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). Also, 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. Combined with “electrification”, Artificial Intelligence (AI), including Machine Learning (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 braking of the future vehicles. Some groups predict a total absence of the friction brake相信“工作可以完成”的人 regenerative braking，将车辆的动能转化为电流. 也有一些观点支持“有必要” friction brake (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, energy conditions, or required high and low decelerations. In these scenarios, the “regen” and “friction” brake, respectively, 必须“沟通”以提供驾驶员所需的最佳性能, autonomous system, or combination of both.

目前的车辆大多使用大量的电子设备, able to sense, 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, in short, 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. vibration and noise, corrosion, pollution). 一些设计师认为“电气化”可以解决所有这些问题. This however seems to be too optimistic. In addition, they are delivered at some costs, 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”.

While the electrification is in focus today, 最新的技术正在迅速应用, not entirely surprisingly, the development of new friction materials, representing an older technology, is addressed to a lesser extent. 反之，制动材料优化的重要性降低.  Today, 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”, however, 这篇博客的目的就是要证明这一点. Today, 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.

When combined with the regenerative braking, 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, allowing sensing and reaction, 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, mitigate or eliminate vibration, corrosion, and other aspects relevant to brakes. 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. Their use in brakes, not tomorrow, but certainly in the predictable future, 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, the larger market advantage they will get.

彼得·菲利普教授在机械工程和能源进展系工作和教学, Southern Illinois University at Carbondale. 他的研究领域是摩擦科学, nanotechnology, materials engineering, 和生物材料方面的研究, Europe, and Asia. 他曾担任国家科学基金会资助的高级摩擦研究中心主任, consultant, and expert witness, 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, Czech Republic. 他是制动学院的成员和讲师.