摘要：汽車剎車系統(tǒng)是保障車輛行駛安全的關(guān)鍵部件，其性能的穩(wěn)定性直接影響到駕駛的安全性。溫度和壓力作為影響剎車系統(tǒng)功能的兩個主要因素，長期以來在剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測試中受到廣泛關(guān)注，剎車系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中會經(jīng)歷溫度和壓力的劇烈變化，這些變化會導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低、組件磨損加劇，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)故障。因此，重點(diǎn)研究汽車剎車系統(tǒng)中溫度與壓力的影響及其測試方法，探討目前溫度與壓力測試技術(shù)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，提出優(yōu)化建議，進(jìn)而提高汽車安全性能。

關(guān)鍵詞：剎車系統(tǒng)；溫度測試；壓力測試

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2024-10-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.024

1 前言

剎車系統(tǒng)作為汽車安全的保障，其性能的穩(wěn)定性直接影響到駕駛安全，而汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步使得車輛的安全性要求日益提高，剎車系統(tǒng)的研究也逐漸從傳統(tǒng)的功能性測試向更加復(fù)雜、精準(zhǔn)的性能驗(yàn)證轉(zhuǎn)變。此過程中，溫度與壓力這兩個因素成為剎車系統(tǒng)性能研究中的關(guān)鍵變量，剎車過程中熱量的積累和壓力的變化會直接影響剎車效率，甚至導(dǎo)致剎車失效。

因此，本文就溫度與壓力測試方法及其對汽車剎車系統(tǒng)性能的影響展開探討，以期為剎車系統(tǒng)的性能認(rèn)證提供更加科學(xué)和準(zhǔn)確的理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。

2 汽車剎車系統(tǒng)的工作原理與性能

2.1 剎車系統(tǒng)的組成與工作原理

剎車系統(tǒng)作為車輛安全保障的核心組成部分，其通過精密的機(jī)械、液壓及電子元件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)車輛的減速與停止功能。剎車系統(tǒng)的基本組成包括制動器、制動液、主缸、液壓系統(tǒng)、制動盤、制動片等關(guān)鍵部件，各部件之間通過復(fù)雜的物理與化學(xué)反應(yīng)相互作用，共同確保剎車過程中的高效與安全。

剎車系統(tǒng)的工作原理基于力學(xué)中的摩擦原理與液壓傳輸原理，駕駛員通過踏下剎車踏板，激活主缸內(nèi)的液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生壓力并傳遞至制動器，進(jìn)而使制動盤與制動片之間產(chǎn)生摩擦，轉(zhuǎn)化車輛的動能為熱能，最終實(shí)現(xiàn)車輛的減速與停止。

此過程中，制動器中的摩擦片與制動盤之間的摩擦力通過復(fù)雜的材料性能和熱效應(yīng)相互作用，決定了剎車系統(tǒng)的有效性與穩(wěn)定性，且隨著剎車操作的進(jìn)行，系統(tǒng)中溫度與壓力的變化會對剎車效能產(chǎn)生影響，在長時間或高強(qiáng)度的剎車條件下，剎車液的溫度升高將導(dǎo)致氣泡產(chǎn)生或壓力不穩(wěn)定，從而降低制動效果[1]。

2.2 剎車系統(tǒng)的性能指標(biāo)

剎車系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括制動距離、制動響應(yīng)時間、熱衰退特性、摩擦因數(shù)、抗衰退能力及耐久性等。

制動距離是指剎車系統(tǒng)從車輛開始制動至完全停止所需的距離，反映了剎車系統(tǒng)在特定工作狀態(tài)下的制動能力。

制動響應(yīng)時間是指從駕駛員操作剎車踏板到系統(tǒng)實(shí)際開始制動所需的時間，通常受到液壓傳動系統(tǒng)、電子控制單元反應(yīng)速度及其與其他輔助系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力的影響。

熱衰退是指剎車系統(tǒng)在長時間或頻繁制動過程中因溫升導(dǎo)致的性能下降，系統(tǒng)在長時間高負(fù)荷運(yùn)行時，制動效果會受到摩擦材料熱衰退現(xiàn)象的影響，表現(xiàn)為制動效果明顯減弱，而抗衰退能力是指剎車系統(tǒng)在高溫環(huán)境下維持穩(wěn)定性能的能力。

摩擦因數(shù)則是評價剎車系統(tǒng)摩擦材料與制動盤之間相對滑動產(chǎn)生摩擦力的指標(biāo)，直接關(guān)系到剎車系統(tǒng)的制動效果與穩(wěn)定性。

