山区道路车辆制动过热故障的主动冷却技术设计

摘要：在长坡连续制动这样的特殊工况之下，山区道路行驶车辆的制动系统很容易出现热衰退状况，产生制动失效、交通事故频繁发生之类的严重情况。想要彻底化解制动过热的难题。文章从热力学特性的角度来着手研究，全面探究制动系统散热不佳的原因，把主动冷却观念融入其中，给出包括风冷、液冷和智能控制系统在内的复合冷却手段。这项成果对于改善制动安全性、保护山区行车安全有着颇为现实的意义及工程价值。

山区交通网络不断健全，车辆通行数量不断增长，制动过热导致的安全事故成为山区道路行车的重大隐患。传统制动冷却方式在长坡、频繁制动等工况下效果不佳，难以保障行车安全。要破解这一难题，就要更新制动冷却技术，文章依照山区道路车辆制动系统运行特性，探究主动冷却技术，力求给改善山区行车安全性给予切实可行的解决方法。

一、山区道路环境下制动过热问题分析

（一） 复杂地形下制动系统热负荷的累积效应研究

山区道路存在坡度大、转弯多、上下落差大等常见地形特点，车辆长期依靠制动器维持速度控制。在不断下坡过程中，制动系统经常承受较大负荷，摩擦副产生很多热量且难以及时散发，很容易造成刹车片与制动盘上热量堆积。山区海拔较高，空气稀薄，环境对流换热效果显著降低，制动系统的被动散热能力大幅下降。当车速较快时，高温致使制动材料热衰减曲线陡然下滑，摩擦系数下降，制动力明显不够，严重时会出现制动失灵或者刹车片被烧坏等现象，形成严重的行车安全隐患。

（二） 传统冷却结构难以有效应对热积聚问题

传统车辆制动系统大多依靠结构本体的自然对流或者机械通风盘来散热，受制于设计空间和热传导效率，很难应对山区复杂环境下的高强度制动需求，通风盘自身散热能力在连续制动时会逐渐饱和。热量持续积累却无法散发出去，造成制动盘热膨胀变形、热应力集中，进而加重摩擦不稳定状况，有些车辆虽然有冷却风道，但因为风向控制不准或者风量不够，冷却效果很有限，刹车片材料即便具有一定的高温承受力，也难以抵挡长时间的高热冲击，于是就形成了“热累积—热衰减—制动性能下降”的恶性循环。

（三） 驾驶操作对制动热负荷的非线性效应研究

山区道路行驶中，驾驶员操作方式对制动系统热负荷影响很大。长坡下行时频繁使用脚制动而不是发动机制动，使制动系统一直承受热应力，频繁急弯路段突然刹车加重制动系统瞬时热负荷，造成热量集中。连续制动时，驾驶员往往忽略热衰退警报信号，缺少对热极限边界的认识和控制意识，加剧制动系统热疲劳损害。不同驾驶风格带来的制动频次差别，致使车辆即使结构相同，在热积累程度和冷却能力表现上也存在很大差别，加大了技术应对方案设计难度。

二、主动冷却技术在山区车辆制动系统中的集成设计

（一） 基于风流导控的主动式空气冷却装置设计

在制动系统附近布置可控风流导管，形成与车速联动的风道引导体系，从而提升制动盘与外部空气之间的换热效果。在导风系统的设计过程中，需要全面考量制动盘周围的空间布局、气流通道的方向以及风压的稳定程度，利用流体动力学仿真技术来改善风口的尺寸和位置，保证气流能够精确抵达高温区域。风扇可选用电控变速风机，依据制动温度的变化来调节风量的大小，达成冷热反馈的循环控制。面对复杂的山区路况时，风扇应当具备防尘、抗震等性能，在崎岖环境当中保持稳定运转。 空气冷却系统反应迅速，结构简易，维修方便，成为山区车型冷却系统集成的关键模块，特别适合于对车重要求不高的中型客车、轻型货车等车型。在风道内部添加导流鳍片，改善气流组织，削减紊流损失，利用温度传感器随时检测，智能调节风流途径，从而加强冷却装置的整体性能。

（二）  高热工况下制动液循环冷却系统集成化设计

针对频繁热衰减工况下的热量传导效率不足，可以在制动系统里嵌入高效液冷装置，做到主动散热并调节热平衡。该系统主要包含高导热的散热器、液冷循环泵、控温传感器以及智能控制单元，形成完整的热流闭环循环体系。在系统运作期间，冷却液会通过导热管路包裹制动钳或者制动盘的热源区域，依靠泵循环带走热量，然后经过散热器执行高效的降温处理。温控器会依照即时的热数据来改变液泵的转速，从而保证系统始终处在热力最佳状态。冷却液最好选用高沸点、低腐蚀性的材质，这样可以应对高频热交换和复杂道路状况，同风冷相比，液冷系统具备更强的适配性，控温也更精确，很适合重型货车和大型客运车辆在超长下坡路段连续制动时的散热需求，防止制动系统因为过热而出现性能骤降或者结构损坏。

（三）  制动温升的智能控制模块动态干预策略

在主动冷却系统技术集成时，控制模块成为“感知—判断—执行”的关键，把红外热成像或者热电偶温度传感器布置在制动器的关键热区域，采集温度变化的信号，利用嵌入式控制单元做数据融合处理。系统依照预先设置好的温控阈值，自动开启风扇或者液冷泵，达成制动热管理的智能化。控制系统内部设有动态算法模型，可以依照不同的坡度、车速以及载荷情况来预测制动热量变化的趋势，提前调节冷却参数，形成“预防型”的降温策略。控制界面可以整合到车载中控屏幕上，随时显示制动温度曲线和系统运行状况，从而改善驾驶员对制动安全的认知和应对能力。系统要具备自学习和参数优化的功能，可以按照车辆使用的过往记录和驾驶者的习惯逐步改进控制逻辑，进一步提升主动冷却系统的反应灵敏程度和能效水平。

（四）  制动系统热防护与结构耐热优化协同设计

要达成主动冷却技术在山区车辆上的高效运用，就要在冷却结构之外，对制动系统的耐热性展开本体优化，选择具有高热稳定性的陶瓷复合材料或者碳纤维基摩擦材料，提升刹车片和制动盘在高温环境下的摩擦维持能力和形状稳定性，这是制动抗热衰退的基本条件。也要优化制动盘的通风孔设计和散热肋结构，增大对流面积，加大空气扰动程度，以增强被动散热能力。制动钳的结构应采用多点受力形式，而且要用隔热衬垫，隔断热量传向液压系统，防止液压油沸腾。 设计阶段就开展热力耦合分析，针对各种工况下热应力分布展开仿真，找出可能的疲劳破坏区域并加以加固处理，还要兼顾冷却系统集成的空间需求、车身布局以及维护方便性，达成主动冷却系统和制动本体结构高度融合的目的，构建起系统层面抗热衰退能力协同提升的高性能制动方案。

结束语： 山区道路独有的地形以及运行工况，使得车辆制动系统必须要拥有高效的热管理能力。主动冷却技术采用风冷、液冷、智能控制等多种方式相结合，来对制动过热故障实施精准干预并持续保障。日后应当进一步提升冷却系统的轻量化设计与能效优化，并推动其在智能网联及新能源汽车中适配使用，从而整体上改善山区道路交通安全状况。