重型載貨汽車輔助制動應(yīng)用綜述

侯永紅，王海金，王瑞鑫，黃建華，郭成杰

（北奔重型汽車集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭014030）

綜 述

重型載貨汽車輔助制動應(yīng)用綜述

侯永紅，王海金，王瑞鑫，黃建華，郭成杰

（北奔重型汽車集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭014030）

在重型載貨汽車在頻繁制動或長時間持續(xù)制動時,為了提高車橋制動器使用壽命和制動效能,采用了輔助制動系統(tǒng)。本文就目前在載貨車上常用的發(fā)動機(jī)排氣制動、發(fā)動機(jī)制動和液力緩速器輔助制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了介紹，并對比了幾種輔助系統(tǒng)的優(yōu)劣性，可以為后續(xù)載貨車使用輔助制動系統(tǒng)性能的改進(jìn)提供幫助。

輔助制動系統(tǒng)；緩速器；結(jié)構(gòu)原理

CLC NO.:U469.2Document Code:BArticle ID:1671-7988(2015)07-120-03

引言

隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展,汽車性能已在傳統(tǒng)的行駛、轉(zhuǎn)向、制動性能等基礎(chǔ)上有了很大提高。良好的制動性能是汽車安全行駛的重要保障。傳統(tǒng)汽車制動方式是采用在車輪上安裝機(jī)械式摩擦制動器,但這種摩擦式車輪制動器存在一個重大缺陷:頻繁或長時間制動會造成制動鼓(盤)和摩擦片(即制動襯片)過熱,導(dǎo)致制動效能衰退,甚至制動失效,從而引起重大交通事故，成為突發(fā)性事故主要原因之一。而在歷年的全國交通事故統(tǒng)計中，貨車發(fā)生的交通事故的原因分析中，車輛機(jī)械故障中的制動因素占到了非常高的比例統(tǒng)計,也說明了制動系統(tǒng)的重要性。制動系統(tǒng)的影響對城市公交車和長年行駛在山區(qū)的載重汽車與長途大客車尤為突出。

因此，在新版國家標(biāo)準(zhǔn)中要求車長大于9m的客車（對專用校車為車長大于8m）、總質(zhì)量大于等于12000kg的貨車和專項作業(yè)車、所有危險貨物運(yùn)輸車，應(yīng)裝備緩速器或其他輔助制動裝置，輔助制動裝置的性能要求應(yīng)使汽車能通過GB12676中規(guī)定的Ⅱ型或ⅡA型試驗。

1、載貨車用輔助制動系統(tǒng)的型式

汽車常用輔助制動裝置有以下幾種類型: 排氣制動器、發(fā)動機(jī)制動器、緩速器等。前兩種制動器只適用于柴油發(fā)動機(jī), 后兩種對發(fā)動機(jī)類型無限制條件。由于結(jié)構(gòu)和工作原理不同, 制動特性也不盡相同, 輔助制動裝置的應(yīng)用可以切實(shí)改變我國汽車制動技術(shù)落后現(xiàn)狀, 正確選用輔助制動裝置可以有效分流行車制動器的負(fù)荷、提高制動穩(wěn)定性以及抗熱衰退性。

載貨車由于使用工況的特殊性，目前比較成熟且在載貨車上使用較多的是:排氣制動、發(fā)動機(jī)制動和液力緩速器三種制動方式。

2、輔助制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.1 排氣制動

汽車在掛檔前進(jìn)時，對發(fā)動機(jī)停止供油，汽車前進(jìn)的慣性力通過驅(qū)動輪和傳動系反帶發(fā)動機(jī)曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這樣，發(fā)動機(jī)就像空氣壓縮機(jī)那樣，對汽車起到了緩速的作用。所謂排氣制動過程在傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)排氣(管)制動(EGB)基礎(chǔ)上,采用發(fā)動機(jī)排氣門制動(EVB)裝置(功能),憑借發(fā)動機(jī)四沖程工作循環(huán)中各類機(jī)械阻力和缸內(nèi)氣壓對活塞的反作用力而產(chǎn)生發(fā)動機(jī)輔助制動效能。發(fā)動機(jī)排氣(管)制動(EGB)是在車輛下長坡行駛過程中, 駕駛?cè)烁鶕?jù)需要操縱排氣制動開關(guān)使蝶形閥關(guān)閉排氣管道，聯(lián)動切斷發(fā)動機(jī)燃油供給，同時將變速器掛入某一前進(jìn)擋,離合器接合,使發(fā)動機(jī)活塞在排氣沖程中受到氣體的反向壓力，阻止發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生制動效果,通過消耗車輛的機(jī)械能，以達(dá)到控制車輛行駛速度的目的。發(fā)動機(jī)排氣(管)制動(EGB)裝置見圖l。

