使用中子探测器进一步优化汽车制动器

人的生命取决于刹车。他们需要快速抓紧并在松开制动踏板后立即回到静止位置。如果它们没有完全返回，可能会发生能量损失。驾驶员不会注意到这一点，也不会影响制动器的功能。但是，它会增加车辆的碳足迹。

Paul Scherrer Institute PSI 的研究人员和 ANAXAM 的员工以及工业合作伙伴 Audi Sport 一直在探索这一现象。他们使用来自 PSI 瑞士散裂中子源 SINQ 的中子来观察制动钳内部，从而展示了一种可视化和优化制动活塞运动的方法。制动钳像钳子一样夹住旋转的制动盘。当驾驶员踩下制动踏板时，来自制动管路的液压推动多个活塞向前，将两个制动片(两侧各一个)挤压到制动盘上，于是高摩擦力将制动盘推至停止。

位于 Villigen 的 ANAXAM 是一个技术转让中心，由 PSI 共同创立，为希望使用 PSI 研究基础设施的工业公司提供支持。该项目的工业合作伙伴是奥迪运动。德国内卡苏姆奥迪运动公司的开发工程师 Mathias Kolb 联系了他的前同事 Matthias Wagner，后者现在是 ANAXAM 的高级工程师。他们与来自 PSI 的 David Mannes 一起提出了一种方法，使他们能够实时查看制动钳内部并寻找优化方法。这是 PSI 首次实现的。

使用中子改善汽车制动器

合作伙伴很快意识到 X 射线无法穿透金属这一事实被排除在外。中子则不同：制动钳的铝对它们来说几乎是透明的，但同时它们对轻化学元素高度敏感。这意味着含有氢化合物的制动液在图像中清晰可见。

PSI 为 2021 年开始并于今年完成的实验提供了中子束线及其专业知识。实验在散裂源 SINQ 的 Neutra 光束线上进行。一个检测器记录了通过该设备的中子，并最终从制动钳内部产生了一个二维图像。

ANAXAM 在检测器前面安装了制动钳。该装置辅以专门设计的液压系统，可产生高达 100 巴的逼真制动压力。气候室允许仔细控制制动钳的温度，模拟各种操作条件。与在路上不同，制动盘在测试期间没有旋转。

“然而，这可能是未来测试的一种选择，以获得更精确的结果，”来自 ANAXAM 的 Matthias Wagner 说。不过，这可能没有必要，因为完整的测量系列已经产生了许多有趣的发现。

清关很关键

探测器记录的图像令人印象深刻地展示了中子成像的能力。制动钳清晰可见，带有六个液压活塞——每侧三个。活塞行程中的最小偏差也是如此。

在这里，很明显，驱动外刹车片的下活塞的间隙——即处于静止位置的刹车片和刹车盘之间的距离——是正确的，为 0.4 毫米，而其他五个活塞的间隙为小于 0.3 毫米。调查人员还能够精确测量形状像钳子的制动钳在两个制动片对其施加压力时如何向外弯曲。

这个项目是一个很好的例子，说明了 PSI 的科学知识和 ANAXAM 的能力如何进一步改进已经在批量生产中证明自己的产品。工业合作伙伴进一步优化了制动活塞的操作，在中子束下观察时，制动钳内侧三个活塞的间隙现在增加了 0.1 毫米。当松开制动器时，这会可靠地将制动衬块与制动盘分离。PSI 的 David Mannes 说：“我们的研究有助于减少道路车辆的 CO 2排放。”

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