Autode hüdrauliliste piduri peasilindrite areng ja struktuuriomadused

Alates sellest, kui Karl Benz 1885. aastal ehitas esimese ühe-silindrilise kolme-rattalise auto, on sõidukid saatnud inimeste sotsiaalset arengut juba üle sajandi. Pidurisüsteem kui sõiduki oluline ohutussüsteem on koos autotööstuse arenguga pidevalt arenenud. Hüdraulilise pidurisüsteemi energiavarustuse südamena on hüdropiduri peasilindrit korduvalt ümber kujundatud ja täiustatud.

Piduri peasilindri arengutrajektoori saab jälgida mitme peamise etapi kaudu: ühe-ahela peasilindri, jääk-rõhu-tüüpi, kahe-ahelaga (tandem) peasilindri ja konfiguratsioonid, mis on kavandatud nii, et need sobiksid süsteemiga S-blokeeringuvastane süsteem (S) ja St. {P4}AB. nõuetele. Igas etapis ilmnesid konkreetsete disaini- ja jõudlusvajaduste rahuldamiseks variatsioonid. Selles artiklis käsitletakse iga suurema konfiguratsiooni arendusteed, konstruktsiooniomadusi, tööpõhimõtteid ja tootmisega seotud kaalutlusi.

Enne 1967. aastat olid enamik autode peasilindreid lihtsad-üks reservuaar ühe kolvi ja ühe tihendiga. Sellel arhitektuuril oli märkimisväärne puudus: kui ratta silinder lekib, piduritoru rike või üksik sisemine tihend läks halvasti, võib juht pidurdamise täielikult kaotada.

Läbimurre ohutuse koondamise suunas toimus 1962. aastal, kui Cadillac tutvustas kahekontuurilist-pidurisüsteemi, millel on eraldi esi- ja tagahüdraulikatorud. Kui ühes vooluringis tekkis leke, võis teine ​​auto siiski peatada. American Motors võttis varakult kasutusele ka split{4}}silindrisüsteemid, kuigi nende diagonaalne-jagatud arhitektuur jagas vooluringid ühe esiratta ja ühe tagumise ratta vahel vastaskülgedel,-mis parandas ohutust, kuid ei olnud veel täielik esi{7}}tagaeraldus.

Mitmed tootjad töötasid iseseisvalt kahesilindriliste{0}}süsteemide kallal, mis pakkusid sisseehitatud-liigsust. Wagner Electric oli esimeste seas, kes õnnestus. Tõeline pöördepunkt saabus 1967. aastal, kui USA föderaalvalitsus andis korralduse, et kõik sõidukid peavad olema varustatud kahe-piduri peasilindriga, millel on eraldi ahelad, juhuks kui liinirikke või muude rikete korral.

Tänapäeva kaheahelalistel{0}}peasilindritel on tavaliselt kaks eraldi kambrit, mis eraldavad esi- ja tagumise piduriahela, kuigi mõned konfiguratsioonid jagunevad siiski diagonaalselt. Selline paigutus hoiab ära pidurdamise täieliku kadumise, kui üks tihend puruneb või tekib rõhuleke. Üle 75% pidurdamisest teostavad esirattad, mis tähendab, et tagumise piduri rike võib juhile märkamata jääda, kuid esiratas jääb täielikult tööle.

Operatiivselt, kui piduripedaal on alla vajutatud, kandub jõud läbi tõukevarda-peasilindri kolvile. Kolb sisaldab kahte tihendit ja liigub kahes kambris, kusjuures igale vooluringile on pühendatud joon. Kui kolvid surutakse ettepoole, tekib hüdrauliline rõhk ja liigub suuremad kolvid pidurisadulates või rattasilindrites, peatades rattad.

1.1 Üldine kirjeldus

Kolb-tüüpi-kaheahelaline-piduri peasilinder-, millele on mõnes tööstusvaldkonna kirjanduses viidatud ka kui pordita või kesk-toitetüüpi-, kujutab endast põhimõttelist kõrvalekaldumist tavapärasest peasilindri arhitektuurist. Selle asemel, et paigutada kompensatsioonipordid silindri ava seina, määrab see konstruktsioon kompensatsioonikanalid kolvile endale. See näiliselt lihtne ümberpaigutamine avaldab märkimisväärset mõju süsteemi integreerimisele, vastupidavusele ABS/ESP tsüklis ja kompaktsele pakendile.

