重型車輛持續(xù)制動(dòng)性研究

王 鵬

（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

重型車輛持續(xù)制動(dòng)性研究

王 鵬

（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

通過分析行車制動(dòng)系統(tǒng)在山區(qū)公路長(zhǎng)大下坡路段制動(dòng)效能的不適應(yīng)性，提出使用持續(xù)制動(dòng)裝置的必要性，并指出目前幾種持續(xù)制動(dòng)裝置的優(yōu)劣以及其影響持續(xù)制動(dòng)性能的因素，提出持續(xù)制動(dòng)裝置聯(lián)合作用以獲取較好持續(xù)制動(dòng)效能的控制方式。

長(zhǎng)大下坡；持續(xù)制動(dòng)效能；聯(lián)合制動(dòng)

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-64-04

引言

近幾年，我國(guó)大力加強(qiáng)多山偏遠(yuǎn)的西部地區(qū)高速公路建設(shè)。在西部地區(qū)，由于自然條件的限制，其所修建的高速公路多是依山傍水，道路行駛條件不能與平原地區(qū)的道路相比，山區(qū)高速公路很明顯的一個(gè)特點(diǎn)就是存在很多長(zhǎng)大下坡路段，在這些特殊路段，為了使車輛以穩(wěn)定的車速行駛，駕駛員需要頻繁的使用行車制動(dòng)系統(tǒng)控制車速。在這個(gè)過程中制動(dòng)器中制動(dòng)鼓與摩擦片頻繁摩擦產(chǎn)生大量的熱量,若這些熱量不能及時(shí)的散發(fā)，制動(dòng)器的溫度急劇上升并導(dǎo)致制動(dòng)器制動(dòng)效能下降。因此研究分析車輛在長(zhǎng)大下坡路段制動(dòng)效能的持續(xù)性并提出改進(jìn)方式，對(duì)于提高車輛在長(zhǎng)大下坡路段的行車安全性具有重大意義。

1、行車制動(dòng)系統(tǒng)特性分析

1.1 行車制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)持續(xù)制動(dòng)過程適應(yīng)性差

對(duì)于在長(zhǎng)大下坡路段行駛的車輛，如果不進(jìn)行制動(dòng)，其自身由于重力的作用會(huì)處理加速行駛狀態(tài)。因此，一方面要求車輛在整個(gè)下坡路段具有持續(xù)制動(dòng)能力以保證車輛維持穩(wěn)定車速，另一方面，為了從根本保證車輛安全應(yīng)該確保車輛駛?cè)肫铰窌r(shí)其行車制動(dòng)系統(tǒng)還可以提供足夠的制動(dòng)性能.但是,根據(jù)山區(qū)交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),很大部分山區(qū)交通事故是由于汽車在長(zhǎng)大下坡路段制動(dòng)失效導(dǎo)致車速失控引起的,這一點(diǎn)尤其體現(xiàn)在中型、重型貨車和客車的事故案例中。

如圖1所示為某車型在持續(xù)制動(dòng)過程中車輪輪轂表面溫度以及各個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)吸收功率隨制動(dòng)時(shí)間的變化曲線[1]，由曲線可知，隨著制動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，車輪輪轂表面的溫度在開始一段時(shí)間急速上升，達(dá)到一定溫度后，上升速度減緩，但此時(shí)溫度已經(jīng)很高。同時(shí)，在制動(dòng)初期，車輪制動(dòng)器可以吸

收很大的功率，然而在隨后的制動(dòng)過程中，車輪制動(dòng)器吸收功率的快速減少。在制動(dòng)試驗(yàn)后期，由于輪轂表面溫度增長(zhǎng)速度的減小，車輪制動(dòng)器吸收功率的衰減速率也在下降，但此時(shí)期吸收功率已經(jīng)相對(duì)很小，車輪主制動(dòng)器的制動(dòng)效能已經(jīng)無(wú)法滿足持續(xù)制動(dòng)效能的要求。

通過以上分析可知，行車制動(dòng)系統(tǒng)作為緊急制動(dòng)裝置是非常有效的，但不適合作為持續(xù)制動(dòng)裝置。

1.2 行車制動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)制動(dòng)效能增強(qiáng)無(wú)良策

