y Dwyrain Canol, a thu hwnt.

Rhaid i gerbydau modern gydymffurfio ag un neu'r ddau o'r safonau hyn, a rhaid i ddyluniad prif silindr gynnwys y protocolau prawf cyfatebol.

3.3 Y Symud tuag at Bensaernïaeth Ddi-glud

Mae porthladdoedd turio confensiynol-wedi dangos problemau dibynadwyedd o dan feicio ABS. Mae'r dyluniadau math plymiwr a falf ganol yn dileu ymyl y porthladd, pob un trwy fecanwaith gwahanol. Mae pa bensaernïaeth fydd yn dominyddu yn y pen draw yn parhau i fod yn gwestiwn agored, er bod y dyluniad math plymiwr yn cynnig manteision o ran hyd echelinol a chynhwysedd llif a allai fod yn bendant ar gyfer cymwysiadau yn y dyfodol.

3.4 Integreiddio â Systemau Rheoli Electronig

Mae'r Rhaglen Sefydlogrwydd Electronig (ESP) a'r genhedlaeth newydd o systemau brêc wrth-yn galw am brif silindrau sy'n gallu cyflenwi hylif cyfaint uchel yn gyflym, yn ogystal ag integreiddio ag unedau rheoli electronig a synwyryddion lleoliad. Er y gallai cerbydau cwbl ymreolaethol (Lefel 4 a Lefel 5) leihau dibyniaeth ar gydrannau hydrolig yn y pen draw o blaid brecio electronig yn unig, disgwylir i brêc{6}}wrth-wifrau gynnal sylfaen hydrolig hyd y gellir rhagweld.

Mae esblygiad y prif silindr brêc wedi dilyn dau yrrwr sylfaenol: gofynion gwella diogelwch brecio cerbydau a osodir gan reoliadau ledled y byd, sydd wedi codi'r bar yn barhaus ar gyfer diogelwch, dibynadwyedd, a chydnawsedd â chydrannau system brecio eraill; a mireinio parhaus prosesau dylunio a gweithgynhyrchu prif silindr i gyflawni gwell perfformiad, cost is, a phecynnu mwy cryno.

Gyda ABS bellach yn safonol ar bob cerbyd teithwyr newydd yn y rhan fwyaf o farchnadoedd (gorfodol ers 2004) ac ESP wedi'i fandad ers 2014, rhaid i brif silindrau wrthsefyll beicio ABS yn ddibynadwy a bodloni gofynion llif ESP. Mae'r diwydiant yn cydgyfeirio ar ddyluniadau di-borth-falf y ganolfan a'r math plymiwr-sy'n dileu'r porth iawndal wal turio. Mae'r trawsnewid hwn yn debygol o barhau, gyda'r pensaernïaeth hyn o bosibl yn disodli'r rhan fwyaf o ddyluniadau confensiynol mewn cerbydau newydd.

Wrth i ESP barhau i gael ei fabwysiadu'n fyd-eang, mae gallu'r prif silindr plunger i ddarparu cyfeintiau hylif mawr ar unwaith yn ei osod yn gryf ar gyfer cymwysiadau yn y dyfodol. Yn y cyfamser, mae mabwysiadu systemau brêc parcio electronig a systemau rheoli electronig eraill yn raddol eisoes wedi arwain at ddefnydd cyfyngedig o brif silindrau gyda synwyryddion safle piston.

Cyfeiriadau

[1] Rheoliadau system brêc modurol. Rhif Safon Diogelwch Cerbydau Modur Ffederal yr UD. 105 (FMVSS 105), Rhif Rheoliad ECE y Cenhedloedd Unedig. 13.

[2] Rheoliad prif silindr cylched deuol. Safon Diogelwch Cerbydau Modur Ffederal yr Unol Daleithiau, 1967 mandad.

[3] Llinell amser gweithredu ABS ac ESP. ABS gorfodol ar gyfer cerbydau teithwyr newydd o 2004, ESP gorfodol o 2014.

[4] Technoleg falf ganolfan meistr silindr. Systemau Brake Bosch. Lliniaru difrod sêl cwpan cynradd mewn cymwysiadau ABS.

[5] Dadansoddiad Marchnad Silindrau Meistr Brake 2025-2032. Strategaeth MRC. Maint y farchnad 3.7biliwn yn 2025, amcanestyniadaeth 3.7biliwn yn 2025, amcanestyniadaeth 5.4 biliwn erbyn 2032 ar CAGR o 5.5%.

[6] Llawlyfrau Haynes. Deall Prif Silindr Eich Car. Hanes datblygiad 1960-1967.

[7] SAE Rhyngwladol. SAE J1154 Prif Silindrau Hydrolig ar gyfer Braciau Cerbyd Modur - Gofynion Perfformiad (diwygiad diweddaraf).

[8] Patentau prif silindr plymiwr. Hyundai MOBIS, Bosch. Manylebau dylunio a gweithgynhyrchu.