namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2024-1-76-82.nami-314Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTСпособ контроля теплонагруженности тормозных механизмов при влиянии нагрузочных режимов автоматизированной тормозной системыMethod of brake mechanisms thermal load control under the influence of automated braking system load modesДыгалоВ. Г.DygaloV. G.

Дыгало Владислав Геннадиевич – д-р техн. наук, доцент

Московская обл., г. Мытищи 141005

Dygalo V.G. – D.Sc. (Eng), associate professor

Moscow region, Mytishchi 141005

vladislav.dygalo@gmail.comЖуковИ. С.ZhukovI. S.

Жуков Илья Сергеевич – соискатель

Московская обл., г. Мытищи 141005

Zhukov I.S. – applicant

Moscow region, Mytishchi 141005

Мытищинский филиал МГТУ им. Н.Э. БауманаРоссияMytishchi branch of Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202428032024017682Copyright © Дыгало В.Г., Жуков И.С., 20242024Дыгало В.Г., Жуков И.С.Dygalo V.G., Zhukov I.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/314

Введение (постановка задачи и актуальность). Большая часть кинетической энергии автомобиля с антиблокирочной системой (АБС) гасится за счёт работы трения в тормозном механизме. Помимо функции АБС, автоматизированная тормозная система реализует множество функций активной безопасности и систем помощи водителю, используя в качестве исполнительного механизма штатные тормозные механизмы. Перегрев тормозного механизма, а именно его пар трения, приводит к возникновению явления критического фединга, сопровождающегося резким снижением тормозного момента. Уменьшение влияния данного явления – очень сложная задача как с точки зрения учёта стоимости тормозного механизма, так и его минимального усложнения. Предложенная методика позволяет оценить влияние работы различных систем активной безопасности и помощи водителю на теплонагруженность тормозных механизмов, а также рассмотрена перспектива её увеличения при создании новых конструкций транспортных средств.Цель исследования – повышение надёжности тормозных механизмов, стабильности тормозных характеристик путём совершенствования методики расчёта и уменьшения теплонагруженности тормозных механизмов колёсных транспортных средств, оснащённых автоматизированной тормозной системой.Методология и методы. В работе проводились теоретические и экспериментальные исследования. В теоретическом исследовании основной расчётный инструмент – метод конечных элементов (МКЭ) с использованием лицензионных программных комплексов Abaqus CAE и SolidWorks Simulink.Результаты и научная новизна. Создана методика оценки теплонагруженности тормозных механизмов автомобилей, оснащённых автоматизированной тормозной системой. В разработанной методике расчёта учитывается увеличение доли кинетической энергии автомобиля, гасящейся в тормозном механизме автомобиля, оснащённого функциями различных подсистем.Практическая значимость. Применение разработанной комплексной методики расчёта с любыми комплексами теплового расчёта на основе МКЭ позволит разработчику тормозной системы на стадии проектирования сократить затраты на промежуточные испытания на теплонагруженность, при этом будет учтено влияние функциональных подсистем автоматизированной тормозной системы. Применение предлагаемого усовершенствования системы контроля и управления автоматизированной тормозной системы снизит вероятность возникновения такого явления, как фединг

Introduction (problem statement and relevance). Most of the kinetic energy of a vehicle equipped with an anti-lock braking system (ABS) is damped due to friction work in the brakes. Besides the ABS function, the automated braking system implements a lot of functions of active safety and driver assistance systems by using regular service brake mechanisms as an actuator. Overheating of brakes, namely of their friction pairs, leads to the phenomenon of critical fading, which is accompanied by a sharp decrease in braking torque. Reducing the impact of this phenomenon is a very difficult task in terms of both taking into account the cost of the braking mechanism and its minimum complexity. The proposed procedure makes it possible to assess the influence of operation of various active safety and driver assistance systems on the thermal load of the brake mechanisms. The prospect of its expansion when creating new vehicle designs is also covered.The purpose of the study is to increase the reliability of brake mechanisms, braking characteristics stability by improvement of the procedure for calculation and reduction of the brake mechanism thermal load of the wheeled vehicles equipped with the automated brake system.Methodology and research methods. Theoretical and experimental studies were conducted in the paper. In the theoretical study, the main computational tool is the finite element method (FEM) with using of licensed software packages Abaqus CAE and SolidWorks Simulink.Scientific novelty and results. The thermal load estimation procedure for brake mechanisms of vehicles that are equipped with an automated brake system has been created. The calculation procedure developed takes into account the increase in the proportion of the vehicle kinetic energy that is extinguished in the brake mechanism of the vehicle equipped with different subsystem functions.Practical significance. Application of the developed complex calculation procedure with any thermal calculation complexes on the FEM basis will allow brake system developers to reduce the costs for intermediate tests for thermal load at the design stage, and upon that, the influence of functional subsystems of the automated brake system will be taken into account. Application of the suggested improvement of the monitoring and control systems for the automated brake system will reduce the probability of fading phenomenon occurrence.

