Razvoj in strukturne značilnosti avtomobilskih hidravličnih zavornih cilindrov

Odkar je Karl Benz leta 1885 izdelal prvi eno{0}}valjnik s tri-kolesniki, so vozila več kot stoletje spremljala človeški družbeni razvoj. Zavorni sistem, kot ključni varnostni sistem vozila, se je nenehno razvijal skupaj z avtomobilskim napredkom. Kot srce dobave energije hidravličnega zavornega sistema je bil glavni hidravlični zavorni valj večkrat preoblikovan in izboljšan.

Razvojni poti glavnega zavornega valja je mogoče slediti skozi več glavnih stopenj: glavni-krožni valj, tip-tlačnega-ventila, dvo{3}}krožni (tandemski) glavni valj in konfiguracije, zasnovane za namestitev protiblokirnega zavornega sistema (ABS) in elektronskega stabilnostnega programa (ESP). zahteve. Na vsaki stopnji so se pojavile različice za reševanje posebnih potreb glede oblikovanja in delovanja. Ta članek obravnava razvojno pot vsake glavne konfiguracije, strukturne značilnosti, načela delovanja in vidike proizvodnje.

Pred letom 1967 je bila večina avtomobilskih glavnih valjev preprosta-enotna posoda z enim batom in enim tesnilom. Ta arhitektura je imela pomembno pomanjkljivost: če je kolesni valj puščal, se je pokvaril zavorni vod ali se je pokvarilo eno samo notranje tesnilo, je voznik lahko popolnoma izgubil zaviranje.

Preboj v smeri varnostne redundance se je zgodil leta 1962, ko je Cadillac predstavil dvo{1}}zavorni sistem z ločenima sprednjima in zadnjima hidravličnima vodoma. Če je en tokokrog puščal, bi drugi še vedno lahko ustavil vozilo. American Motors je prav tako zgodaj sprejel-sisteme z deljenimi valji, čeprav je njihova diagonalna-arhitektura razdelila tokokroge med enim prednjim kolesom in enim zadnjim kolesom na nasprotnih straneh-zasnova, ki je izboljšala varnost, vendar še ni bila popolna ločitev prednjega-zadnjega dela.

Več proizvajalcev je neodvisno delalo na dvo-cilindričnih sistemih, ki so ponujali-vgrajeno redundanco. Wagner Electric je bil med prvimi, ki jim je to uspelo. Prava prelomnica je nastopila leta 1967, ko je zvezna vlada ZDA določila, da morajo biti vsa vozila opremljena z dvojnim-glavnim zavornim cilindrom z ločenimi tokokrogi v primeru okvare voda ali drugih okvar.

Današnji dvokrožni{0}}glavni valji imajo običajno dve ločeni komori, ki ločujeta sprednji in zadnji zavorni krog, čeprav so nekatere konfiguracije še vedno diagonalno razdeljene. Ta ureditev preprečuje popolno izgubo zaviranja, če eno tesnilo odpove ali pride do puščanja tlaka. Več kot 75 % zaviranja izvedejo sprednja kolesa, kar pomeni, da lahko voznik ne opazi okvare zadnjih zavor, sprednje pa ostane popolnoma delujoče.

Operativno, ko je zavorni pedal pritisnjen, se sila prenese preko potisne-palice na bat glavnega valja. Bat vključuje dve tesnili in se premika v dveh komorah, s črto, namenjeno vsakemu tokokrogu. Ko so bati potisnjeni naprej, se poveča hidravlični tlak in premakne večje bate v čeljustih ali kolesnih valjih, kar ustavi kolesa.

1.1 Splošni opis

Dvokrožni-glavni zavorni valj-tipa bata-, ki se v neki industrijski literaturi imenuje tudi brezportni ali sredinski{3}}tip dovajanja-, predstavlja temeljno odstopanje od običajne arhitekture glavnega zavornega valja. Namesto da bi kompenzacijske odprtine postavili v steno izvrtine valja, ta zasnova locira kompenzacijske prehode na samem batu. Ta navidezno preprosta premestitev ima pomembne posledice za integracijo sistema, vzdržljivost pri ciklih ABS/ESP in kompaktno embalažo.

Glavni valj-tipa bata je konstrukcijsko kompakten. Njegove notranje komponente teleskopirajo skupaj kot antenske odseke, kar omogoča, da se celoten sklop nemoteno razširi in umakne. Ta teleskopska ureditev znatno zmanjša aksialnonamestitvena dolžina-običajnopribližno polovicaobičajnih glavnih valjev-, hkrati pa izpolnjujejostroga hidravlikapretočne zahteve sodobnih sistemov ABS in ESP.

