紅外線汽車剎車自動噴淋系統(tǒng)研究

侯濤，王政榮

（1.云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650000；2.云南匯通行汽車銷售服務(wù)有限公司，云南 昆明 650000）

序言

近年來，發(fā)生多起大貨車交通惡性事故，造成嚴(yán)重傷亡和損失。經(jīng)交警調(diào)查，造成事故的主要原因除了肇事車輛超載外還有一個重要原因就車輛剎車制動鼓溫度過高導(dǎo)致制動力衰退。

汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛安全的一個重要保障。大、中型貨車在道路運輸過程中，由于載貨質(zhì)量大，動能也比較大，車輛所需剎車制動力的比較大，特別是在山區(qū)公路的連續(xù)坡道行駛過程中，因車輛下坡制動，使得制動鼓由于摩擦而產(chǎn)生熱量，機械能轉(zhuǎn)化為熱能。一般正常情況下，車輛的制動鼓的溫度不超過250°C，如較長時間連續(xù)剎車制動，制動鼓在短時間內(nèi)溫度迅速上升。當(dāng)制動鼓溫度過高，就容易燒壞剎車片表面，引起剎車片表面硬化，此后，剎車制動片的摩擦系數(shù)將明顯下降，摩擦力大大降低，從而使汽車制動力急劇衰退，常常導(dǎo)致發(fā)生交通安全事故。

紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)，是針對大、中型貨車連續(xù)剎車制動產(chǎn)生高溫導(dǎo)致制動力衰竭而研發(fā)的剎車制動鼓自動測溫、控制和冷卻的系統(tǒng)。該系統(tǒng)及時有效的解決了制動鼓噴淋降溫的問題，保證了車輛的行駛安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

一般的車輛在行駛中的制動產(chǎn)生的瞬間溫度就在250度左右，如果高速行駛狀態(tài)下緊急制動穩(wěn)定也就在350度左右，一般不會超過400度。當(dāng)摩擦片的的工作溫度不超過300°C時，制動鼓與摩擦片的摩擦因數(shù)穩(wěn)定在0.3-0.4之間。當(dāng)工作溫度超過350°C后（因剎車片材料不同有較大差異），摩擦片里的有機化合物受熱分解，所產(chǎn)生的氣體和液體析出，并存在摩擦片和剎車鼓之間，起著潤滑膜的作用，導(dǎo)致摩擦因數(shù)變小，制動力矩變小，制動力產(chǎn)生“熱衰減”，制動效果急劇降低。普通剎車片在超過400～500度時一般會喪失制動性能。

汽車制動液的沸點應(yīng)≥205℃。如果制動液超過沸點，在高溫狀態(tài)下，剎車油會汽化，在制動系統(tǒng)的管路里形成一個氣泡，阻礙制動液流傳動，降低系統(tǒng)有效壓力，對制動力產(chǎn)生較大影響。

由此可見剎車制動鼓溫度過高從兩個方面影響著行車的安全。為有效的解決汽車剎車制動系統(tǒng)因制動鼓溫度過高而導(dǎo)致剎車制動力熱衰竭問題，人們普遍采用給汽車剎車輪轂淋水降溫的方法，降低剎車制動鼓的溫度，取的了顯著的效果。然而，過去給汽車輪轂淋水降溫采用手動控制淋水方法，常常因駕駛員集中精力駕駛，而未能及時開啟淋水系統(tǒng)，使得剎車制動鼓溫度過高，導(dǎo)致剎車制動力產(chǎn)生熱衰退。或開啟淋水系統(tǒng)后不能根據(jù)輪轂實際溫度控制冷卻淋水流量產(chǎn)生大量冷卻水灑落路面，甚至在制動鼓溫度處于正常工作溫度時還未能及時關(guān)閉淋水閥，導(dǎo)致水流滿地，造成路面濕滑，特別是冬季，路面易結(jié)冰，嚴(yán)重的影響了道路交通安全，造成了安全隱患。并且淋水長期侵蝕路面，會引起路面早期破損，給公路建設(shè)造成損失。

為了有效控制汽車剎車制動鼓溫度，改善汽車剎車淋水系統(tǒng)冷卻效果，減少剎車淋水對路面造成的不良影響。我們設(shè)計了“紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)”。該系統(tǒng)采用紅外線自動控制、霧化噴淋有效的解決了原有淋水裝置的弊端，消除了由此帶來的行車安全隱患，提高了車輛行駛安全，改善了道路交通狀況。

1.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)主要由紅外線傳感器、控制器 ECU、電磁水閥、增壓泵、流量控制閥、水位顯示儀、噴淋管和儲水箱等零部件組成。