антиблокировочная систематормозной механизмтеплонагруженностьфедингавтоматизированная тормозная системасистема стабилизацииanti-lock braking systembrake mechanismthermal loadfadingautomated brake systemstabilization systemReferencesАвтомобильный справочник Bosch. Пер. с англ. / 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ООО «Книжное издательство «За рулём», 2012. – 1280 с.[Bosch car guide. Transl. from English. 3rd ed., revised. and additional]. Moscow, LLC “Knizhnoe izdatel’stvo “Za rulem” Publ., 2012. 1280 p. (In Russian)Дыгало В.Г., Жуков И.С. Методика оценки термонагруженности тормозного механизма грузового автомобиля / Безопасность колёсных транспортных средств в условиях эксплуатации: материалы 110-й Международной научно-технической конференции, Иркутск, 2–4 июня 2021 г. – Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2021. – С. 207–215.Dygalo V.G., Zhukov I.S. [Methodology for assessing the thermal load of a truck brake mechanism]. [Safety of wheeled vehicles under operating conditions: papers of the 110th International Scientific and Technical Conference, Irkutsk, June 2–4, 2021]. Irkutsk, Irkutskiy natsional’nyy issledovatel’skiy tekhnicheskiy universitet Publ., 2021, pp. 207–215. (In Russian)Дыгало В.Г., Жуков И.С. Оценка тепловой нагруженности пар трения автоматизированной тормозной системы автомобиля / Прогресс транспортных средств и систем – 2018: материалы междунар. науч.- практ. конф. (г. Волгоград, 9–11 октября 2018 г.) / редкол.: И.А. Каляев, Ф.Л. Черноусько, В.М. Приходько [и др.]; ВолгГТУ, РФФИ, «ФНПЦ «Титан–Баррикады». – Волгоград, 2018. – C. 103–105.Dygalo V.G., Zhukov I.S. [Assessment of the thermal load of friction pairs of an automated vehicle braking system]. [Progress of vehicles and systems – 2018: materials of the international. scientific-practical conf. (Volgograd, October 9–11, 2018). Editorial board: I.A. Kalyaev, F.L. Chernousko, V.M. Prikhodko et al.; Volgograd State Technical University, Russian Foundation for Basic Research, “FSPC “Titan-Barricades”]. Volgograd, 2018, pp. 103–105. (In Russian)Джанахмедов А.Х., Вольченко А.И., Криштопа С.И., Стадник О.Б. Энергонагруженность фрикционных узлов тормозных устройств при различных режимах их испытаний // Вестник Азербайджанской Инженерной Академии. – 2015. – Т. 7. – № 4. – С. 18–35.Dzhanakhmedov A.Kh., Vol’chenko A.I., Krishtopa S.I., Stadnik O.B. [Energy load of friction units of brake devices under various test modes]. Vestnik Azerbaydzhanskoy Inzhenernoy Akademii, 2015, vol. 7, no. 4, pp. 18–35. (In Russian)Limpert R. Brake Design and Safety / 3rd ed. – S.A.E. International, U.S.A., 2011. – 415 p.Limpert R. Brake Design and Safety. 3rd ed. S.A.E. International, U.S.A., 2011. 415 p.Adamowicz A., Grzes P. Finite element analysis of thermal stresses in a pad-disc brake system (a review) // Acta mechanica et automatica. – 2013. – V. 7. – No. 4. – P. 191–195. DOI: 10.2478/ama-2013-0032.Adamowicz A., Grzes P. Finite element analysis of thermal stresses in a pad-disc brake system (a review). Acta mechanica et automatic, 2013, vol. 7, no. 4, pp. 191– 195. DOI: 10.2478/ama-2013-0032.Orthwein W.C. Clutches and brakes. Design and selection / Second edition. – New York: Basel, 2004. – 337 p.Orthwein W.C. Clutches and brakes. Design and selection. Second edition. New York: Basel, 2004. 337 p.Emery A.F. Measured and predicted temperatures of automotive brakes under heavy or continuous braking // SAE Transactions. – 2003. – V. 112. – P. 2338–45.Emery A.F. Measured and predicted temperatures of automotive brakes under heavy or continuous braking. SAE Transactions, 2003, vol. 112, pp. 2338–45.Буше Н.А. Трение, износ и усталость в машинах (Транспортная техника): учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1987. – 223 с.Bushe N.A. [Friction, wear and fatigue in machines (Transportation technology): textbook for universities]. Moscow, Transport Publ., 1987. 223 p. (In Russian)Jonner W.-D., Winner H., Dreilich L., Schunck E. Electrohydraulic brake system – The first approach to brake-by-wire technology // SAE Transactions. – 1996. – V. 105. – P. 1368–75.Jonner W.-D., Winner H., Dreilich L., Schunck E. Electrohydraulic brake system – The first approach to brake-by-wire technology. SAE Transactions, 1996, vol. 105, pp. 1368–75.Анфиногенов С.Б., Балакин В.А. Тепловой расчёт тормозов самолётов // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. – 2004. – № 3 (16). – С. 27–32.Anfinogenov S.B., Balakin V.A. [Thermal calculation of aircraft brakes]. Vestnik GGTU im. P.O. Sukhogo, 2004, no. 3 (16), pp. 27–32. (In Russian)Lee K. Numerical prediction of brake fluid temperature rise during braking and heat soaking / International Congress and Exposition Detroit, Michigan March 1–4, 1999 // SAE Technical Papers Series. – 1999.Lee K. Numerical prediction of brake fluid temperature rise during braking and heat soaking. International Congress and Exposition Detroit, Michigan March 1–4, 1999. SAE Technical Papers Series, 1999.Voloaca S., Fratila G. Concerns regarding temperature distribution obtained by experiments and finite element analyses for types of brake discs // U.P.B. Sci, Bull., Series D. – 2012. – V. 74. – Iss. 3. – P. 33.Voloaca S., Fratila G. Concerns regarding temperature distribution obtained by experiments and finite element analyses for types of brake discs. U.P.B. Sci, Bull., Series D, 2012, vol. 74, iss. 3, p. 33.Mackin T.J., Noe S.C., Ball K.J. et al. Thermal cracking in disc brakes // Engineering Failure Analysis 9. – 2002. – No. 1. – P. 63–76. DOI: 10.1016/S1350-6307(00)00037-6.Mackin T.J., Noe S.C., Ball K.J. et al. Thermal cracking in disc brakes. Engineering Failure Analysis 9, 2002, no. 1, pp. 63–76. DOI: 10.1016/S1350-6307(00)00037-6.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.