1.2 Strukturne značilnosti

Najbolj značilna značilnost glavnega valja-tipa bata je postavitev kompenzacijskih odprtin na batu in ne v steni izvrtine valja. Ta zasnova odpravlja oster rob običajne odprtine na-strani izvrtine, ki je bila v preteklosti primarno mesto okvare za primarna tesnila skodelice. Zagotavlja tudi veliko večjo skupno kompenzacijsko površino pretoka-več odprtin je mogoče razporediti po obodu bata.

Poleg tega, ker se celotna efektivna dolžina bata uporablja za tesnjenje stika s steno izvrtine cilindra, se lahko celotna dolžina telesa cilindra bistveno zmanjša.

1.3 Načelo delovanja

V mirovanju sta primarno in sekundarno vezje odprta proti rezervoarju prek kompenzacijskih odprtin-vgrajenih na bate. Ko voznik pritisne na zavorni pedal, se primarni bat premakne naprej. Kompenzacijske odprtine potujejo mimo primarnega tesnila skodelice, ki zdaj vozi proti gladki neprekinjeni površini izvrtine. Ko se vrata zaobidejo, je tlačna komora zatesnjena in nastane hidravlični tlak, ki dovaja tekočino v zavorne tokokroge.

Po sprostitvi pedala se bat pod vplivom vzmeti vrne. Kompenzacijske odprtine ponovno -vstopijo v območje mimo primarnega tesnila skodelice in ponovno -vzpostavijo komunikacijo med tlačno komoro in rezervoarjem, kar omogoča, da tekočina teče nazaj in po potrebi napolni komoro.

1.4 Ključne razlike od običajnih zasnov glavnega valja

• 1.4.1 Znatno zmanjšana osna dolžina

Ker notranje komponente teleskopirajo ena v drugo, je lahko skupna dolžina sklopadrastično skrajšan-pogosto do približno polovice običajnega tandemskega glavnega valja s primerljivim premerom izvrtine in izhodno prostornino. Ta prednost pakiranja je ključnega pomena za vozila s tesno razporejenim motornim prostorom.

• 1.4.2 Neposredna združljivost s sistemi ABS

Običajni glavni valji s kompenzacijskimi odprtinami-na steni so pokazali visoko stopnjo poškodbe primarnega tesnila čaše pri uporabi z ABS. Razlog je v dinamiki delovanja ABS-a: med aktivnim cikličnim delovanjem ABS-a sistem vedno znova sprosti in ponovno-stisne zavorno tekočino. To povzroči, da bat glavnega valja niha v ozkem območju. Pri običajni zasnovi to nihanje pogosto postavi primarno tesnilo skodelice točno na lokacijo kompenzacijske odprtine. Pod visokim pritiskom je tesnilna skodelica potisnjena v odprtino, kar povzroči hitro obrabo tesnila, ureznine ali odpoved iztiskanja.

Pri izvedbi bata-se kompenzacijske odprtine potujejo z batom. Primarno tesnilo skodelice se v celotnem območju giba dotika samo gladke stene izvrtine cilindra. Noben rob odprtine se ne dotika tesnila na nobenem položaju bata, kar praktično odpravlja ta način okvare.

• 1.4.3 Združljivost z ESP High-Flow Demands

Sistemi elektronskega stabilnostnega programa (ESP), ki so vse bolj predpisani po vsem svetu, zahtevajo, da glavni valj dovaja velike količine zavorne tekočine v zelo kratkih časovnih intervalih za samodejno posredovanje zavor. Zasnova tipa-bata ustreza tej zahtevi s svojo sposobnostjo vključitve več velikih kompenzacijskih odprtin, razporejenih po obodu bata. Ta oblika je postala prednostna arhitektura za vozila, opremljena z ESP.

1.5 Proizvodne specifikacije za batne-glavne cilindre

Ustrezno tesnjenje med primarnim tesnilom skodelice in batom mora biti uravnoteženo s potrebo po tekočini, ki obide tesnilo skodelice med kompenzacijsko fazo. Poleg tega gladko drsenje brez zatikanja zahteva natančen nadzor okroglosti izvrtine, ravnosti bata in končne obdelave površine.

2 glavni zavorni cilinder z dvojnim{1}}krožnim sredinskim ventilom

2.1 Splošni opis

Glavni valj-tipa sredinskega ventila je bil posebej razvit za uporabo pri vozilih,-opremljenih z ABS. Tako kot oblika bata-odpravlja običajne kompenzacijske odprtine-stenske odprtine, vendar to doseže z drugačnim mehanizmom: notranjim vzmetnim-ventilom, nameščenim na sredini vsakega bata.

Patenti, ki opisujejo konfiguracije sredinskega ventila za protiblokirne hidravlične zavorne sisteme, segajo v sredino 1990-ih, pri čemer so veliki proizvajalci, vključno z Boschem, razvili lastne proizvodne različice v zgodnjih 2000-ih. Zasnova se je izkazala za posebno primerno za uporabo v osebnih avtomobilih, kjer je prostor za pakiranje manj omejen, vendar vzdržljivost ABS ostaja prednostna naloga.

