SR6 118 TH客車制動系的設(shè)計與性能分析

鄭琦巍，吳國堅，占國強

（江西博能上饒客車有限公司，江西 上饒 334100）

SR6118TH型客車主要針對公路旅游市場研發(fā)。底盤選用兩軸設(shè)計，前軸采用盤式制動，后軸采用鼓式制動，配電控國Ⅳ發(fā)動機，機械式六檔變速器，6氣囊空氣懸架，前、后均裝有橫向穩(wěn)定桿，氣壓雙回路制動系統(tǒng)，ABS防抱死制動裝置，電渦流緩速器。在SR6118TH制動系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一些初選的相關(guān)參數(shù)并不能使制動性能滿足法規(guī)要求，需對原始參數(shù)進行修改，如空載前軸質(zhì)量，初選時為3 660 kg，繪制利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)制動強度Z在0.15～0.3之間時，空載的前軸利用附著系數(shù)K＞Z+0.08，不滿足法規(guī)在K=Z±0.08之間的要求[1-2]。通過對底盤相關(guān)部件安裝位置的調(diào)整（本車將油箱位置由后軸后移至前軸后，電瓶位置也作相應(yīng)調(diào)整），使空載前軸質(zhì)量變更為3 750 kg后，整車的制動性能滿足法規(guī)要求。

1 制動系統(tǒng)的設(shè)計

為了可靠制動，各國先后采用“冗余技術(shù)”，通過法規(guī)強制推行雙回路制動系，以確保制動系的可靠性，保證行駛安全。雙回路制動系統(tǒng)的制動總泵有兩個獨立的工作腔，分別與各自回路的管路連接，若其中一個回路失效，仍能利用另一完好的回路起制動作用。該車型采用Ⅱ式（前后式）雙回路布置[3-4]，制動系統(tǒng)各閥類零件之間的管路按圖1在底架上安裝。

2 制動性能計算

2.1 制動力分配的計算

1）理想的前、后制動器制動力分配。將該車相應(yīng)參數(shù)分別代入?yún)⒖嘉墨I[5-6]中的相應(yīng)公式得該車的實際制動力分配系數(shù)β=0.51；空載同步附著系數(shù)φ0=0.709；滿載同步附著系數(shù)φ0=0.649；將β曲線及同步附著系數(shù)繪制在Ⅰ曲線中，如圖2所示。

目前我國的道路附著系數(shù)在0.7～0.8左右，對裝有ABS的同步附著系數(shù)一般應(yīng)在0.5～1.0為宜。因此，空載時φ0=0.709，滿載時φ0=0.649的同步附著系數(shù)是合理的，同時較大的同步附著系數(shù)還可以降低ABS的工作頻次。

2)利用附著系數(shù)（K）與制動強度（Z）的關(guān)系。利用附著系數(shù)越接近制動強度，地面附著條件發(fā)揮得越充分，汽車制動力分配的合理程度就越高[7]。通常以利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線（圖3）來分析汽車制動力的合理性，最理想的情況是利用附著系數(shù)總是等于制動強度這一關(guān)系，即圖3中的K=Z直線。前、后軸的利用附著系數(shù)按下式求得：

式中：K1、K2為前后軸的利用附著系數(shù);G1、G2為汽車前、后軸的重力。

利用式（1）及式（2），按 Z=0.1，0.2…0.8 作圖，可繪制出空載及滿載狀態(tài)下前、后軸利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線，見圖3。

根據(jù)GB 12676中附錄A《制動力在車軸（橋）之間的分配及牽引車與掛車之間制動協(xié)調(diào)性要求》[8]關(guān)于制動強度的規(guī)定，因本客車為M3類汽車[9]，其對這類汽車制動力分配的要求如下：

①對于附著系數(shù)在0.2～0.8之間的各類車輛，必須滿足 K≤（Z+0.07）/0.85。

②對于制動強度（Z）在0.15～0.3之間，利用附著系數(shù)K必須位于K=Z±0.08確定的與理想利用附著系數(shù)直線（K=Z）平行的兩直線間（見圖3）。

