不断变化的车辆世界中的摩擦制动

摩擦在当前范式转变中的作用

交通运输是社会上最重要和不断增长的部门之一，正在经历相当大的发展和变化. 在不久的将来，我们将迎来自动驾驶交通的时代(SAE制动研讨会21分论坛). 也, 随着汽车成为与互联网“连接”的嵌入式系统，并使用不同的应用程序来提高功能和安全性，汽车的角色发生了重大变化. 结合“电气化”, 人工智能(AI), 包括机器学习(MI), 它们的性能正在不断提高(SAE制动专题讨论会22).

还有正在进行的激烈讨论 制动 未来的交通工具. 一些团体预测，这一现象将完全消失 摩擦制动器相信“工作可以完成”的人 再生制动，将车辆的动能转化为电流. 也有一些观点支持“有必要” 摩擦制动器 (基础制动)”与再生制动能力相结合，既能保证效率，又能保证安全, 但也因为客观的论点，目前设计的再生制动系统不能够运行(功能)在高速和低速, 能量条件, 或者要求高减速和低减速. 在这些场景中, “绿色”和“摩擦”刹车, 分别, 必须“沟通”以提供驾驶员所需的最佳性能, 自治系统, 或者两者的结合.

目前的车辆大多使用大量的电子设备, 能够感知, 向控制电脑/互联网提供信息, 然后提供必要的指示，以启动并提供适当的响应, or, 简而言之, 优化制动(和整车)操作/性能. 这些“电气化过程”是当前“指数增长的开发努力”的重点，也被用来纠正或至少减轻与制动相关的“旧挑战”. g. 振动和噪声、腐蚀、污染). 一些设计师认为“电气化”可以解决所有这些问题. 然而，这似乎过于乐观了. 除了, 它们是有代价的, 成本和车辆数量的增加尤其反映了这一点. 造成这一趋势的不仅仅是“重型电池”.

虽然电气化是今天的焦点, 最新的技术正在迅速应用, 并不完全出人意料, 新型摩擦材料的开发, 代表一种较老的技术, 是在较小程度上处理的. 反之，制动材料优化的重要性降低.  今天, 大多数摩擦材料的制造工艺仍处于19世纪末相应的水平. 新的摩擦材料可以“做得更好”, 然而, 这篇博客的目的就是要证明这一点. 今天, 有许多新材料带来了先进的新兴技术的发展. 它们通常被称为响应性超材料，具有可编程和可调的感知元件，具有2D响应作为传感器和2D/3D/4D响应作为致动器. 感知单个元素或具有微观调控和宏观响应的集成感知系统可以感知(=发现需求)并驱动(=提供适当的响应)，而无需“添加额外的质量”与上述添加的电子设备相关.

当与再生制动相结合, 摩擦制动器的使用程度较低(5%至20%). 通过采用更智能的设计和材料选择, 允许感知和反应, 转子和刹车片/衬里可以相当小(而不是像许多目前的设计方案所建议的那样更大), 随着车辆质量和速度的增加)，与目前采用的系统相比. 利用这些可调响应材料还可以降低磨损/污染, 减轻或消除振动, 腐蚀, 以及其他与刹车相关的方面. 它们仍然可以提供与e通信的手段. g. 雷达，激光雷达，摄像头，司机和网络(如果需要). 这些材料同样正在迅速发展，许多是现成的，并用于制动以外的其他领域. g. 人机交互，增强/虚拟现实，可穿戴设备等)设计. 它们在刹车中的应用, 不是明天, 但肯定是在可预见的未来, 通过“电气化”和采用新型摩擦材料的共同努力，真正的“最佳性能可以进一步优化”会发生变化吗. 摩擦材料制造商越早能够采用这一方法, 他们将获得更大的市场优势.

彼得·菲利普教授在机械工程和能源进展系工作和教学, 卡本代尔的南伊利诺伊大学. 他的研究领域是摩擦科学, 纳米技术, 材料工程, 和生物材料方面的研究, 欧洲, 和亚洲. 他曾担任国家科学基金会资助的高级摩擦研究中心主任, 顾问, 专家证人, 共同撰写了500多篇科学出版物. Peter拥有材料科学与工程学士学位, 俄斯特拉发的物理冶金学硕士和博士, 捷克共和国. 他是制动学院的成员和讲师.