中重型商用車制動系統匹配計算

康厚芬

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，中國 北京101400）

0 前言

目前，國內車輛制動系統相關標準主要有GB12676-1999《汽車制動系統結構、性能和試驗方法》和GB7258-2004《機動車運行安全技術條件》。但作為國內主機廠研發人員設計的依據主要為GB12676，且GB12676的主要內容是引用歐洲的主要制動法規ECE R13，因此有廣泛的使用性和實用性。根據機動車型分類，中重型商用車應劃分為N2、N3和O類車輛。因此本規范主要是為了符合GB12676對N2、N3和O類車輛的制動性能的規定。同時為了使車輛的制動性能滿足我國路況，要求在匹配計算過程中充分考慮用戶試驗數據，使設計車輛制動性能實用性更好，滿足客戶使用需求。

1 制動系統匹配計算

圖1 制動時的車輛受力圖

1.1 制動匹配計算相關參數的確立

1.1.1 整車質量m(kg)

由于國內中重型商用車超載現象比較普遍，因此需根據國情把超載考慮進去。

定義：空載質量m1;滿載質量質量m2;超載質量m3

1.1.2 車輛軸距L(m)

對于雙前橋或雙后橋，由于制動時載軸轉移計算復雜，為簡化起見，將雙前橋或雙后橋合并為一橋，軸距測量點為兩橋中心點。

1.1.3 車輛質心距后軸距離

質心距后軸距離可在整車三維數模上得出，但為了數據準確，可以對空載車輛各軸稱重，得出L21;L22，L23通過公式(1-1)、(1-2)得出：

1.1.4 車輛質心高hg(m)

空載質心高hg1可在整車三維數模上得出，也可以通過懸吊法測得。而hg2和hg3通過公式(1-3)、(1-4)得出：

1.1.5 軸荷mL(kg)

空載前后軸荷可通過稱重獲得，而滿載和超載前后軸荷可通過公式(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)得出：

1.1.6 軸制動扭矩Tf(N.m)

軸制動扭矩值與氣壓值成正比關系，因此氣壓值的選擇合理與否關系到制動匹配計算的實用性。根據大量測量數據顯示，由于制動閥體和管路等阻力作用，當制動系統管路工作氣壓為0.85MPa時，制動氣室氣壓約為0.72MPa;因此前后軸制動扭矩取氣壓為0.72MPa時的值。

Tf1、Tf2——前、后軸制動扭矩。

1.1.7 路面附著系數φ

GB12676要求試驗時在水泥路面，其附著系數為0.8，但考慮到我國路面實際情況，路面附著系數一般取值0.7；

1.1.8 制動器駐車制動扭矩TP(N.m）

根據帶駐車的制動氣室的性能曲線圖(見圖2）可計算或實測。

圖2 氣室曲線圖

1.1.9 車輪滾動半徑r(m)

1.1.10 制動器制制動力分配系數β

制動器制制動力分配系數β為前制動器制動力Ff1與總制動器制動力Ff之比，

1.2 制動重要性能參數分析與匹配計算

1.2.1 選取合理的同步附著系數φ0

1）理想的前后制動器制動力分配曲線，簡稱I曲線

I曲線是根據公式2-1匯成的，見圖2;

3）前后軸同時抱死時路面附著系數為同步附著系數φ0，見圖3

圖3 某貨車制動分配的I曲線和β線圖

4）同步附著系數φ0的選取

當汽車在不同附著系數φ的路面上制動時，可能有以下3種情況：

(1)當φ＜φ0時，β曲線位于I曲線下方，制動時總是前輪先抱死，這是一種穩定工況，但喪失了轉向能力；

(2)當φ＞φ0時，β曲線位于I曲線上方，制動時總是后輪先抱死，這時容易發生甩尾現象；

(3)當φ=φ0時，制動時前后輪同時抱死，這是最好的穩定情況。

通過分析，第(3)種情況是最好的，但現實中的車輛很難達到，第(2)種情況會產生甩尾現象，這是我們最不想看到的，因此我們希望設計的車輛滿足第(1)種情況。這樣φ0就要求比車輛行使路面的附著系數高，根據公式 2-2，要提高 φ0，就要求提高 L、β 或降低 L2、hg,然而受車輛結構和客觀因素影響，不可能完全使車輛在所有路面都滿足φ＜φ0，因此綜合各種因素，有文獻推薦滿載時φ0≥0.5。當然，不同行駛路況的車輛選擇是有差異的，在好路面行駛車輛的φ0取值比礦區的要適當的高些。