Kolb{0}}tüüpi peasilinder on struktuurselt kompaktne. Selle sisemised komponendid teleskoopivad kokku nagu antenni sektsioonid, võimaldades kogu koostu sujuvalt välja sirutada ja tagasi tõmbuda. See teleskoopseade vähendab oluliselt aksiaalsetpaigalduspikkus-tavaliseltumbes pooltavapäraste peasilindrite omad,{0}}täites samal ajalrange hüdraulikakaasaegsete ABS- ja ESP-süsteemide vooluvajadused.

1.2 Struktuuriomadused

Kolb{0}}tüüpi peasilindri kõige iseloomulikum omadus on kompensatsiooniportide paigutamine kolvile, mitte silindri ava seinale. See konstruktsioon välistab tavapärase ava-külgmise pordi terava serva, mis ajalooliselt oli peamiste tassi tihendite peamine rikkekoht. See pakub ka palju suuremat kogukompensatsioonivooluala,{4}}mitu porti saab paigutada ümber kolvi ümbermõõdu.

Lisaks, kuna kogu kolvi efektiivset pikkust kasutatakse kontakti tihendamiseks silindri ava seinaga, saab silindri korpuse kogupikkust oluliselt vähendada.

1.3 Tööpõhimõte

Puhkeolekus on primaar- ja sekundaarahel kolvile{0}}paigaldatud kompensatsiooniportide kaudu reservuaarile avatud. Kui juht vajutab piduripedaali, liigub esmane kolb edasi. Kompensatsiooniavad liiguvad mööda esmast tassi tihendit, mis nüüd liigub vastu sujuvat katkematut ava pinda. Kui pordid on mööda viidud, suletakse survekamber ja tekib hüdrauliline rõhk, mis suunab vedeliku pidurikontuuridesse.

Pedaali vabastamisel naaseb kolb vedrujõu toimel. Kompensatsiooniavad sisenevad uuesti-primaarsest tassi tihendist mööduvasse piirkonda, taastades-side rõhukambri ja reservuaari vahel, võimaldades vedelikul tagasi voolata ja vajadusel kambrit täiendada.

1.4 Peamised erinevused tavapärastest peasilindrite konstruktsioonidest

• 1.4.1 Oluliselt vähendatud aksiaalne pikkus

Kuna sisemised komponendid asuvad üksteise sees, võib koostu kogupikkus olladrastiliselt lühendatud-sageli kuni ligikaudu pooled võrreldava ava läbimõõdu ja väljundmahuga tandempeasilindri omast. See pakendieelis on kitsa mootoriruumi paigutusega sõidukite jaoks ülioluline.

• 1.4.2 Otsene ühilduvus ABS-süsteemidega

Tavalised ava{0}}seina kompenseerimisportidega peasilindrid on ABS-iga kasutamisel näidanud kõrget esmase tassi tihendi kahjustust. Põhjus peitub ABS-i töödünaamikas: aktiivse ABS-tsükli ajal laseb süsteem korduvalt välja ja survestab uuesti{2}}pidurivedelikku. See põhjustab peasilindri kolvi võnkumist kitsas vahemikus. Tavalise konstruktsiooni korral positsioneerib see võnkumine sageli primaarse tassi tihendi täpselt kompensatsioonipordi asukohta. Kõrge rõhu all surutakse tihendikork pordi avausse, mis põhjustab tihendi kiiret kulumist, sisselõikeid või väljapressimistõrke.

Kolvi{0}}tüüpi konstruktsioonis liiguvad kompensatsioonipordid koos kolviga. Peamine tassi tihend puutub kogu käiguvahemiku jooksul kokku ainult silindri silindri ava seinaga. Ükski pordi serv ei puutu tihendiga kokku üheski kolviasendis, välistades selle rikkerežiimi praktiliselt.