耐久性指標(biāo)則關(guān)注剎車系統(tǒng)在長期使用后，特別是在復(fù)雜環(huán)境與高負(fù)荷下的磨損情況及其維/+dslFq0R2J2/vAR7Zro7eSdDuONUFtFx5jeE7emzTw=持正常功能的能力[2]。

3 溫度與壓力對剎車系統(tǒng)性能的影響

3.1 溫度變化對剎車系統(tǒng)的影響

剎車系統(tǒng)在工作過程中會經(jīng)歷顯著的溫度波動，在高強(qiáng)度或頻繁的制動條件下，制動盤、摩擦片及液壓系統(tǒng)中的各類組件的溫度迅速上升，這些溫度變化會直接影響摩擦材料的性能，還會引發(fā)一系列熱效應(yīng)，進(jìn)而影響剎車系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性與安全性。且隨著溫度的升高，摩擦片和制動盤之間的摩擦特性會發(fā)生變化，摩擦因數(shù)通常呈現(xiàn)下降趨勢，高溫狀態(tài)下，摩擦材料的軟化、熱膨脹及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，會導(dǎo)致摩擦性能衰減，從而延長制動距離或降低制動響應(yīng)效率。

過高的溫度還會導(dǎo)致摩擦材料的過度磨損，甚至出現(xiàn)材料的熱衰退或熱失效現(xiàn)象，進(jìn)而影響剎車系統(tǒng)的長期可靠性。制動液的溫度升高會降低其黏度，并導(dǎo)致氣泡的生成或氣化現(xiàn)象，會引發(fā)氣壓失效，嚴(yán)重時導(dǎo)致剎車系統(tǒng)的失靈。

3.2 壓力變化對剎車系統(tǒng)的影響

剎車系統(tǒng)中的壓力變化對其工作性能具有深遠(yuǎn)影響，特別是在液壓傳動機(jī)制中，壓力的波動直接關(guān)系到制動響應(yīng)的時效性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性。剎車系統(tǒng)的核心功能依賴于液壓介質(zhì)的壓力傳遞，當(dāng)其液壓壓力發(fā)生變化時，主要體現(xiàn)于制動盤與摩擦片之間的接觸力變化。

壓力不足時，制動器未能產(chǎn)生足夠的摩擦力，從而導(dǎo)致制動效果下降，延長制動距離，甚至出現(xiàn)剎車失靈的風(fēng)險；過高的壓力會導(dǎo)致制動器的過度壓緊，使摩擦材料過早磨損，甚至引發(fā)系統(tǒng)的過熱和變形。壓力波動還將引發(fā)液壓系統(tǒng)的非線性響應(yīng)，影響制動過程中的精確控制與動態(tài)穩(wěn)定性，在液壓系統(tǒng)中，壓力的波動還會對剎車液的傳遞效率產(chǎn)生影響。

液壓系統(tǒng)的有效性依賴于穩(wěn)定的液壓壓力，在長時間連續(xù)制動或高強(qiáng)度剎車的情境下，剎車液的溫度與壓力共同作用，會引發(fā)氣泡生成、液壓鎖死等現(xiàn)象，嚴(yán)重時導(dǎo)致剎車系統(tǒng)失效[3]。

3.3 溫度與壓力的聯(lián)合影響

溫度與壓力的聯(lián)合變化對系統(tǒng)性能的影響具有極其復(fù)雜的非線性特征。在實(shí)際工作環(huán)境中，溫度與壓力的變化往往是同步發(fā)生的，且相互作用、相互制約，共同決定了剎車系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。

兩者的聯(lián)合作用通常表現(xiàn)為熱膨脹效應(yīng)與液壓傳遞效率的相互作用，影響系統(tǒng)各個組件的摩擦特性與工作狀態(tài)，當(dāng)溫度升高時，剎車系統(tǒng)內(nèi)的液壓介質(zhì)會發(fā)生物理性質(zhì)的變化，液體的黏度降低，使得液壓系統(tǒng)的傳遞效率發(fā)生變化。同時，溫度的升高還會加劇摩擦材料的熱膨脹與摩擦系數(shù)的衰減，摩擦片與制動盤的接觸力隨之降低，制動效果減弱，而壓力的變化會放大該影響，壓力不足時，制動效果急劇下降；壓力過大時，導(dǎo)致制動器的過度磨損與熱失效。

在高溫與高壓的聯(lián)合作用下，液壓系統(tǒng)中的氣泡使液體的壓縮性增加，降低液壓系統(tǒng)的傳遞效率，甚至導(dǎo)致剎車響應(yīng)的延遲或失效。

