本文關(guān)鍵詞：基于ANSYS Workbench的汽車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器性能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　　摘要：汽車(chē)制動(dòng)器是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部件，是保證汽車(chē)在道路上安全行駛的重要構(gòu)件之一。文章通過(guò)分析汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退的形成機(jī)理以及對(duì)行車(chē)安全的危害，研究了解決制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象，以提高汽車(chē)行駛中的安全可靠性，避免汽車(chē)特別是大型汽車(chē)制動(dòng)器熱衰退導(dǎo)致的惡性交通事故。
　　關(guān)鍵詞：汽車(chē)制動(dòng)器；制動(dòng)性能；熱衰退現(xiàn)象；行車(chē)安全；惡性交通事故 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　中圖分類(lèi)號(hào)：U462 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.048
　　汽車(chē)在行駛過(guò)程中，由于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)制動(dòng)和頻繁制動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象，從而對(duì)車(chē)輛安全行駛造成危害。車(chē)輛的制動(dòng)器對(duì)車(chē)輛安全運(yùn)行起到了保證的作用，如果制動(dòng)器溫度過(guò)高就會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)性能的熱衰退，有可能引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。云南省的道路多數(shù)坡長(zhǎng)彎急，熱衰退現(xiàn)象引發(fā)的交通事故較多，如何降低熱衰退現(xiàn)象對(duì)行車(chē)安全的危害是車(chē)輛行駛過(guò)程中的一個(gè)難題。本文以大型汽車(chē)為例，通過(guò)建立汽車(chē)制動(dòng)器的有限元模型，對(duì)（大型）汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬，分析制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)器的升溫和散熱，提出解決汽車(chē)制動(dòng)性能熱衰退的方法。
　　1 制動(dòng)性能熱衰退的概念
　　汽車(chē)制動(dòng)性能的熱衰退是指汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)或者高速制動(dòng)，使汽車(chē)摩擦片與制動(dòng)鼓摩擦迅速升溫，溫度達(dá)到300℃～400℃，導(dǎo)致摩擦片的摩擦力矩下降，從而產(chǎn)生汽車(chē)制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象。汽車(chē)制動(dòng)性能的熱衰退會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)的制動(dòng)能力降低，延長(zhǎng)了制動(dòng)距離，增大了交通安全事故的發(fā)生幾率。對(duì)于行駛時(shí)間比較長(zhǎng)的大型汽車(chē)，對(duì)制動(dòng)性能有較高的要求，所以必須在大型汽車(chē)的制動(dòng)器上安裝冷卻裝置，以便使大型汽車(chē)始終保持良好的制動(dòng)性能。冷卻裝置的體積比較小，并且自動(dòng)化程度也比較高，可以在汽車(chē)制動(dòng)器溫度較高時(shí)進(jìn)行自動(dòng)降溫，保證制動(dòng)器具有良好的制動(dòng)性能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
　　2 大型汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退分析
　　2.1 制動(dòng)器模型建立
　　大型汽車(chē)的制動(dòng)器大多為鼓式制動(dòng)器，在建立制動(dòng)器模型時(shí)，需要根據(jù)制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程建立簡(jiǎn)單的分析模型，以便確定汽車(chē)制動(dòng)器的制動(dòng)荷載。大型汽車(chē)鼓式制動(dòng)器主要由制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄和摩擦片組成，制動(dòng)蹄收到制動(dòng)命令時(shí)，會(huì)擠壓摩擦片緊壓在制動(dòng)鼓上，從而降低車(chē)輪轉(zhuǎn)速，起到制動(dòng)作用。制動(dòng)鼓的三維模型是一個(gè)回環(huán)體，所以需要利用計(jì)算機(jī)軟件生成回環(huán)體的模型，，然后通過(guò)鏡像操作的方式對(duì)制動(dòng)蹄的位置進(jìn)行劃分，并確定整個(gè)制動(dòng)器的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。因?yàn)橹苿?dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)接觸，所以在分析制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象時(shí)要考慮到制動(dòng)材料的彈性。