• 1.4.3 Ühilduvus ESP kõrgete{1}}voolunõuetega

Elektroonilise stabiilsusprogrammi (ESP) süsteemid, mis on ülemaailmselt üha enam manustatud, nõuavad, et peasilinder väljastaks suure koguse pidurivedelikku väga lühikeste ajavahemike jooksul automaatseks pidurdussekkumiseks. Kolvi -tüüpi konstruktsioon vastab sellele nõudele tänu sellele, et sellel on mitu suurt kompensatsiooniporti, mis on paigutatud ümber kolvi ümbermõõdu. Sellest disainist on saanud ESP-ga varustatud sõidukite eelistatud arhitektuur.

1.5 Kolvi -tüüpi peasilindrite tootmisspetsifikatsioonid

Õige tihendus primaarse tassi tihendi ja kolvi vahel peab olema tasakaalustatud vedeliku vajadusega, et kompensatsioonifaasis tassi tihendist mööda minna. Lisaks nõuab sujuv libisemine ilma sidumiseta täpset kontrolli ava ümarduse, kolvi sirguse ja pinnaviimistluse üle.

2 keskklapiga kahe-kontuuripiduri peasilinder

2.1 Üldine kirjeldus

Keskventiili{0}}tüüpi peasilinder töötati välja spetsiaalselt ABS-varustatud sõidukitega kasutamiseks. Sarnaselt kolvi-tüüpi konstruktsiooniga välistab see tavapärase ava-seina kompensatsioonipordi, kuid saavutab selle erineva mehhanismi kaudu: sisemise vedruga-koormatud ventiiliga, mis paikneb iga kolvi keskel.

Patendid, mis kirjeldavad mitteblokeeruvate hüdrauliliste pidurisüsteemide keskklappide konfiguratsioone, pärinevad 1990. aastate keskpaigast ning suuremad tootjad, sealhulgas Bosch, töötasid 2000. aastate alguses välja oma tootmisversioone. Disain on osutunud eriti sobivaks sõiduautode jaoks, kus pakendiruum on vähem piiratud, kuid ABS-i vastupidavus on endiselt prioriteet.

2.2 Struktuuriomadused

Keskventiili peasilindri eripäraks on kompensatsiooniportide täielik puudumine silindri ava seinas. Selle asemel sisaldab iga kolb aksiaalset keskventiili-, mis koosneb väikesest vedrust, klapi hoovast või kuulist ja tihenduspesast,-mis juhib vedeliku ühendust rõhukambri ja reservuaari vahel. Silindri auk on puhkeasendist kogu käigupikkuse ulatuses täiesti sile, pakkudes katkematut tihenduspinda primaarsetele tassi tihenditele.

See struktuur välistab terava kompensatsioonipordi serva, mis kahjustab tavapäraste konstruktsioonide puhul primaarseid tassi tihendeid.

2.3 Erinevused tavapärastest peasilindrite konstruktsioonidest

Põhiline erinevus on struktuurne: keskventiili{0}}tüüpi peasilindrid sisaldavad keskventiili ja neil puuduvad kompensatsioonipordid. Tavalistel peasilindritel on kompensatsioonipordid ja keskventiil puudub.

Funktsionaalne tagajärg on sama oluline. Tavalise konstruktsiooni korral läbib primaarne tassi tihend tavapärase pidurdamise ajal korduvalt üle kompensatsioonipordi serva. Seda kulumismehhanismi kiirendatakse oluliselt ABS-rakendustes, kus kolb võngub kiiresti pordiasendi lähedal. Keskventiili-tüüpi konstruktsioonides ei satu tassi tihend kunagi avasse avasse, pikendades märkimisväärselt tihendi ja silindri eluiga.

Täpsemalt ABS-rakenduste puhul on see erinevus kriitiline. Kui ABS-i aktiivsed tsüklid põhjustavad peasilindri rõhukambrites rõhu pulsatsioone, sõidab keskventiili konstruktsioonis primaarne tassi tihend lihtsalt üle sileda pinna, mida ei mõjuta pulseeriv rõhk, mis suruks tavapärase tihendi pordi avausse.

