大型车辆刹车系统高温预警与冷却装置的探索与研究

陆健 程联社 林素敏

摘要：随着交通物流的快速发展，带来的安全隐患也不断增加，特别是大型货运车辆长时间或频繁制动引起刹车片高温失效，造成交通事故的比例越来越高。因此设计一款基于智能化和专家系统、水冷相结合能实时预警并自动检测的刹车冷却装置具有一定的必要性。

Abstract： With the rapid development of transportation and logistics， the potential safety hazards are also increasing， especially the high temperature failure of brake pads caused by long-time or frequent braking of large freight vehicles， resulting in an increasing proportion of traffic accidents. Therefore， it is necessary to design a brake cooling device based on the combination of intelligence， expert system and water cooling， which can give real-time early warning and automatic detection.

关键词：大型车辆;制动;预警;冷却装置

Key words： oarge vehiclesl;braking;early warning;cooling system

中图分类号：U472.43                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0160-02

1  概述

随着社会的发展和汽车技术的进步，汽车在人们日常生活中起的作用也越来越大，特别是大型车辆为了满足人们生活质量对物流运输的需求。近年来，随着大型货运车辆的激增，带来的交通安全也不容忽视，特别是因刹车失灵造成的交通事故增长较快，造成了较大的人员伤亡和财产损失。（图1）

大型车辆鼓式刹车的制动系统其结构主要是在一个相对密封的环境，其使用条件经常在山路等频繁刹车的行驶条件，鼓式制动最大的缺点就是散热慢，易发生热衰性现象，特别是在山区公路高速公路等安全行车，由于长时间依靠频繁制动减速行驶，从而造成刹车片过热失灵且易发生爆胎导致交通事故。

2  现状

目前市场上解决这一问题的主要措施是给车辆增加一套水冷却装置，在车上附带一个水箱，将水箱内的水通过管道引到刹车片，车辆起动后，打开阀门，利用水对刹车进行淋水冷却。这种方法虽然可以对车辆刹车系统进行冷却，但此装置存在以下缺点：①智能化程度低，影响交通安全。手动操作，喷水量不可控，不论刹车片温度高低，都不间断的大量淋水，造成水浪费，也会使成路面湿滑，特别在冬季还会造成路面结冰，对行车安全造成很大隐患，这也是国家明令禁止的。②可靠性不高，使用范围受限。由于水箱容积有限，长途下坡或运输中途需要加水，也易引发由于缺水造成刹车失灵，高强度刹车时还会造成刹车片热衰;在缺水地区使用受限。③主动安全性低，无法自检。司机对刹车片的温度未知，不能提前采取减速等措施，当感知刹车失效时，采取的措施也是非常有限;另外当管路堵塞或损坏等不能正常工作时，系统不能报警，无法自检。

傳统的刹车片淋水冷却装置按取水方式的不同，淋水一般可分为这三种主要形式。自流式淋水、自流式一般将水箱装在较高的位置，依靠水的重力作用向下流淌，实现对车轮和刹车片的降温，由于不需要另加取水装置，结构简单，成本最小。气压淋水主要是依靠车辆自带的空压机对水箱加压，依靠压力进行喷淋，此装置水箱位置可以较低，水压稳定，喷水量根据压力可以调节。电动水泵是在水箱中安装一个电动水泵，泵水喷淋，需要另行加装一个电动水泵，应用较少。因此，设计全新的大型车辆刹车预警和冷却控制系统是我国道路运输行业一个亟待解决的问题。设计出一款提供一种大货车刹车系统自动冷却装置，能有效克服传统刹车冷却装置的一系列缺点。能有效的保持车辆制动的恒定性，减少交通事故的发生率。

3  设计内容

本装置初期通过在实验台上的实验到最终安装到是实车上完成预计主要经历了三代产品的更新迭代，早期的大型车辆预警冷却装置主要可以在原来水淋降温的基础上增加了高温精准检测温度、全方位雾化和风水冷调节的功能;发展到第二代又增加了数据信息对比功能和诊断自检系统;发展到第三代可以达到自适应功能和与车辆EBS系统相互配合降温的功能。