　　2.2 制動(dòng)過(guò)程的模擬仿真及結(jié)果分析
　　汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程可以分為三個(gè)階段：第一階段制動(dòng)踏板剛剛踩下，制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓之間還存在著間隙，這一階段還沒(méi)有起到真正的制動(dòng)作用；第二個(gè)階段是制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓接觸的過(guò)程，在這一階段汽車(chē)制動(dòng)器的制動(dòng)力在不斷提升，直到達(dá)到汽車(chē)的最大制動(dòng)力為止；第三階段汽車(chē)的制動(dòng)力始終保持在最大范圍內(nèi)，直到車(chē)輛停止。在這一制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器的溫度始終處于上升狀態(tài)，為了分析制動(dòng)性能熱衰退對(duì)車(chē)輛安全運(yùn)行造成的危害，需要假設(shè)制動(dòng)器的荷載處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后對(duì)制動(dòng)器不斷施加熱流，直至出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，觀(guān)察熱衰退的溫度以及制動(dòng)性能變化過(guò)程。制動(dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的摩擦力，摩擦力會(huì)對(duì)制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、摩擦片造成一定的磨損，導(dǎo)致汽車(chē)的制動(dòng)力矩不斷增加，汽車(chē)制動(dòng)力矩的增加延長(zhǎng)了車(chē)輛的制動(dòng)距離，對(duì)車(chē)輛的安全行駛造成了非常大的影響。
　　2.3 制動(dòng)器的升溫與散熱分析
　　制動(dòng)器的升溫主要是汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中汽車(chē)摩擦片與制動(dòng)鼓摩擦產(chǎn)生的摩擦熱，車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能不斷降低，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦熱分布在制動(dòng)器上，摩擦熱的大小與車(chē)輛的制動(dòng)距離相關(guān)。在制動(dòng)過(guò)程中還有部分的熱量通過(guò)其他途徑散發(fā)了出去，保證了車(chē)輛的制動(dòng)性能。假設(shè)車(chē)輛的重量和初始速度固定，在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)減速度越大，制動(dòng)器升溫也就越快，因?yàn)槟Σ疗暮穸缺容^薄，而且材料為鑄鐵，所以摩擦片不容易導(dǎo)熱，溫度升高導(dǎo)致摩擦片的制動(dòng)性能降低。在制動(dòng)器上安裝冷卻裝置，可以將制動(dòng)器上的溫度帶走，所以在安裝冷卻裝置時(shí)，要確定具體的散熱區(qū)域，避免對(duì)冷卻裝置的冷卻效果造成影響。
　　在不同的行駛路面上，制動(dòng)器的升溫和散熱也會(huì)出現(xiàn)不同的狀況。例如在干燥路面，汽車(chē)的制動(dòng)距離比較短，汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的滑移率也比較低，所以制動(dòng)時(shí)間比較短，制動(dòng)器升溫會(huì)比較低。車(chē)輛在光滑路面上行駛，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛滑移率上升，延長(zhǎng)了車(chē)輛的制動(dòng)距離，所以制動(dòng)構(gòu)件要素之間的摩擦?xí)r間就會(huì)比較長(zhǎng)，導(dǎo)致制動(dòng)器的溫度比較高，嚴(yán)重影響了制動(dòng)器的制動(dòng)性能。
　　3 大型汽車(chē)制動(dòng)性能熱衰退對(duì)車(chē)輛運(yùn)行的危害
　　3.1 制動(dòng)性能熱衰退導(dǎo)致制動(dòng)摩擦片出現(xiàn)磨損
