浅谈EHB 制动系统中的智能密封技术应用

作者:德特威勒 施培文 文章来源:AI 汽车制造业 发布时间:2020-11-25
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电动液压助力器 (EHB) 的发展表明,并非供应链中的所有合作伙伴都能拥有经验处理目前所需的新的、先进的密封解决方案。

有人可能会认为,在过去 25 年间,制动系统发生的变化相对较小。真空助力器、卡钳与电动液压液的组合已成为标准配置,因此对于制动组件的要求也始终保持一致。工程师与客户对所需的设计参数与几何结构了如指掌,尽管已进行了较小的更改,但原理保持不变。

然而,毋庸置疑的是,该技术已发展进化,并且发展还将持续。 电动液压助力器 (EHB) 的发展表明,并非供应链中的所有合作伙伴都能拥有经验处理目前所需的新的、先进的密封解决方案。诚然,向 EHB 技术发展进化的主要原因是车辆电气化的发展,以及高级驾驶员辅助系统的逐渐普及。电动汽车 (EV) 将于 2030 年占据 19% 的市场份额,插电式混合动力汽车占比 11%,而纯内燃机 (ICE) 汽车及轻混动汽车占据剩余的 70% 份额。EHB 将是一种自然选择,尤其考虑到EV内部没有运行真空助力器所需要的真空生成装置。


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大陆集团 (Continental) 的推出的 EHB MK C1 是最重要的电动液压制动系统之一。在该系统中,德特威勒为其合作伙伴供应了高性能聚合物组件。

该技术与传统的真空助力器完全不同,因此至关重要的是,制造商与密封解决方案专家必须紧密合作,方可在批量生产时尽快将产品推向市场,并从新系统带来的优势中受益。


EHB 系统对未来汽车设计的贡献

过去数十年来,为确保全球道路使用者更加安全,真空助力器发挥了出色的表现。尽管如此,制动系统向电动液压替代品演进仍有许多优势。一是电动液压助力器体积更小、重量更轻,这意味着发动机舱内的可用空间将增加,并且使 EV 在能量回收(即将制动系统的能量带回电池)方面具有显著优势。由于一切均为电气控制,因此 EHB 在操作高级驾驶员辅助系统方面也有优势。

与标准的真空助力系统相比,EHB 在紧急情况下的制动力会更强,并且产生的制动速度也更快。通常而言,在真空助力器中,制动依靠脚踩施加,因此通过液压系统传递的制动压力与真空助力器的尺寸间存在物理关系。然而,传动力的计算相当困难,因为它在很大程度上取决于施加制动的个人,并且不同人的感知也不尽相同。而使用电动液压助力器,能够实现制动器的电动驱动,相较于过往使用的真空助力器,反应速度更快,产生的摩擦力也更大。如此便可提供更为稳定的性能,并可在应对道路紧急情况时缩短响应时间,提升驾驶员与乘客的安全保障。

密封应用的进步使传感器能够用于简化生产以及追踪。智能密封技术(如采用嵌入式传感器技术)带来的零件可追溯性能够在必要时加快产品召回速度,从而最大程度地降低安全影响以及品牌可能遭受的声誉损害。在未来,传感器也可用于预测性维护,以及提供与品牌真实性相关的解决方案,从而打击仿冒品并确保所有零件均来自其原始制造商。尤其重要的是,专门为这些新应用设计与联合研发的密封解决方案将提供最高水平的质量与完整性,从而确保制动系统在其整个生命周期内安全运作。

联合研发有助于开发最安全的制动系统

可靠且有效的制动系统至关重要,并且任何故障在安全性方面都可能产生根本影响,因此当开发系统级关键组件(如密封件)时,必须认真考虑各种因素。我们也对 EHB 提出了许多特殊要求,如耐磨性、清洁度类型以及生产中密封件的精度等。此外,现代制动控制系统中的弹性体组件必须能够抵抗高压下的高频及动态机械性的载荷,同时保证车辆在使用寿命期内的安全性。

为确保这些要求达到最高标准,许多期望进入高级制动解决方案的公司,选择在开发过程的早期阶段与组件供应商合作。在联合研发项目中采用该合作模式,能够区分出好的产品设计以及完美的产品设计。在涉及系统级关键密封系统时,考虑所有功能需求以及对材料、模具设计及制造工艺的要求是至关重要的。

如下图所示,结构力学仿真可支持诸如几何设计与功能性能优化等要素,而虚拟成型仿真可确保最佳的模具设计、高效的生产过程以及顶级的产品质量。仅当密封元件与安装空间的设计完美匹配时,密封系统才可实现其最佳功能性。因此,成功的联合研发项目需要各方在开发过程的早期阶段进行合作,此时整个系统仍有足够的设计自由度以优化密封元件与安装空间。


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上方示例展示了依据客户要求专门设计的组件,图中是客户专用的用于制动系统的 O 形密封圈。该项设计完美匹配安装空间与操作条件,并与定制材料相结合,让产品与众不同


