红外线汽车刹车自动喷淋系统研究

侯涛，王政荣

（1.云南交通职业技术学院，云南 昆明 650000；2.云南汇通行汽车销售服务有限公司，云南 昆明 650000）

序言

近年来，发生多起大货车交通恶性事故，造成严重伤亡和损失。经交警调查，造成事故的主要原因除了肇事车辆超载外还有一个重要原因就车辆刹车制动鼓温度过高导致制动力衰退。

汽车制动系统是汽车行驶安全的一个重要保障。大、中型货车在道路运输过程中，由于载货质量大，动能也比较大，车辆所需刹车制动力的比较大，特别是在山区公路的连续坡道行驶过程中，因车辆下坡制动，使得制动鼓由于摩擦而产生热量，机械能转化为热能。一般正常情况下，车辆的制动鼓的温度不超过250°C，如较长时间连续刹车制动，制动鼓在短时间内温度迅速上升。当制动鼓温度过高，就容易烧坏刹车片表面，引起刹车片表面硬化，此后，刹车制动片的摩擦系数将明显下降，摩擦力大大降低，从而使汽车制动力急剧衰退，常常导致发生交通安全事故。

红外线汽车刹车自动淋水系统，是针对大、中型货车连续刹车制动产生高温导致制动力衰竭而研发的刹车制动鼓自动测温、控制和冷却的系统。该系统及时有效的解决了制动鼓喷淋降温的问题，保证了车辆的行驶安全。

1 系统结构原理

一般的车辆在行驶中的制动产生的瞬间温度就在250度左右，如果高速行驶状态下紧急制动稳定也就在350度左右，一般不会超过400度。当摩擦片的的工作温度不超过300°C时，制动鼓与摩擦片的摩擦因数稳定在0.3-0.4之间。当工作温度超过350°C后（因刹车片材料不同有较大差异），摩擦片里的有机化合物受热分解，所产生的气体和液体析出，并存在摩擦片和刹车鼓之间，起着润滑膜的作用，导致摩擦因数变小，制动力矩变小，制动力产生“热衰减”，制动效果急剧降低。普通刹车片在超过400～500度时一般会丧失制动性能。

汽车制动液的沸点应≥205℃。如果制动液超过沸点，在高温状态下，刹车油会汽化，在制动系统的管路里形成一个气泡，阻碍制动液流传动，降低系统有效压力，对制动力产生较大影响。

由此可见刹车制动鼓温度过高从两个方面影响着行车的安全。为有效的解决汽车刹车制动系统因制动鼓温度过高而导致刹车制动力热衰竭问题，人们普遍采用给汽车刹车轮毂淋水降温的方法，降低刹车制动鼓的温度，取的了显著的效果。然而，过去给汽车轮毂淋水降温采用手动控制淋水方法，常常因驾驶员集中精力驾驶，而未能及时开启淋水系统，使得刹车制动鼓温度过高，导致刹车制动力产生热衰退。或开启淋水系统后不能根据轮毂实际温度控制冷却淋水流量产生大量冷却水洒落路面，甚至在制动鼓温度处于正常工作温度时还未能及时关闭淋水阀，导致水流满地，造成路面湿滑，特别是冬季，路面易结冰，严重的影响了道路交通安全，造成了安全隐患。并且淋水长期侵蚀路面，会引起路面早期破损，给公路建设造成损失。

为了有效控制汽车刹车制动鼓温度，改善汽车刹车淋水系统冷却效果，减少刹车淋水对路面造成的不良影响。我们设计了“红外线汽车刹车自动淋水系统”。该系统采用红外线自动控制、雾化喷淋有效的解决了原有淋水装置的弊端，消除了由此带来的行车安全隐患，提高了车辆行驶安全，改善了道路交通状况。