4 溫度與壓力測試方法與技術(shù)

4.1 溫度測試方法

溫度的測量通常依賴于多種傳感器技術(shù)，其中最常用的為熱電偶、紅外測溫儀和光纖溫度傳感器等，選擇合適的測試技術(shù)有助于確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。熱電偶通過測量不同材料接觸點(diǎn)的電壓變化來推算溫度，能夠在較為嚴(yán)苛的環(huán)境條件下保持較高的測量精度。但其測量精度受外部干擾影響較大，在使用時需要注意傳感器的準(zhǔn)確定位與電氣噪聲的控制。

紅外測溫技術(shù)通過非接觸方式測量目標(biāo)物體的表面溫度，其原理基于物體輻射出的紅外線強(qiáng)度與溫度之間的關(guān)系，具有快速、無損的優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)的測量結(jié)果受表面材質(zhì)、表面光潔度以及環(huán)境干擾等因素的影響，測試中需對測量距離、角度及環(huán)境溫度進(jìn)行嚴(yán)格校準(zhǔn)。

光纖溫度傳感器則利用光纖的溫度依賴性特征進(jìn)行測量，具有優(yōu)異的抗電磁干擾能力和極高的空間分辨率，其在復(fù)雜或高溫環(huán)境中能夠提供連續(xù)的溫度分布圖像，適用于動態(tài)監(jiān)測，但該技術(shù)的高成本與安裝難度是其應(yīng)用的制約因素。

4.2 壓力測試方法

液壓系統(tǒng)的壓力波動直接關(guān)聯(lián)到制動器的響應(yīng)能力與穩(wěn)定性，常見的壓力測試方法包括壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器及光纖壓力傳感器等，每種技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性與適用場景。

壓阻式壓力傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的壓力測量工具，其工作原理基于壓力對導(dǎo)電材料電阻的影響。傳感器通過測量材料電阻的變化來推算壓力的大小，具有較高的靈敏度與較寬的測量范圍，用于對高頻率壓力波動的實(shí)時監(jiān)控。

電容式壓力傳感器則通過測量壓力引起的電容變化來獲得壓力值，具有較高的準(zhǔn)確度與較低的滯后響應(yīng)，能夠有效應(yīng)對快速變化的壓力環(huán)境，適用于在剎車系統(tǒng)的動態(tài)負(fù)荷下進(jìn)行長時間監(jiān)測。

光纖壓力傳感器是新興的高精度壓力測量技術(shù)，通過測量光纖內(nèi)光信號的強(qiáng)度變化，可以精確獲得所施加的壓力。光纖傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程、非接觸式測量，并且具有極高的抗電磁干擾能力，適用于惡劣環(huán)境下的壓力監(jiān)測。

4.3 聯(lián)合溫度與壓力測試的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

聯(lián)合溫度與壓力測試技術(shù)是對剎車系統(tǒng)進(jìn)行綜合性能評估的關(guān)鍵手段，能夠同時揭示溫度與壓力的耦合效應(yīng)及其對系統(tǒng)工作狀態(tài)的共同影響。在實(shí)際應(yīng)用中，溫度與壓力作為兩個獨(dú)立而相互關(guān)聯(lián)的物理變量，其變化是同步且交織的，僅依賴單一的溫度或壓力測量已無法全面反映剎車系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的真實(shí)表現(xiàn)。聯(lián)合測試技術(shù)的實(shí)施，要求采用多種傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)協(xié)同工作，以確保在嚴(yán)苛的測試環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的多參數(shù)監(jiān)測。溫度與壓力的聯(lián)合測試通常依托多維傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，在傳感器選擇上，熱電偶、紅外測溫儀與壓阻式、光纖式壓力傳感器等多種傳感器聯(lián)合使用，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部與外部溫度、液壓壓力的全方位監(jiān)控[4]。

5 汽車剎車系統(tǒng)產(chǎn)品認(rèn)證的優(yōu)化建議

5.1 提升認(rèn)證過程中的溫度與壓力測試精度

溫度與壓力作為影響剎車系統(tǒng)工作狀態(tài)的關(guān)鍵因素，其測試結(jié)果的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到系統(tǒng)在極端工況下的表現(xiàn)，為優(yōu)化測試精度，要求從傳感器選型、測量技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性提升[5]。