2.4 Tööpõhimõte

Puhkeolekus hoitakse keskventiili avatuna vedrujõu ja mehaanilise seiskamise geomeetria abil. Pidurivedelik reservuaarist voolab läbi klapi, ümber piduriava ja survekambrisse. Kui juht vajutab piduripedaali ja kolvi liikumine algab, saab ventiili vedru jõud järk-järgult üle ja klapipesa sulgub vastu hoovi. Pärast tihendamist eraldatakse rõhukamber reservuaarist ja edasine kolvi liikumine paneb kinni jäänud vedeliku surve alla, suunates selle pidurikontuuridesse.

Pedaali vabastamisel tagasitõmbevedru rõhk algselt langeb, keskklapi vedru{0}}avab klapi uuesti ja vedelik voolab reservuaarist tagasi survekambrisse.

Keskventiili eelpingestusvedru jõud tuleb hoolikalt valida. Kui eelkoormusjõud (F) jagatud efektiivse tihendusalaga annab tagasi-avamise hüdraulilise rõhu alla 0,03 MPa, kiirendatakse pidurivedeliku kompenseerimist, paraneb peasilindri tagasivoolu kiirus ja hõlbustatakse pidurivedeliku käsitsi täitmist montaaži ajal.

2.5 Keskventiili peasilindrite tootmisspetsifikatsioonid

Järgmised spetsifikatsioonid esindavad tüüpilisi nõudeid sõiduautode rakendustele:

3 Peamised struktuurisuundumused ja tähelepanekud

3.1 Määrus{1}}põhine arendus

Peasilindri arengu kõige olulisem üksikjuht on olnud ohutuse reguleerimine. USA 1967. aasta mandaat kaheahelaliste- pidurisüsteemide jaoks muutis kogu tööstust. Sarnaselt on Euroopa Liidu nõue, et kõik uued sõiduautod peavad olema varustatud mitteblokeeruvate pidurisüsteemidega (ABS) alates 2004. aastast-ja elektroonilise stabiilsusprogrammiga (ESP) alates 2014. aastast-, muutnud põhjalikult seda, mida peasilinder peab tegema.

ABS-i nõue tähendab, et peasilindrid peavad nüüd taluma rõhu pulsatsioone ja tihendi võnkumisi ilma enneaegse kulumiseta. ESP nõue tähendab, et peasilindrid peavad automaatse pidurdamise jaoks koheselt väljastama suuri vedelikke. Need nõuded ei ole valikulised,{2}}need on enamikul suurematel turgudel sõidukite homologeerimise seaduslik miinimum.

3.2 Ülemaailmne reguleeriv raamistik

Ekspordiks mõeldud pidurisüsteemi komponentide puhul on oluline olla teadlik kahest domineerivast reguleerivast raamistikust.

• FMVSS 105 (USA): Föderaalne mootorsõidukite ohutusstandard nr{0}} hõlmab sõiduautode, mitmeotstarbeliste sõiduautode, veoautode, veoautode ja busside hüdraulilisi pidurisüsteeme{1}}, mis nõuavad pidurdusteekonna, pidurdusjõu jaotuse ja süsteemi terviklikkuse katseid.
• ECE R13 (EL ja paljud teised turud): ÜRO eeskiri nr{0}} hõlmab ühtseid sätteid M-, N- ja O-kategooria sõidukitele pidurdamise osas. Seda kasutatakse laialdaselt Euroopas, Aasias, Lähis-Idas ja mujal.

Kaasaegsed sõidukid peavad vastama ühele või mõlemale neist standarditest ja peasilindri konstruktsioon peab vastama vastavatele katseprotokollidele.

3.3 Nihe pordivabade arhitektuuride poole

Tavalised ava{0}}seinapordid on näidanud ABS-tsükli puhul töökindlusprobleeme. Nii kolvi-tüüpi kui ka keskventiili-tüüpi konstruktsioonid kõrvaldavad pordi serva, kumbki erineva mehhanismi kaudu. Milline arhitektuur lõpuks domineerima jääb, jääb lahtiseks küsimuseks, kuigi kolvi{5}}tüüpi konstruktsioon pakub eeliseid aksiaalse pikkuse ja vooluvõimsuse osas, mis võivad tulevaste rakenduste jaoks otsustavaks osutuda.