1.1 系统的结构

红外线汽车刹车自动淋水系统主要由红外线传感器、控制器 ECU、电磁水阀、增压泵、流量控制阀、水位显示仪、喷淋管和储水箱等零部件组成。

图1 红外线刹车自动淋水系统结构示意图

红外线传感器：测量车辆刹车制动鼓工作温度，并将温度信号传送到温度控制器。

温度控制器：接收传感器发来的温度信号，设定控制温度。当温度达到控制温度时，控制器动作，接通控制电路，反之，将断开控制电路。并可进行温度报警警示。

电磁水阀：电磁阀控制的水阀。控制冷却淋水管路阀门的开启和关闭。

流量控制阀：控制喷淋水管路的流量大小。储水箱：储存喷淋系统的冷却水。

水位显示仪：显示淋水箱储存的水位。

增压泵：给喷淋水加压，以便雾化喷淋。

冷却水管及喷水嘴。水管输送冷却水。喷水嘴雾化、喷淋冷却水。

1.2 工作原理

红外线汽车刹车自动淋水系统，由红外线温度传感器检测汽车刹车制动鼓的温度，将传感器测到的温度信号传送给温度控制器，再由温度控制器设定刹车制动鼓的控制温度（如设定 150C°），并控制淋水系统电磁水阀和增压泵的开启。当红外线传感器检测的温度达到控制器设定温度时，控制器动作，接通控制电路，增压泵电路接通，电磁阀吸合、水阀开启，冷却喷淋水管路接通，喷淋水经增压泵、电磁水阀、流量控制阀流出，并经喷水嘴雾化喷淋到刹车制动鼓上，实现雾化喷淋降温，喷淋冷却水量可用流量阀调节，避免大量冷却水洒落路面。当刹车制动鼓温度降到设定温度之下时，红外线传感器及时测得温度信号，并传给温度控制器，温度控制器动作，断开控制电路，及时关闭电磁水阀、增压泵，完成刹车制动鼓喷淋降温的一次工作循环。因为采用自动控制及时关闭喷淋水开关，避免了不必要的继续淋水和大量未蒸发的冷却水流到路面上，也节约了车载冷却水。当车辆刹车鼓温度再次升高，达到设定温度时，该系统再次进行工作循环……不断循环往复，使刹车鼓温度始终处于控制温度之下，避免了汽车刹车制动鼓因温度过高导致制动力热衰退现象发生，保证了汽车的安全行驶。对道路交通安全通行产生积极的影响。

图2 红外线汽车刹车自动淋水系统原理图

增压泵主要是增加冷却水系统压力，便于喷水嘴充分雾化喷淋。增压泵的控制和电磁水阀同步，制动鼓需要喷淋降温时工作，不需要喷淋时停止工作。

为了能够及时准确的掌握冷却水的存储状况，本系统采用水位显示器，能实时监测，冷却水的储存量，以便保证车辆刹车制动系统的冷却水需要。

2 系统特点

红外线汽车刹车自动淋水系统，采用红外线传感器自动检测制动鼓工作温度并通过控制器自动控制冷却水喷淋，能及时有效控制车辆行驶时刹车制动鼓工作温度，避免了汽车刹车制动鼓温度过高导致的制动力热衰退现象发生，保证了汽车的安全行驶。

3 结束语

红外线汽车刹车自动淋水系统，根据红外线控制技术、电子电工技术和自动控制理论设计，具有较高的科学性、可行性和实用性，特别是对于云南山岭重丘的道路特点，具有广泛的实用性，较大的社会需要。

该研究项目在2016年参加了云南省大学生“挑战杯”创新大赛，获省赛银奖。受到参赛师生普遍好评，得到省教育厅、省人社厅、省科协、共青团省委等六部门组成的专家评委组的充分肯定，国土资源职业技术学院学报记者作了专门采访。

随着科学技术的进步，汽车控制理论与控制技术的发展，红外线汽车刹车自动喷淋系统将在实践中不断地丰富和发展，从不断创新走向不断成熟，也必将具有更加广阔的应用前景。