2.2 Strukturne značilnosti

Značilnost glavnega valja sredinskega ventila je popolna odsotnost kompenzacijskih odprtin v steni izvrtine valja. Namesto tega ima vsak bat aksialni sredinski ventil,-ki ga sestavljajo majhna vzmet, loputa ali kroglica ventila in tesnilni sedež-, ki nadzira komunikacijo tekočine med tlačno komoro in rezervoarjem. Izvrtina cilindra je popolnoma gladka od položaja mirovanja skozi celotno dolžino giba, kar zagotavlja neprekinjeno tesnilno površino za primarna tesnila skodelice.

Ta struktura odpravlja oster rob kompenzacijske odprtine, ki poškoduje primarna tesnila skodelice v običajnih oblikah.

2.3 Razlike od običajnih zasnov glavnega valja

Temeljna razlika je strukturna: glavni valji-tipa sredinskega ventila vključujejo sredinski ventil in nimajo kompenzacijskih vrat. Običajni glavni cilindri imajo kompenzacijske odprtine in nimajo sredinskega ventila.

Funkcionalna posledica je enako pomembna. Pri običajni zasnovi primarno tesnilo skodelice med običajnim zaviranjem vedno znova prehaja čez rob kompenzacijske odprtine. Ta mehanizem obrabe se znatno pospeši pri aplikacijah ABS, kjer bat hitro niha blizu položaja vrat. Pri izvedbah s sredinskim- ventilom tesnilo skodelice nikoli ne naleti na nobeno odprtino v steni izvrtine, kar močno podaljša življenjsko dobo tesnila in cilindra.

Posebej za aplikacije ABS je ta razlika kritična. Ko aktivni cikli ABS povzročijo nihanje tlaka v tlačnih komorah glavnega valja, primarno tesnilo skodelice v zasnovi sredinskega ventila preprosto vozi po gladki površini izvrtine, na kar ne vpliva pulzirajoči tlak, ki bi pognal običajno tesnilo v odprtino odprtine.

2.4 Načelo delovanja

V mirovanju sredinski ventil drži odprt vzmetna sila in mehanska geometrija zapore. Zavorna tekočina iz rezervoarja teče skozi ventil, okoli lopute in v tlačno komoro. Ko voznik pritisne na zavorni pedal in se bat začne premikati, se sila vzmeti ventila postopoma premaga in sedež ventila se zapre proti loputi. Ko je tlačna komora zaprta, je izolirana od rezervoarja, nadaljnje gibanje bata pa ustvarja pritisk na ujeto tekočino in jo dovaja v zavorne tokokroge.

Po sprostitvi pedala tlak povratne vzmeti najprej pade, vzmet sredinskega ventila ponovno -odpre ventil in tekočina teče nazaj iz rezervoarja v tlačno komoro.

Silo vzmeti prednapetosti sredinskega ventila je treba skrbno izbrati. Ko sila prednapetosti (F), deljena z efektivno tesnilno površino, povzroči hidravlični tlak povratnega{1}}odpiranja manj kot 0,03 MPa, se pospeši kompenzacija zavorne tekočine, izboljša povratna hitrost glavnega valja in olajša ročno polnjenje zavorne tekočine med montažo.

2.5 Proizvodne specifikacije za glavne cilindre sredinskega ventila

Naslednje specifikacije predstavljajo tipične zahteve za uporabo v osebnih vozilih:

3 Ključni strukturni trendi in opažanja

3.1 Predpisi-spodbujen razvoj

Najpomembnejše gonilo razvoja glavnega valja je bila varnostna ureditev. Mandat ZDA iz leta 1967 za dvo{4}}zavorne sisteme je spremenil celotno industrijo. Podobno je zahteva Evropske unije, da morajo biti vsa nova osebna vozila opremljena s-protiblokirnimi zavornimi sistemi (ABS) od leta 2004 dalje-in elektronskim programom stabilnosti (ESP) od leta 2014 dalje-bistveno spremenila, kaj mora delati glavni valj.

Zahteva ABS pomeni, da morajo glavni valji zdaj vzdržati nihanje tlaka in nihanje tesnila brez prezgodnje obrabe. Zahteva ESP pomeni, da morajo glavni valji takoj zagotoviti velike količine tekočine za samodejno zaviranje. Te zahteve niso izbirne-so pravni minimum za homologacijo vozil na večini večjih trgov.

3.2 Globalni regulativni okvir

Pri komponentah zavornega sistema, namenjenih izvozu, je bistvenega pomena poznavanje dveh prevladujočih regulativnih okvirov.