目前,為了解決車輛在長(zhǎng)大下坡路段由于持續(xù)制動(dòng)而導(dǎo)致車輪制動(dòng)器溫度過高的問題，很多山區(qū)客車、貨車駕駛員常用淋水法，即當(dāng)車輛駛?cè)腴L(zhǎng)大下坡路段時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)，將水通過噴頭淋到車輪制動(dòng)轂上，使制動(dòng)轂溫度保持在合理的范圍內(nèi)從而為車輛提供一定的持續(xù)制動(dòng)力。但是采用用淋水法對(duì)制動(dòng)轂冷卻存在一定缺陷：一方面可能會(huì)產(chǎn)生較大局部應(yīng)力而導(dǎo)致輪轂表面破裂，另一方面在冬季時(shí)冷卻水由于無(wú)回收而流到路面上，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間覆蓋在公路表面甚至結(jié)冰，成為更大的交通安全隱患。

因此，為了增強(qiáng)車輛持續(xù)制動(dòng)效能，重型商用車必須使用持續(xù)制動(dòng)裝置，利用持續(xù)制動(dòng)裝置輔助制動(dòng)作用，為車輛提供穩(wěn)定的制動(dòng)功率,從而有效地分擔(dān)主制動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷,提高了車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性與安全性,是一種安全可靠的制動(dòng)方式。

2、持續(xù)制動(dòng)裝置特性分析

目前，很多重型商用車都已經(jīng)使用持續(xù)制動(dòng)裝置，常用的主要包括：液力緩速器、電渦流緩速器、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)裝置。

2.1 液力緩速器

液力緩速器是通過改變注入到工作腔內(nèi)的充油量來實(shí)現(xiàn)對(duì)力矩的控制，當(dāng)工作腔內(nèi)只注入部分油液時(shí)，為保持制動(dòng)力穩(wěn)定，必須保持工作腔內(nèi)油液量的動(dòng)態(tài)平衡，所以液壓系統(tǒng)必須具備流量大和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性。

為了分析液力緩速器特性，采用某型號(hào)液力緩速器進(jìn)行制動(dòng)性試驗(yàn)。在試驗(yàn)系統(tǒng)中加入慣量飛輪組。在不向減速器內(nèi)充油的狀態(tài)下，起動(dòng)動(dòng)力裝置，將減速器內(nèi)的殘余油液甩凈。然后調(diào)節(jié)減速器動(dòng)輪轉(zhuǎn)速至500r/min，起動(dòng)供油泵站，在向減速器供油的同時(shí)切斷動(dòng)力，分別記錄在節(jié)流閥全開和半開工況下的減速器動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的相應(yīng)制動(dòng)力矩。將減速器動(dòng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為800r/min，重復(fù)上述試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

如下圖2分別為在節(jié)流閥全開情況下減速器動(dòng)輪轉(zhuǎn)速?gòu)?00r/min和800r/min制動(dòng)的特性曲線。圖3分別為在節(jié)流閥半開情況下減速器動(dòng)輪轉(zhuǎn)速?gòu)?00r/min和800r/min制動(dòng)的特性曲線。

調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度就是調(diào)節(jié)了液力減速器的充液量，節(jié)流閥半開時(shí)液力減速器的充液量要大于節(jié)流閥全開的充液量。分析圖2-圖3曲線,可以得出下表1:

表1 液力緩速器不同狀態(tài)下的制動(dòng)特性曲線

分析以上數(shù)據(jù)可得出，同一制動(dòng)初速下，液力減速器的充液量越大，產(chǎn)生的制動(dòng)力矩就越大，減速器動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速下降就越快[3]。另一方面，制動(dòng)初速越高，制動(dòng)效果就越明顯，因?yàn)橐毫徦倨鞯闹苿?dòng)力矩與其轉(zhuǎn)速的平方成正比,故當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸增高時(shí),液力緩速器的制動(dòng)力矩增加幅度更大，從而也說明了液力減速器在高轉(zhuǎn)速和大充液量下使用制動(dòng)效果好。

2.2 電渦流緩速器

電渦流緩速器是利用電磁學(xué)原理把汽車行駛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，從而實(shí)現(xiàn)汽車的減速和制動(dòng)，本文同樣采用臺(tái)架試驗(yàn)法，對(duì)電渦流緩速器特性進(jìn)行研究。