利用材料与设计专业知识满足新项目需求

不断发展演进的技术通常需要一种全新的材料开发方法, 以及与最终解决方案相关联的设计。在这方面,制动系统制造商与该领域业绩卓越的组件供应商合作,便成为一项显著的优势。通常来说,设计或聚合物可能只需要稍作调整即可提供最优性能,但如果供应商缺乏进行必要修改的相关知识,那么可能会发生严重的开发延迟。

在安全性方面,只有最优解决方案能够满足所需的标准。因此,了解聚合物及其制造过程中所需要的工艺是至关重要的 —— 尤其是在处理系统关键零件时。例如,主要密封件与次要密封件都属于聚合物组件,因为操作过程中发生的故障将损害整个制动系统。即使车辆仍能停下,该系统效率的任何降低都会引起严重关切,并成为潜在危险。

如今,凭借先进的仿真能力,产品开发时间可缩短,从而使上市时间提前并节省成本。从项目初期就与系统供应商紧密合作,可优化密封件的设计,从而确保党产品全面投产时不会出现无法预见的问题。

这甚至还包括对聚合物流动行为的仿真(例如将其射入模具型腔时的状态如何),以及如何设计浇注系统对所需模具进行优化,以确保生产过程高效运作,以及生产出最高质量的产品。每种设计与加工细节都可提前进行仿真与检查,这意味着制造商可以完全放心地将其密封解决方案投入生产。

作为材料开发中发生潜在问题的例子,我们将研究一种已经变得粘稠的聚合物 —— 已变得失效。我们要做的只是细微调整,但快速识别并解决此问题所需的相关专业知识却已历经多年的累积。


清洁度是优化生产过程的关键

颗粒物与残留污垢可能危害密封系统的功能与寿命,因此我们需要一种优化的生产环境,能够每年制造数百万台产品,从而确保密封组件生产时达到最高等级的清洁度。符合洁净室环境标准的制造场所是理想之选,当与优化工艺流程及达到清洁标准的精益理念相结合时尤为如此。我们的终极目标是维持零缺陷的最高质量标准。

理想情况下,应有内部实验室对环境实现清洁度水平检测,而高度自动化的生产流程会尽可能减少人员的接触,从而可进一步降低污染风险。

在汽车行业中,一种测量颗粒物沉淀的公认方法即所谓的“伊利格值”(Illig-value):计算时,将所有检测到的颗粒物按尺寸进行分类,随后用分级因子对每种尺寸颗粒物的数量进行加权并求和。优秀的密封解决方案供应商,会致力于实施定制生产线概念来优化这一数值。

此外,由于聚合物开发过程从项目初期就可开始优化,我们也可将 REACH 等制定的标准考量在内,使制造商能够满足当前需求,并且降低未符合未决或未来可能出现任何需求而导致的风险。

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符合洁净室环境标准的制造场所是理想之选

强大的合作伙伴关系助力面向未来的制动系统 

随着制动系统技术的不断进步,制造商必须做好准备,保持自身强大竞争力。诚然,当制造商正寻求提供一种新技术时,上市速度是一项关键因素。而要在实现快速上市的同时保持汽车行业所需的最高质量与安全性,如若处理不当,则可能成为制造商面临的挑战。

事物发展迅速,业界已经看到线控制动技术的出现。这被认为是继 EHB 后的下一代解决方案,主要组件差异是系统内没有制动液。这意味着与 EHB 相比,制动系统的体积会显著缩小。零件及其相关组件则将更加复杂,因此必须高度重视精密成型及采用自动化生产过程。

与专业供应商的合作将有助于指数级加快开发过程,不论聚焦哪项技术,不论哪里可以采用合作研发方式,所获得的益处将持续增加。随着制动系统的不断发展,建立合作伙伴关系可确保该行业供应商为未来机遇做好准备,从而确保道路使用者的安全保障是他们的首要任务。

未雨绸缪,预防制动系统发生故障

在 EHB 系统中,失效的主要与次要密封件会造成漏液,从而导致整个制动液循环故障,并导致系统全面失控。为应对此类状况,我们必须对密封聚合物及其外壳的制造过程进行控制与优化。

为这些零件的生产制定适当参数是至关重要的,并且应作为不断尝试改进制造工艺的优化结果。生产每种零件都必须照此执行。 供应方面,在理想状况下,我们应该成立专职的原型团队关注此要素。因此,进入批量生产的每种零件都拥有其最优化的生产参数。这将使向批量生产的过度更加顺利,有助于减少从原型开发到生产所花费的时间与费用。

从原型开发的第一阶段到批量生产,正确的生产参数(如硫化时间与温度等)至关重要,尤其对于弹性体零件的生产而言。OEM 制造商与供应商通常并不了解一些看似细微但会导致后续重大差异的问题。例如,在硫化过程中,聚合物大分子通过化学方式相互链接,形成了复杂的三维结构。如果硫化过程太久,这些链接可能会因温度原因而断裂。这会导致零件在离开工厂前物理特性就被削弱。

必须牢记的是,每种聚合物都有其最优生产条件。不论是橡胶混炼方案或是零件硫化条件,都必须通过实验室与生产工艺开发部门的一系列测试来确定。间接监控聚合物的分子结构等元素从而确定最优条件,可最终取得最高质量的解决方案。 


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