初期产品主要采用刹车自动冷却装置对大型车辆刹车冷却系统进行冷却、刹车片温度实时监控及发出预警等功能。

①高精准温度控制技术。本装置采用红外测温仪其测量精度为测量值的±1.5℃或±2.5℃大值，外形为62mm*18mm，工作电源为12VDC，外壳材质为304不锈钢，接线时红线接12VDC电源正极，蓝线接4-20mA信号正极。该测温仪将传感器、光学系统与电子线路共同集成在不锈钢壳体内，易于安装;测温仪采用支架安装方式，用左右两个配套螺母将支架与红外测温仪不锈钢壳体进行快速连接，安装可靠。②全方位雾化控制技术。采用雾化技术和电磁阀来根据刹车片温度的不同来控制不同的水量，同时对水进行加压采用高压雾化对制动系统进行冷却，从而起到更好的降温效果;高压雾化后同时也解决了传统车辆特别是冬天在气温较低情况下冷却造成路面结冰的后顾之忧。③风、水冷调节系统。根据刹车轮毂温度，实施不同控制方式，轮毂达到一定温度需要降温时，首先风冷系统起作用，如果温度进一步升高，水冷系统同时参与工作以起到降温的效果。

二代产品的基础上增加车辆刹车系统数据库和车载刹车系统自检功能，可以实现多种车辆不同数据的信息数据对比，提高控制精度，控制系统具有自检功能，产生故障后以故障代码的形式提醒驾驶和维修人员。

①多种车辆刹车系统实验数据库。根据不同吨位的车辆，我们有详细的系统数据。根据我们多次测试实验得到了最佳的降温效果，后期将进一步联合制动器生产厂家，对数据口不断完善和更新，以适应更多的车型。比如：不同吨位车辆它的惯性也就不一样，刹车的距离会根据吨位的增大也会变长;刹车的频率和时长不同温度会不同，所用的水量参数也会不同。②车载刹车自检系统。针对水管安装密封不好，产生漏水现象;车辆行驶在泥泞道路，泥石覆盖在温度传感器上，造成温度温差等一系列装置问题我们自主开发了一套自检软件系统。如果有哪一个传感器出问题时由于我们有多个温度传感器进行温度对比，装置不会停止工作，不会对整个降温装置造成罢工状态，对车主有了更好安全保障。但自检系统会及时点亮故障灯，提醒车主进行保养维修。

三代产品的控制单元将执行数据与理论数据进行对比计算，对下次的风水量调节进行自适应调整，进一步提高控制精度，同时与EBS电子制动系统配合达到降温效果。

①EBS系统配合降温。通过联合EBS系统，如果风水冷系统降温还不足以满足降温要求，温度仍然较高，可将温度信号传递给EBS控制单元，通过降低汽车的行驶速度来降低温度，减少因刹车失灵导致交通事故的可能性。②翅片式风冷盘。通过增加制动系统零部件的散热面积，在风冷系统起作用时，使接触面积增大更快的降温提高散热效果。③自适应功能。高温预警冷却调节装置在多次起作用后，控制单元将相关数据进行对比计算，对下次的风水量调节进行自适应调整，确保下次的控制精度能够更加的精准。

本产品主要利用现有大型车辆制动系统，在其基础上加装一套水、风冷相结合的冷却装置，主要由检测装置、控制装置和执行机构三部分组成，检测装置主要由4个红外线传感器组成，用于检测刹车片的温度给控制单元提供信息，控制端元根据所提供的信息按照预先设定的程序按比例打开电磁阀，用电磁阀来控制冷却水量和风量以达到降温目的，其改装示意图如图2所示。

信号采集根据不同的制动力矩，通过传感器进行实时信息采集，经过多次测试实验得到最佳降温效果，对数据进行不断完善和更新，以适应更多的车型，达到最佳的冷却效果。设计的新型大型车辆刹车系统高温预警与冷却装置能根据不同的车型、车辆制动时的不同工况进行实时监测和高温后进行风水量调节降温，并且与车辆自身的EBS系统配合，在保证车辆安全行驶的情况下达到最佳制动系统降温效果，同时具备系统自检功能，通过蜂鸣和故障码的方式提醒驾驶和维修人员系统的存在的问题。从根本上解决了目前市场上大型车辆对于制动系统降温方面的各种弊端。

4  结论

因此基于传统的刹车片冷却装置存在智能化低、稳定性差、使用范围受限，冬季水冷制动造成路面结冰等缺点，在符合国家法律法规和车辆安全改装保证行车安全的前提条件下，在大型车辆刹车系统上开发一套高温预警冷却装置可以从根本上有效的解决这一问题，通过对照国标、行标和国家法律法规的具体规定，大型车辆刹车系统高温预警冷却装置主要是在车辆原有基础上加装了一套装置，提高了车辆行驶的安全性能，该装置目前通过走访调研及性能测试均符合国家法律法规和安全性能相关规定，后期具有推廣的可行性，具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

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