圖5（a）是在試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)得的某電渦流緩速器四個(gè)不同檔位上產(chǎn)生的制動(dòng)力矩隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的特性曲線，從特性曲線上可以看出力矩隨轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)有極大值，而后隨著轉(zhuǎn)速增加制動(dòng)力矩有所下降。

圖5（b）是實(shí)驗(yàn)過程中電渦流緩速器在轉(zhuǎn)速為700r/min下制動(dòng)力矩隨制動(dòng)時(shí)間的變化曲線，從圖中可以看出，制動(dòng)力矩隨制動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降。其主要原因是勵(lì)磁組通電后要發(fā)熱，這樣出現(xiàn)大幅度的退磁現(xiàn)象，從而引起制動(dòng)力矩的下降。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)裝置按工作原理的不同又可以分為排氣蝶閥制動(dòng)（排氣制動(dòng)）、泄氣式制動(dòng)和壓縮釋放式制動(dòng)三大類型。其中：壓縮釋放式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的效果最好，泄氣式制動(dòng)次之，排氣蝶閥制動(dòng)效果最差。

2.3.1 排氣蝶閥制動(dòng)

排氣蝶閥制動(dòng)是目前在國(guó)內(nèi)卡車上廣泛使用的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)。它的工作原理是在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管上安裝一個(gè)蝶形閥，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)工作時(shí)，關(guān)閉蝶形閥來阻塞排氣通道，阻止氣缸中的氣體向外流動(dòng)，從而增大排氣背壓和排氣阻力，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)效果。如下圖6是某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)特性曲線。

由圖6的特性曲線可知，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大，在接近最高轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到最大值。

2.3.2 壓縮釋放式制動(dòng)

壓縮釋放式制動(dòng)通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門的配氣相位，使車輛減速。其實(shí)質(zhì)是將產(chǎn)生能量的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成為吸收能量的空氣壓縮機(jī)。如上圖7是裝有壓縮釋放式制動(dòng)器的某發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)特性（該發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1900r/min）。從該發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)特性曲線可見，制動(dòng)功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增加，接近最高轉(zhuǎn)速 2300r/min 時(shí)達(dá)到最大值。這一轉(zhuǎn)速高于最大驅(qū)動(dòng)功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速 1900r/min。在額定轉(zhuǎn)速 1900r/min時(shí)，制動(dòng)功率為 229kw，相當(dāng)于最大驅(qū)動(dòng)功率的 75%，每升制動(dòng)功率為 23.4kW；在最高轉(zhuǎn)速 2300r/min 時(shí)，制動(dòng)功率為272kW，相當(dāng)于最大驅(qū)動(dòng)功率的89%[2]。

2.3.3 泄氣式制動(dòng)

泄氣式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)建立在傳統(tǒng)排氣蝶閥制動(dòng)的基礎(chǔ)之上。其工作原理是：當(dāng)排氣蝶閥關(guān)閉時(shí)，柴油機(jī)在汽車重力的拖動(dòng)下類似于壓縮機(jī)工作，排氣通道中的廢氣壓力急劇上升，相鄰氣缸的排氣產(chǎn)生的壓力波會(huì)導(dǎo)致處于吸氣沖程下止點(diǎn)附近氣缸的排氣門不受控制地打開。排氣門制動(dòng)裝置（EVB）就是利用排氣門在制動(dòng)過程中被壓力波自動(dòng)打開的現(xiàn)象，通過增加一套控制排氣門行程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)排氣門在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程中保持打開一個(gè)空隙來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)效率[4]。

The study of heavy vehicle persistent brake

Wang Peng
（Chang 'an University, Shaanxi Xi’an 710064）

By analyzing the inadaptability of vehicle braking system on the long-distance downgrade in the mountainous highway, the paper puts forward the necessity of continuous braking device and pointes out the advantages and disadvantages several continuous braking devices as well as the influencing factors of continuous braking performance, it is concluded that the combination of many continuous brake devices gains access to better continuous braking efficiency.

The long-distance downgrade；continuous braking efficiency；combination of many continuous brake devices

3、持續(xù)制動(dòng)裝置的聯(lián)合作用

U461.3

A

1671-7988(2014)07-64-04

王鵬，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院車輛工程專業(yè)。