　　大型汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，由于摩擦片摩擦?xí)r間過(guò)長(zhǎng)，造成制動(dòng)性能出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，使摩擦片出現(xiàn)磨損。摩擦片由于長(zhǎng)期的磨損，導(dǎo)致制動(dòng)器之間的摩擦間隙不斷加大，制動(dòng)器的摩擦系數(shù)逐漸降低，最終會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)失效的現(xiàn)象，而且由于摩擦片的磨損會(huì)導(dǎo)致摩擦片與制動(dòng)鼓不能及時(shí)貼合，產(chǎn)生滯后制動(dòng)的現(xiàn)象。汽車(chē)在高速行駛的過(guò)程中，滯后制動(dòng)的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛延長(zhǎng)行駛距離，增加了車(chē)輛行駛的危險(xiǎn)性。大型汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，高溫對(duì)制動(dòng)器的破壞極為嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器出現(xiàn)材料分解現(xiàn)象。例如車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中摩擦片的表面材料會(huì)逐漸脫落，溫度越高，材料脫落速度也就越快，最終導(dǎo)致車(chē)輛喪失制動(dòng)性能，出現(xiàn)車(chē)輛失控現(xiàn)象，引發(fā)嚴(yán)重的交通安全事故。
　　3.2 制動(dòng)性能熱衰退對(duì)制動(dòng)力矩的危害
　　制動(dòng)力矩是指駕駛員在踩動(dòng)制動(dòng)踏板時(shí)，啟動(dòng)了車(chē)輛制動(dòng)器的制動(dòng)分泵，分泵控制制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間產(chǎn)生摩擦，最終產(chǎn)生制動(dòng)效果。為了保證車(chē)輛的運(yùn)行安全，需要使車(chē)輛的制動(dòng)力矩保持穩(wěn)定。制動(dòng)力矩與制動(dòng)器的摩擦系數(shù)成正比關(guān)系，所以在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，需要注意車(chē)輛制動(dòng)器的溫度變化情況，保證制動(dòng)器始終在合理的溫度范圍內(nèi)，避免制動(dòng)力矩不穩(wěn)定，影響車(chē)輛行駛的安全性。 　　3.3 制動(dòng)器溫度升高影響制動(dòng)安全性
　　大型汽車(chē)的制動(dòng)器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間摩擦或者高強(qiáng)制動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器的散熱性能較差，制動(dòng)器始終處于高溫狀態(tài)，在這種現(xiàn)象下，汽車(chē)的制動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生熱疲勞，導(dǎo)致制動(dòng)器的表面出現(xiàn)損傷，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋，影響車(chē)輛制動(dòng)安全性。如果大型汽車(chē)的制動(dòng)器是由制動(dòng)鼓和有機(jī)材料組成，高溫還會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器的變形，影響了制動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性。熱衰退還會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器的摩擦系數(shù)降低，最終會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)失效的現(xiàn)象。
　　4 降低大型汽車(chē)制動(dòng)性能熱衰退的主要方法
　　降低大型汽車(chē)制動(dòng)性能熱衰退可以從制動(dòng)器、道路狀況和管理幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行治理。首先可以在大型汽車(chē)制動(dòng)器上安裝輔助裝置，例如發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置、排氣制動(dòng)裝置、制動(dòng)冷卻裝置等，對(duì)汽車(chē)制動(dòng)器進(jìn)行散熱輔助，可以在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中起到輔助散熱作用，同時(shí)也可以在汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行降溫，保證了車(chē)輛的安全行駛。