卡車的駐車制動力的計算

姜 帆（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

卡車的駐車制動力的計算

姜 帆
（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

摘 要：文章對4x2、4x4民用、軍用卡車的駐車制動力進行了討論，并依據GB 12676對民用卡車要在18%坡道停駐的要求和GJB1473對軍用卡車要在40%坡道停駐的要求，運用Matlab/Siumlink軟件編寫了計算程序對車輛的駐車制動力進行了校核。

關鍵詞：駐車制動力；坡道；Matlab

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.028

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-74-03

引言

GB 12676-1999(汽車制動系統結構、性能和試驗方法) 5.2.7.1中，要求民用卡車的駐車制動系統必須使滿載車輛停在18%坡道上（約10.2°上坡或下坡）。GJB1473（軍用汽車安全性標準）5.1.15中，要求軍用越野汽車在額定裝載質量和不帶掛車的條件下，使用駐車制動應能在40%的縱坡上（約21.8°），使汽車在向上和向下兩個方向均能可靠停住。本文對后橋裝配有駐車制動器的4x2、4x4的民用、軍用卡車此方面性能進行了理論推演，運用Matlab/Simulink軟件編寫了計算程序，在已知車輛滿載重量、軸距、重心位置、地面附著系數等參數，運行該程序可求得車輛駐車制動力所能停駐的坡度的坡道角度和所需駐車制動器制動力的大小。

1、計算推演

對于在后橋裝配有駐車制動器的4x4、4x2卡車，其坡道駐車制動能力取決于后橋上的駐車制動器的制動力和后橋輪胎與地面的附著條件。校核時預設地面附著系數為0.7，再比較車輛后橋駐車制動器的制動力與車輛所能提供的后橋輪胎附著力大小。當車輛駐車制動器制動力大于車輛后橋輪胎附著力時，選用車輛后橋附著力來計算車輛駐坡能力；當車輛駐車制動器制動力小于車輛后橋附著力時，選用車輛駐車制動器制動力來計算車輛駐坡能力，可知無論駐車制動器制動力有多大，坡道上車輛所能利用的最大有效駐車制動力為車輛后橋附著力。因此在計算車輛的極限駐車制動能力時，只需利用車輛后橋附著力來計算。駐坡狀態分為上坡和下坡兩種狀態，對于采用僅在后橋裝配駐車制動的車輛來說，兩種狀態中，車輛后橋的地面附著力是不同的，這就導致車輛在上坡和下坡兩種狀態下，停駐在坡道上的極限坡道角度是不同的。

1.1 上坡停駐-極限坡道角度計算

車輛上坡停駐時，以前橋接地點為原點，車輛在圖1中所示力的作用下處于受力平衡狀態，受力平衡方程式如下：

式中：Z1—前軸受地面反作用力，N；Z2—后橋受地面反作用力，N；L—軸距，m；L1—重心到前軸距離，m；L2—重心到后軸距離，m；Gα—車輛重量，N；α—坡道角度，°；hg—重心高度，m。

車輛重量計算公式如下：

式中：m—車輛質量，kg；g—重力加速度，9.8m/s2。

結合公式（1），車輛上坡過程中后橋附著力計算公式如下：

式中：Fβ2—后橋附著力，N；?—路面附著系數，計算時可取?=0.7。

由圖1可知，車輛在上坡坡道上能夠停駐的條件是：車輛的駐車制動力大于或者等于車輛自身重力在下坡方向的分力，而車輛在上坡時可利用的極限駐車制動力為車輛后橋附著力Fβ2，因此車輛的極限駐坡條件為：

由公式（3）、（4）計算得出：

車輛上坡時可以停駐的坡道角度α計算如下：

車輛上坡時可以停駐的極限坡道角度為：

1.2 下坡停駐-極限坡道角度計算

車輛下坡停駐時，以前橋接地點為原點，車輛在圖2中所示力的作用下處于受力平衡狀態，受力平衡方程式如下：

結合公式（7），車輛下坡過程中后橋附著力計算公式如下：

由圖2可知車輛在下坡坡道上能夠停駐的條件是：車輛的駐車制動力大于或者等于車輛自身重力在下坡方向的分力，而車輛在下坡時可利用的極限駐車制動力為車輛后橋附著力Fβ2，因此車輛的極限駐坡條件為：

由公式（8）、（9）計算得出：

車輛下坡時可以停駐的坡道角度α計算如下：

車輛下坡時可以停駐的極限坡道角度為：

1.3 小結

綜合車輛上、下坡極限坡道角度計算結果，對比公式（3）、（6）、（8）、（11）可知，對于只在后橋裝配有駐車制動器的4x4、4x2卡車，⑴上坡角度與下坡角度相同條件下，上坡時后橋附著力大于下坡時的后橋附著力；⑵車輛上坡時可以停駐的極限角度大于車輛下坡時可以停駐的極限角度。車輛下坡時能夠停駐的極限坡道角度，即代表該車在坡道上的極限駐坡能力；車輛在極限坡道角度條件下停駐在上坡道時后橋附著力的大小，即可用來校核車輛駐車制動器制動能力。

2、程序設計

2.1 編程

借助matlab/simulink編寫坡道駐車制動力及坡道角計算校核分析程序zzfx2.mdl，如圖3。輸入條件如表1，輸出內容如表2。

Cheliangxiahuali是車輛在坡道上（包括上坡和下坡）由重力分力Ggsinα引起的下滑力；podujiao是由極限下坡角計算得到，它代表著（僅在后橋裝有駐車制動器）4x4、4x2卡車的坡道駐車能力，僅與汽車軸距、重心位置、地面附著系數有關；xiapofuzhouli是車輛在下坡道上后橋輪胎上能達到附著力；

shangpofuzhuoli是車輛的上坡角等于podujiao時，車輛在上坡道上后橋輪胎上能達到附著力，整車駐車制動器制動力應不小于它，它是駐車制動力校核的依據；jc在podujiao不小于軍車21.8°坡道角時顯示為1，否則為0；mc在podujiao不小于民車10.2°坡道角時顯示為1，否則為0。

表1　輸入條件

表2　輸出顯示

2.2 舉例說明

某4x2民用卡車，其軸距2.9m，滿載質量15t，地面附著系數0.7，重心距前軸距離為1.4m，重心高度1.6m，重力加速度取10m/s2。

在matlab工作區輸入：

Gg=150000

b=0.7

L1=1.4

L=2.9

hg=1.6

運行程序zzfx2.mdl得到結果見圖4。

Podujiao顯示此車坡道極限停駐的坡道角為13.7度，滿足民用車GB12676標準要求，駐車制動力應不小于其后橋上坡附著力62970牛。

3、結論

卡車的駐車制動力是設計人員在制動系統設計中必須要考慮到的，軍用、民用卡車的此方面要求也略為不同。其整個計算推演較為冗繁，本文編寫了計算程序可大大簡化此類設計工作，提高工作效率。

參考文獻

[1] 張小虞.汽車工程手冊［M］.北京:人民交通出版社,2001.

[2] 劉惟信.汽車設計［M］.北京:清華大學出版社,2000.

The Calculation of Parking Brake Force on Trucks

Jiang Fan
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

Abstract:This paper discussed the parking brake force of the 4x2、4x4 civil and military trucks. Further, author wrote a program with Matlab/Simulink to check civil trucks parking brake system on slope 0f 18% according to Chinese Standard GB12676 and military trucks parking brake system on slope of 40% according to Chinese Military Standard GJB1473.

Keywords:parking brake force; rampway; Matlab/Simulink

作者簡介：姜帆，中級工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。

中圖分類號：U462.1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-74-03