1.2.2 制動力分配的合理性分析

制動力分配的合理性通常用利用附著系數與制動強度的關系曲線來評定。

GB12676和ECE R13對此都做了要求：(1)對于R值在0.2～0.8之間的各類車 Z≥0.1十0.85（k-0.2）;(2)對于制動強度在0.15～0.30之間，若各車軸的附著系數利用曲線位于公式k=Z±0.08確定的與理想附著系數利用直線平行的兩條直線之間，則認為滿足要求。對于制動因數Z≥0.3，若后軸附著系數利用曲線能滿足公式Z≥0.3+0.74（k-0.38），則認為滿足要求。

1）利用附著系數φ計算

利用附著系數就是在某一制動強度q下，不發生任何車輪抱死所要求的最小路面附著系數。

2）制動效率E計算

制動效率為車輪不抱死的最大制動減速度與車輪和低面間摩擦系數之比。

3）繪制利用附著系數與制動強度的關系曲線和相關參數的分析調整。

為了更直觀的看清楚各參數的關系和法規符合性，將利用附著系數與制動強度的關系繪制成曲線，并將法規要求也加入進去，見圖4。

從圖4可看出，該車滿載是的利用附著系數與制動強度的關系基本滿足制動法規需求，但是同步附著系數約為0.26，偏低，有必要對車型參數進行調整，使φ0達到合理值。

1.2.3 制動距離和制動減速度計算和其法規符合性

1）法規要求：

GB12676的發動機脫開的O型試驗性能要求：N2、N3類車輛在初速度為60km/h時的制動距離為36.7m,平均減速度為5m/s2。

2）計算地面制動力FΦ(N)

圖4 某重型商用車滿載的利用附著系數與制動強度的關系曲線

3）計算制動器制動力Ff(N)

制動器制動力為前軸制動器發揮作用的制動力Fa1和后軸制動器發揮作用的制動力Fa2之和：

若前軸制動器制動力被充分利用，則Fa1等于Ff1,根據公式2-1得出：

若后軸制動器制動力被充分利用，則Fa2等于Ff2,將Fa2代入公式2-1 得出 Fa1：

4）確定司機反應時間t1(s)和制動反應時間t2(s)：

GB12676規定：在0.2s內急踩制動時，從開始促動控制裝置到最不利的車軸上的制動力達到規定的相應的制動性能時所經歷的時間不得超過0.6s。因此可認為：

5）計算平均制動減速度a(m/s2)

根據GB12676要求，平均制動減速度a≥5 m/s2

6）計算初速度V0為60km/h的制動距離S(m)

根據GB12676要求，制動距離S≤36.7m

1.2.4 車輛駐車坡度tgα(α為坡度極限角)計算

GB12676規定：駐車制動系必須使滿載車輛停在18%坡道上(上坡或下坡）。

1）汽車在上坡時的駐車坡度極限角α1(度)

2）汽車在下坡時的駐車坡度極限角α2(度)

3）駐車制動扭矩TP能夠滿足的駐車極限坡度α3(度)

4）車輛駐車坡度極限角 α 應為 α1、α2、α3三者最小值，

根據 GB12676要求，tgα≤18%（列車 12%）。

2 結束語

上述匹配計算包括的參數，基本包含了GB12676對中重型商用車的主要制動性能要求，且計算得到的數據基本與實測數據一致。因此如果按上述計算方法所得到的參數計算結果都符合要求，那么我們基本可以認為車輛的制動性能是合格的。

本計算方法簡單易行，通過簡單的培訓，設計人員能夠較容易地掌握其使用方法。當然，為了能更簡便計算，筆者推薦將其計算轉化為EXCEL格式。

［1］劉惟信.汽車制動系的結構分析與設計計算.清華大學出版社，2004,9.

［2］余志生.汽車理論[M].2 版.機械工業出版社，1989,4.