• FMVSS 105 (ZDA): Zvezni varnostni standard za motorna vozila št.. 105 pokriva hidravlične zavorne sisteme za osebne avtomobile, več-namenska osebna vozila, tovornjake in avtobuse ter predpisuje preskuse zavorne poti, porazdelitve zavorne sile in celovitosti sistema.
• ECE R13 (EU in številni drugi trgi): Pravilnik ZN št. . 13 zajema enotne določbe za homologacijo vozil kategorij M, N in O glede zaviranja. Široko je sprejet po Evropi, Aziji, Bližnjem vzhodu in drugod.

Sodobna vozila morajo biti v skladu z enim ali obema od teh standardov, zasnova glavnega valja pa mora ustrezati ustreznim testnim protokolom.

3.3 Premik k arhitekturam brez vrat

Običajni stenski-priključki z izvrtino so pokazali težave z zanesljivostjo pri ciklih ABS. Oba tipa bata-in sredinskega ventila-odpravljata rob vrat, vsak z drugačnim mehanizmom. Katera arhitektura bo na koncu prevladovala, ostaja odprto vprašanje, čeprav zasnova tipa-bata ponuja prednosti v aksialni dolžini in zmogljivosti pretoka, kar se lahko izkaže za odločilno za prihodnje aplikacije.

3.4 Integracija z elektronskimi nadzornimi sistemi

Elektronski stabilnostni program (ESP) in nastajajoča generacija zavornih-z-žičnimi sistemi zahtevata glavne cilindre, ki so zmožni hitrega,-dovajanja velike količine tekočine, ter integracijo z elektronskimi krmilnimi enotami in senzorji položaja. Čeprav lahko popolnoma avtonomna vozila (4. in 5. stopnja) sčasoma zmanjšajo odvisnost od hidravličnih komponent v korist povsem elektronskega zaviranja, se pričakuje, da bo zavora-z{-žico ohranila hidravlični temelj v bližnji prihodnosti.

Razvoj glavnega zavornega cilindra je sledil dvema glavnima dejavnikoma: vse večjim zahtevam glede varnosti pri zaviranju vozil, ki jih nalagajo predpisi po vsem svetu, ki nenehno dvigujejo letvico varnosti, zanesljivosti in združljivosti z drugimi komponentami zavornega sistema; in nenehno izpopolnjevanje zasnove in proizvodnih procesov glavnega valja, da bi dosegli boljše delovanje, nižje stroške in bolj kompaktno embalažo.

Ker je ABS zdaj standard na vseh novih osebnih vozilih na večini trgov (obvezen od leta 2004) in ESP, ki je predpisan od leta 2014, morajo glavni valji zanesljivo vzdržati nihanje ABS in izpolnjevati zahteve glede pretoka ESP. Industrija se približuje zasnovam brez vrat-osrednjega ventila in-tipa bata-ki odpravljajo odprtino-kompenzacijske odprtine v steni. Ta prehod se bo verjetno nadaljeval, s temi arhitekturami, ki bodo morda nadomestile večino običajnih zasnov v novih vozilih.

Ker se ESP še naprej uporablja po vsem svetu, je zmožnost glavnega cilindra-tipa bata, da zagotovi velike, trenutne količine tekočine, zelo pomembna za prihodnje aplikacije. Medtem je postopno sprejemanje elektronskih parkirnih zavornih sistemov in drugih elektronskih krmilnih sistemov že privedlo do omejene uporabe glavnih valjev s senzorji položaja bata.

Reference

[1] Predpisi za avtomobilski zavorni sistem. Zvezni varnostni standard za motorna vozila ZDA št.. 105 (FMVSS 105), Pravilnik UN ECE št.. 13.

[2] Dvo{1}}regulacija glavnega valja. Zvezni varnostni standard za motorna vozila ZDA, mandat iz leta 1967.

[3] Časovnica implementacije ABS in ESP. Obvezen ABS za nova osebna vozila od 2004, obvezen ESP od 2014.

[4] Tehnologija glavnega valja sredinskega ventila. Zavorni sistemi Bosch. Zmanjšanje poškodb primarnega tesnila skodelice pri aplikacijah ABS.

[5] Analiza trga glavnih zavornih valjev 2025–2032. Stratistics MRC. Velikost trga 3,7 milijarde v letu 2025, predvidena za doseganje vsakih 3,7 milijarde v letu 2025, predvidena za doseganje 5,4 milijarde do leta 2032 pri 5,5 % CAGR.

[6] Priročniki Haynes. Razumevanje glavnega cilindra vašega avtomobila. Zgodovina razvoja 1960-1967.

[7] SAE International. SAE J1154 Glavni hidravlični cilindri za zavore motornih vozil – Zahteve glede zmogljivosti (najnovejša revizija).

[8] Patenti glavnega cilindra-tipa bata. Hyundai MOBIS, Bosch. Oblikovanje in proizvodne specifikacije.