③對于制動強度Z≥0.3，后軸利用附著系數(shù)曲線必須滿足公式K≤（Z-0.018 8）/0.74。

將標準[8]中的上述法規(guī)要求繪制在利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線中，以便分析，見圖3。

由圖3可知，在ABS不起作用時，無論是空載，還是滿載狀態(tài)下都能滿足標準[8]的要求。

2.2 制動效能的校核

按國標中的M3類車輛選取相應(yīng)參數(shù)。本文的制動效能計算，附著系數(shù)都取φ=0.7。

1）行車制動的校核：

①最大制動減速度jmax的計算。前、后軸的制動器最大制動力Fu1max、Fu2max按前、后軸制動器最大制動扭矩計算：

前、后軸地面附著系數(shù)決定的制動力 Fφ1max、Fφ2max按滿載狀態(tài)下，求得：

即：Fu1max＞Fφ1max；Fu2max＞Fφ2max。

當制動器制動力比地面附著力大時，對裝有ABS的車輛、車輪未抱死、輪胎滾動壓印的情況下，最大制動減速度

由于裝有ABS的車輛最大制動減速度在空、滿載時相同，故在表1中的空、滿載都按空載狀態(tài)校核。

②行車制動中距離的計算。制動距離計算[10]：

式中：S為制動距離，m；t1為制動機構(gòu)滯后時間，s；t2為制動器制動力增長過程所需的時間，s；V0為制動初速度，km/h。

對氣壓制動系統(tǒng)，GB7258-2004中7.14.1.3規(guī)定[11]，汽車制動的協(xié)調(diào)時間不大于0.6 s，所以（t1+t）2/2近似取0.6 s（同理本文后面的應(yīng)急制動及剩余制動也按此取值）。

③行車制動減速度及其制動距離的校核。根據(jù)標準[11]要求，附著系數(shù)不小于0.7時，在30 km/h初速度下，空載時的制動距離上限為9 m，減速度≥5.4 m/s2；滿載時制動距離上限為10 m，減速度≥5.0 m/s2。標準[8]規(guī)定在60 km/h初速度下的制動距離上限為/130=36.69 m。見表1。

表1 行車制動減速度及制動距離校核

由表1可知，行車制動減速度及制動距離滿足國標的要求。

2）駐車制動的校核：

①地面附著系數(shù)決定的極限上、下坡路傾角α1、α2

根據(jù)式（4）、（5）分別求出在 φ=0.7時的空、滿載狀態(tài)下客車可能的極限上、下駐坡度，結(jié)果見表2。

②按駐車制動系決定的汽車駐坡度：

式中：M為儲能制動力矩；g=9.8 N/kg。

根據(jù)式（6）求出按制動器制動力矩決定的極限駐坡度，結(jié)果見表2。

表2 駐車制動性能校核

③駐坡度的校核。國標要求：由于標準[11]中的要求高于標準[8]，故按標準[11]中的規(guī)定校核：駐車極限坡度大于20%，附著系數(shù)φ=0.7，且正、反兩個方向都能停駐。

由表2比較可知，在φ=0.7的路面，空載駐坡度由地面附著系數(shù)按下駐坡狀態(tài)決定；滿載駐坡度由駐車制動系統(tǒng)決定。即本車空、滿載時的駐坡度分別為39.9%、28.9%，滿足國標大于20%的要求[12-13]。

3）應(yīng)急制動的校核。當行車制動回路全部失效時，可以操縱手控閥通過彈簧制動來實現(xiàn)應(yīng)急制動，制動力全部由駐車制動器提供。

①應(yīng)急制動減速度的計算。由駐車制動系決定的制動減速度：

根據(jù)式（7）分別求出空、滿載的制動減速度J1空=3.94 m/s2、J1滿=2.72 m/s2。

由地面附著系數(shù)決定的制動減速度：

根據(jù)式（8）分別求出空、滿載的制動減速度J2空=3.91 m/s2、J2滿=3.84 m/s2。

通過比較，減速度取相對較小的值，即應(yīng)急制動的空、滿載制動減速度分別為J空=3.91 m/s2、J滿=2.72 m/s2。

②應(yīng)急制動距離S的計算。

③應(yīng)急制動減速度及制動距離的校核。國標要求：根據(jù)標準[11]規(guī)定附著系數(shù)不小于0.7時，空、滿載時在規(guī)定的30 km/h初速度下的制動距離上限為18 m，制動減速度≥2.5 m/s2；標準[8]中規(guī)定在60 km/h初速度下的制動距離上限為/130=64.4 m。結(jié)果見表3。