3.4 Integreerimine elektrooniliste juhtimissüsteemidega

Elektrooniline stabiilsusprogramm (ESP) ja arenev põlvkond-by-pidurisüsteemid nõuavad peasilindreid, mis suudavad kiiresti ja suures koguses vedelikku väljastada, ning integreerimist elektrooniliste juhtseadmete ja asendianduritega. Kuigi täielikult autonoomsed sõidukid (tase 4 ja tase 5) võivad lõpuks vähendada sõltuvust hüdraulilistest komponentidest puhtalt elektroonilise pidurdamise kasuks, eeldatakse, et -traadiga pidurdamine- säilitab hüdraulilise aluse ka lähitulevikus.

Piduri peasilindri areng on järginud kahte peamist tegurit: sõidukite pidurdamise ohutuse parandamise nõuded, mis on kehtestatud eeskirjadega kogu maailmas, mis on pidevalt tõstnud ohutuse, töökindluse ja ühilduvuse taset teiste pidurisüsteemi komponentidega; ning peasilindri disaini ja tootmisprotsesside pidev täiustamine, et saavutada parem jõudlus, madalamad kulud ja kompaktsem pakend.

Kuna ABS on enamikul turgudel kõigi uute sõiduautode standardvarustuses (volitatud alates 2004. aastast) ja ESP on kohustuslik alates 2014. aastast, peavad peasilindrid ABS-i tsüklit usaldusväärselt taluma ja vastama ESP vooluvajadustele. Tööstus läheneb pordita konstruktsioonidele-nii keskventiili kui ka kolvi-tüüpi-, mis välistavad ava-seina kompenseerimise pordi. See üleminek tõenäoliselt jätkub, kuna need arhitektuurid võivad uutes sõidukites asendada enamiku tavapäraseid konstruktsioone.

Kuna ESP-d on jätkuvalt ülemaailmselt kasutusele võetud, on kolb-{0}}tüüpi peasilindri võime pakkuda suuri, hetkelisi vedelikukoguseid, seda tugevalt tulevaste rakenduste jaoks. Samal ajal on elektrooniliste seisupidurisüsteemide ja muude elektrooniliste juhtimissüsteemide järkjärguline kasutuselevõtt juba viinud kolviasendianduritega peasilindrite piiratud kasutuselevõtuni.

Viited

[1] Autode pidurisüsteemi eeskirjad. USA föderaalne mootorsõidukite ohutusstandard nr. 105 (FMVSS 105), ÜRO Euroopa Majanduskomisjoni eeskiri nr. 13.

[2] Kahe-ahelaga peasilindri reguleerimine. USA föderaalne mootorsõidukite ohutusstandard, 1967. aasta mandaat.

[3] ABS ja ESP rakendamise ajakava. Uutele sõiduautodele kohustuslik ABS alates 2004. aastast, kohustuslik ESP alates 2014. aastast.

[4] Keskventiili peasilindri tehnoloogia. Boschi pidurisüsteemid. Peamise tassi tihendi kahjustuste leevendamine ABS-rakendustes.

[5] Piduri peasilindrite turuanalüüs 2025–2032. Stratistika MRC. Turu suurus 2025. aastal 3,7 miljardit, 2025. aastal prognoositakse 3,7 miljardit, 2032. aastaks prognoositakse 5,4 miljardit 5,5% CAGR-i.

[6] Haynesi käsiraamatud. Auto peasilindri mõistmine. Arengulugu 1960-1967.

[7] SAE International. SAE J1154 mootorsõidukite pidurite hüdraulilised peasilindrid – jõudlusnõuded (viimane redaktsioon).

[8] Kolb{1}}tüüpi peasilindri patendid. Hyundai MOBIS, Bosch. Projekteerimis- ja tootmisspetsifikatsioonid.