圖1 紅外線剎車自動淋水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

紅外線傳感器：測量車輛剎車制動鼓工作溫度，并將溫度信號傳送到溫度控制器。

溫度控制器：接收傳感器發(fā)來的溫度信號，設(shè)定控制溫度。當(dāng)溫度達(dá)到控制溫度時，控制器動作，接通控制電路，反之，將斷開控制電路。并可進(jìn)行溫度報警警示。

電磁水閥：電磁閥控制的水閥?？刂评鋮s淋水管路閥門的開啟和關(guān)閉。

流量控制閥：控制噴淋水管路的流量大小。儲水箱：儲存噴淋系統(tǒng)的冷卻水。

水位顯示儀：顯示淋水箱儲存的水位。

增壓泵：給噴淋水加壓，以便霧化噴淋。

冷卻水管及噴水嘴。水管輸送冷卻水。噴水嘴霧化、噴淋冷卻水。

1.2 工作原理

紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)，由紅外線溫度傳感器檢測汽車剎車制動鼓的溫度，將傳感器測到的溫度信號傳送給溫度控制器，再由溫度控制器設(shè)定剎車制動鼓的控制溫度（如設(shè)定 150C°），并控制淋水系統(tǒng)電磁水閥和增壓泵的開啟。當(dāng)紅外線傳感器檢測的溫度達(dá)到控制器設(shè)定溫度時，控制器動作，接通控制電路，增壓泵電路接通，電磁閥吸合、水閥開啟，冷卻噴淋水管路接通，噴淋水經(jīng)增壓泵、電磁水閥、流量控制閥流出，并經(jīng)噴水嘴霧化噴淋到剎車制動鼓上，實現(xiàn)霧化噴淋降溫，噴淋冷卻水量可用流量閥調(diào)節(jié)，避免大量冷卻水灑落路面。當(dāng)剎車制動鼓溫度降到設(shè)定溫度之下時，紅外線傳感器及時測得溫度信號，并傳給溫度控制器，溫度控制器動作，斷開控制電路，及時關(guān)閉電磁水閥、增壓泵，完成剎車制動鼓噴淋降溫的一次工作循環(huán)。因為采用自動控制及時關(guān)閉噴淋水開關(guān)，避免了不必要的繼續(xù)淋水和大量未蒸發(fā)的冷卻水流到路面上，也節(jié)約了車載冷卻水。當(dāng)車輛剎車鼓溫度再次升高，達(dá)到設(shè)定溫度時，該系統(tǒng)再次進(jìn)行工作循環(huán)……不斷循環(huán)往復(fù)，使剎車鼓溫度始終處于控制溫度之下，避免了汽車剎車制動鼓因溫度過高導(dǎo)致制動力熱衰退現(xiàn)象發(fā)生，保證了汽車的安全行駛。對道路交通安全通行產(chǎn)生積極的影響。

圖2 紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)原理圖

增壓泵主要是增加冷卻水系統(tǒng)壓力，便于噴水嘴充分霧化噴淋。增壓泵的控制和電磁水閥同步，制動鼓需要噴淋降溫時工作，不需要噴淋時停止工作。

為了能夠及時準(zhǔn)確的掌握冷卻水的存儲狀況，本系統(tǒng)采用水位顯示器，能實時監(jiān)測，冷卻水的儲存量，以便保證車輛剎車制動系統(tǒng)的冷卻水需要。

2 系統(tǒng)特點

紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)，采用紅外線傳感器自動檢測制動鼓工作溫度并通過控制器自動控制冷卻水噴淋，能及時有效控制車輛行駛時剎車制動鼓工作溫度，避免了汽車剎車制動鼓溫度過高導(dǎo)致的制動力熱衰退現(xiàn)象發(fā)生，保證了汽車的安全行駛。

3 結(jié)束語

紅外線汽車剎車自動淋水系統(tǒng)，根據(jù)紅外線控制技術(shù)、電子電工技術(shù)和自動控制理論設(shè)計，具有較高的科學(xué)性、可行性和實用性，特別是對于云南山嶺重丘的道路特點，具有廣泛的實用性，較大的社會需要。

該研究項目在2016年參加了云南省大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)新大賽，獲省賽銀獎。受到參賽師生普遍好評，得到省教育廳、省人社廳、省科協(xié)、共青團(tuán)省委等六部門組成的專家評委組的充分肯定，國土資源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報記者作了專門采訪。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車控制理論與控制技術(shù)的發(fā)展，紅外線汽車剎車自動噴淋系統(tǒng)將在實踐中不斷地豐富和發(fā)展，從不斷創(chuàng)新走向不斷成熟，也必將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。