一4f1f4e478713e89ff05e144ca6a3b761方面，傳感器的精度與穩(wěn)定性是測試結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)，針對溫度與壓力的測量，應(yīng)優(yōu)先選擇具有高精度、低滯后響應(yīng)及較強(qiáng)抗干擾能力的傳感器。而選用傳感器時，需綜合考慮其量程、響應(yīng)速度、長期穩(wěn)定性與環(huán)境適應(yīng)性，確保能夠在高溫、高壓等苛刻條件下依然保持精準(zhǔn)的測量能力。

另一方面，為了確保傳感器與測量設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性，應(yīng)定期進(jìn)行校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償，采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)設(shè)備和嚴(yán)密的校準(zhǔn)流程，可以有效消除由于設(shè)備偏差導(dǎo)致的測量誤差。同時利用誤差分析技術(shù)對測試結(jié)果進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，采取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)校正措施，提高測試精度。

5.2 完善溫度與壓力測試標(biāo)準(zhǔn)

溫度與壓力測試標(biāo)準(zhǔn)的完善有助于提升剎車系統(tǒng)性能驗(yàn)證的科學(xué)性與規(guī)范性，通過明確測試的范圍、方法與精度要求，能夠有效規(guī)范剎車系統(tǒng)在各種工作條件下的性能評估，為產(chǎn)品認(rèn)證提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。在標(biāo)準(zhǔn)的完善過程中，應(yīng)關(guān)注測試環(huán)境與工況的多樣性與代表性，現(xiàn)實(shí)中的剎車系統(tǒng)常常面臨溫度、壓力及負(fù)荷等因素的交替變化。

新的測試標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)涵蓋高溫、高壓、長時間制動等極端條件下的測試要求，并應(yīng)當(dāng)全力模擬實(shí)際使用場景，考慮剎車系統(tǒng)在不同道路條件、氣候變化及駕駛習(xí)慣下的表現(xiàn)，以確保認(rèn)證結(jié)果具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。同時，溫度與壓力測試的精度要求應(yīng)當(dāng)更加嚴(yán)格且具體，應(yīng)依據(jù)剎車系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，制定更為嚴(yán)苛的精度標(biāo)準(zhǔn)，并明確規(guī)定不同測試階段的精度要求。

5.3 與行業(yè)技術(shù)發(fā)展同步認(rèn)證方法

傳統(tǒng)的認(rèn)證流程與標(biāo)準(zhǔn)滯后于技術(shù)發(fā)展的步伐，難以充分反映新型剎車系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的真實(shí)表現(xiàn)，為確保認(rèn)證體系的前瞻性與科學(xué)性，必須及時調(diào)整認(rèn)證方法，使其與行業(yè)技術(shù)的演進(jìn)保持高度一致，確保產(chǎn)品能夠在不斷變化的市場與技術(shù)環(huán)境中保持競爭力。

具體而言，同步于行業(yè)技術(shù)發(fā)展的認(rèn)證方法應(yīng)當(dāng)聚焦于智能化與自動化剎車系統(tǒng)的特殊需求，隨著電子控制系統(tǒng)、自動駕駛技術(shù)及車輛網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，現(xiàn)代剎車系統(tǒng)應(yīng)融合多種先進(jìn)的電子控制、傳感器與計(jì)算平臺。認(rèn)證方法必須引入智能測試設(shè)備，模擬智能化剎車系統(tǒng)在實(shí)際駕駛過程中遇到的各種復(fù)雜情況，并對其系統(tǒng)響應(yīng)、故障自診斷及冗余功能等進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。同時，剎車系統(tǒng)的認(rèn)證過程應(yīng)當(dāng)融入對數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議兼容性以及信息安全性的考核，確保剎車系統(tǒng)在高壓、復(fù)雜的工作環(huán)境中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并防范因數(shù)據(jù)延遲或傳輸中斷引發(fā)的安全隱患。

6 結(jié)語

本文明確了溫度與壓力對汽車剎車系統(tǒng)性能的深遠(yuǎn)影響，討論了溫度與壓力變化如何通過相互作用影響剎車系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性與安全性。通過分析溫度與壓力的聯(lián)合作用，揭示了其對剎車系統(tǒng)各部件如摩擦材料、液壓介質(zhì)及控制系統(tǒng)的綜合影響。因此，應(yīng)加強(qiáng)溫度與壓力測試的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)化測試方法，提升測試精度，以更好地適應(yīng)日益復(fù)雜的技術(shù)需求和市場環(huán)境，從而為剎車系統(tǒng)的安全性與可靠性提供更加科學(xué)與全面的保障。

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作者簡介：

謝潤媛，女，1993年生，助理工程師，研究方向?yàn)榻煌ú堪踩_(dá)標(biāo)檢測、工信部強(qiáng)制性檢驗(yàn)檢測。