駕駛?cè)藛T也要定期對(duì)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，使車(chē)輛始終處于良好的工作狀態(tài)，避免車(chē)輛制動(dòng)失效，出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。在道路上安裝減速帶，可以讓車(chē)輛始終保持穩(wěn)定的行駛速度，同時(shí)也對(duì)車(chē)輛減速起到了一定的幫助作用，避免車(chē)速過(guò)快，駕駛?cè)藛T在進(jìn)行車(chē)輛緊急制動(dòng)時(shí)，造成制動(dòng)性能的熱衰退。相關(guān)管理部門(mén)加強(qiáng)對(duì)超載車(chē)輛的管理，避免車(chē)輛超載制動(dòng)過(guò)程中，因?yàn)楹奢d過(guò)大，導(dǎo)致制動(dòng)器溫度上升加快，加劇熱衰退現(xiàn)象的出現(xiàn)。
　　5 基于汽車(chē)制動(dòng)器熱能消散的有限元模型分析
　　5.1 對(duì)汽車(chē)制動(dòng)能量消散形式的分析
　　脫開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車(chē)連續(xù)緊急制動(dòng)所產(chǎn)生的能量主要由兩個(gè)摩擦副所決定，包括制動(dòng)器摩擦副與車(chē)路面摩擦副。一般情況下，當(dāng)車(chē)輪滑移率較小，制動(dòng)器摩擦系數(shù)副摩擦系數(shù)未熱衰退時(shí)，制動(dòng)器耗散能量所占比例較大，減少了非正常輪胎磨損，提高制動(dòng)穩(wěn)定性。
　　總體而言，制動(dòng)復(fù)摩擦系數(shù)與車(chē)輪滑移率是汽車(chē)制動(dòng)熱衰退耦合過(guò)程中，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)在不同層次的耦合參數(shù)，屬于不同過(guò)程發(fā)生相互制約的橋梁與紐帶，也是整個(gè)汽車(chē)制動(dòng)器熱能消散有限元模型分析的基礎(chǔ)。
　　5.2 建立基于汽車(chē)制動(dòng)器熱能消散的有限元模型
　　該模型主要包括動(dòng)態(tài)管路壓力、摩擦力矩、制動(dòng)氣溫、制動(dòng)副摩擦系數(shù)、溫度特性，重點(diǎn)分析影響制動(dòng)器促動(dòng)力的相關(guān)參數(shù)，并以汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的力學(xué)變化情況。
　　5.3 模型驗(yàn)證與結(jié)果分析
　　5.3.1 試驗(yàn)。在某大學(xué)汽車(chē)道路試驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展本次試驗(yàn)，采取JS682032D1型客車(chē)為研究對(duì)象。試驗(yàn)路面道路質(zhì)量良好，外部環(huán)境約為4℃，分別對(duì)客車(chē)進(jìn)行不同速度的緊急制動(dòng)試驗(yàn)，判斷溫度變化情況。
　　5.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析。
　　圖1 前制動(dòng)器升溫值 圖2 后制動(dòng)器升溫值
　　圖1和圖2分別記錄了不同初始速度時(shí)緊急制動(dòng)后前后制動(dòng)器試驗(yàn)和計(jì)算溫升值比較值。從研究結(jié)果來(lái)看，前后制動(dòng)器溫升實(shí)驗(yàn)值在不同初始速度下的變化基本相同，但隨著車(chē)輛整體行進(jìn)速度的變化，誤差呈增大趨勢(shì)。而后制動(dòng)器仿真溫度的誤差小于實(shí)驗(yàn)值，整體上滿(mǎn)足應(yīng)用要求。
　　5.4 模型應(yīng)用總結(jié)
　　通過(guò)開(kāi)展汽車(chē)制動(dòng)能量消散形式有限元模型分析可以發(fā)現(xiàn)，在不同速度下的車(chē)輛制動(dòng)溫度存在明顯差異，并且隨著車(chē)輛速度的提高，車(chē)輛制動(dòng)溫度也會(huì)提高。因此對(duì)司機(jī)而言，為保證行車(chē)安全，要牢記減速慢行，避免因?yàn)檐?chē)輛速度過(guò)大而導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)故障，最終引發(fā)交通事故。
　　6 結(jié)語(yǔ)
　　通過(guò)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象、熱衰退概念的闡述，汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象的分析、研究，制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退對(duì)行車(chē)安全的危害以及研究降低制動(dòng)性能熱衰退主要方法等論述，以減少制動(dòng)器制動(dòng)性能熱衰退現(xiàn)象對(duì)安全行車(chē)的危害，提高車(chē)輛運(yùn)行的安全性。
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　　（責(zé)任編輯：王 波）

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