表3 應(yīng)急制動減速度及制動距離校核

由表3可知，應(yīng)急制動減速度及制動距離滿足國標的要求。

4）剩余制動的校核。客車在行駛中，其中一個管路突然沒氣的可能性時刻存在,如總泵破裂、氣管爆裂、接頭松脫等都可造成一個管路泄漏導(dǎo)致沒氣[14]。由于本車制動回路屬Ⅱ型布置，故分別對前制動失效及后制動失效進行分析,由本文行車制動校核中的第①項分析可知，在φ=0.7的地面上，前、后軸的制動器制動力都分別大于地面附著力，即減速度按地面附著力校核。

①后制動失效時，前輪剛要抱死的減速度：

根據(jù)式（10）分別求出空、滿載的制動減速度J1空=2.75 m/s2、J1滿=2.82 m/s2。

②前制動失效時，后輪剛要抱死的減速度：

根據(jù)式（11）分別求出空、滿載的制動減速度J2空=3.91 m/s2、J2滿=3.84 m/s2。

③剩余制動減速度及制動距離的校核：國標要求：根據(jù)標準[8]中行車制動的傳能裝置失效后的剩余制動性能的要求判斷是否合格，即行車制動的性能裝置若某一零件部件失效，在φ=0.7的地面上，制動減速度≥1.5 m/s2，初速度為60 km/h時，制動距離上限為3 900=101.3 m。結(jié)果見表4。

表4 剩余制動減速度及制動距離的校核

由表4可知，剩余制動減速度及制動距離滿足國標的要求。

3 結(jié)束語

在設(shè)計大客車制動系統(tǒng)時，設(shè)計參數(shù)的選擇可借鑒類似的參考車型數(shù)據(jù)，選擇參數(shù)后要進行校核計算。如滿足法規(guī)要求，就可以采用；如不能滿足，則作相應(yīng)調(diào)整。

[1]胡宗梅，李駿.客車制動力分配比優(yōu)化設(shè)計與計算[J].公路與汽運，2008，（4）

[2]葉磊，尹作發(fā).基于Matlab/Simulink的車輛制動過程分析[J].公路與汽運，2006，（6）

[3]刁立福，戴汝泉，張全良.汽車雙回路制動系統(tǒng)布置形式研究[J].山東交通學(xué)院學(xué)報，2006，（4）：14-16.

[4]朱偉，李然杰，宗磊強.汽車ABS的ADAMS/Car與SIMULINK聯(lián)合仿真[J].四川兵工學(xué)報，2010，2010，（6）：81-84.

[5]余志生.汽車理論（第5版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[6]劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.7.

[7]樊海龍.半掛汽車列車制動性能仿真計算[J].公路與汽運，2007，（5）

[8]GB 12676-1999，汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法[S].北京：中國標準出版社，1999.

[9]GB/T 15089-2001，機動車輛及掛車分類[S].北京：中國標準出版社，2001.

[10]王潤琪，蔣科軍.ABS汽車制動距離分析與計算[J].中南林學(xué)院學(xué)報，2005，（2）：70-73.

[11]GB 7258-2004，機動車運行安全技術(shù)條件[S].北京：中國標準出版社，2004.

[12]劉建平.客車全承載車身技術(shù) [J].汽車制造與裝備，2005，（4）：60-61.

[13]張立軍,朱博,賈云雷.依ECE法規(guī)進行汽車制動力分配方法[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2005，（2）：277-279.

[14]蔣衛(wèi)寧.雙管路氣壓制動系統(tǒng)失靈淺析[J].客車技術(shù)與研究，2002，24（4）：35-36.