電磁氣壓控制的排氣制動裝置是最常見的形式。圖2所示為電磁-氣控排氣制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由排氣制動開關(guān)、離合器開關(guān)、加速踏板開關(guān)、電磁閥、氣缸和蝶形閥等組成。根據(jù)行車需要接通排氣制動開關(guān)，抬起油門踏板和離合器踏板，使相應(yīng)的開關(guān)都接通，電磁閥才打開氣路，來自貯氣筒的壓縮空氣推動氣缸活塞，使蝶形閥關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)排氣制動，若關(guān)閉排氣制動開關(guān)，電磁閥就切斷來自貯氣筒的壓縮空氣，氣缸活塞在彈簧力的作用下復(fù)位，打開蝶形閥，解除排氣制動。當(dāng)駕駛員抬起油門踏板和離合器踏板而使電磁閥線圈通電時，閥被吸引，克服彈簧的彈力上移，打開氣路，推動蝶形閥關(guān)閉[1]。

2.2 發(fā)動機(jī)排氣制動系統(tǒng)原理

發(fā)動機(jī)緩速器的工作原理與目前大量應(yīng)用的EVB 相似，首先切斷對發(fā)動機(jī)缸體的燃油噴射，切斷動力輸出，使發(fā)動機(jī)成為拖曳整車前進(jìn)的“阻力”，以降低車速，但在切斷燃油噴射后，發(fā)動機(jī)緩速器較EVB有很大的技術(shù)提升。

發(fā)動機(jī)緩速器則是在壓縮行程完成前的瞬間打開排氣門，將活塞缸內(nèi)的高壓氣排出后又瞬間關(guān)閉排氣門，使活塞缸內(nèi)氣壓接近于大氣壓，將做功行程轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)功行程，如圖3 所示。

四沖程發(fā)動機(jī)的4 個工作行程是:吸氣、壓縮、做功（膨脹）、排氣周而復(fù)始，其中只有做功行程是燃料燃燒、膨脹釋放能量，其他3個行程均需消耗能量，其中以壓縮行程消耗能量最大，相比而言進(jìn)氣和排氣行程消耗的能量很小。減速時，停止向發(fā)動機(jī)供油，發(fā)動機(jī)就變成消耗能量的機(jī)器（反拖），可以使整車減速，但此時仍然在重復(fù)前述4個行程。如果發(fā)動機(jī)排氣輔助制動裝置在此時開啟并發(fā)揮作用，與前述不同的是其做功行程由燃料燃燒膨脹釋放能量做功變成壓縮行程終了時的壓縮氣體做功，以此阻止發(fā)動機(jī)減速和向外輸出功率，但這種輔助制動效能雖然容易實(shí)現(xiàn)，但效果十分有限。Jake Brake 發(fā)動機(jī)輔助制動裝置正是基于解決這一問題，設(shè)置了氣門控制機(jī)構(gòu)，通過控制排氣門的開閉，將壓縮終了的氣體排出，消除了壓縮氣體在膨脹行程中的做功。吸氣、壓縮行程與正常工作時相同，但在壓縮行程終了時，發(fā)動機(jī)輔助制動裝置控制排氣門打開，將壓縮氣體排出后關(guān)閉，這樣在膨脹行程時，氣缸內(nèi)壓力很低，不存在壓縮氣體向活塞做功。

發(fā)動機(jī)緩速器結(jié)構(gòu)見圖4,主要由緩速器本體、電磁閥、控制閥、調(diào)節(jié)螺釘、從動活塞和主動活塞等主要零部件組成。緩速器本體的作用是將發(fā)動機(jī)緩速器的主要零部件集成為一個總成。電磁閥主要起導(dǎo)通或截斷發(fā)動機(jī)機(jī)油的作用。控制閥是在發(fā)動機(jī)緩速器工作時產(chǎn)生低壓油區(qū)和高壓油區(qū)的工作閥。從動活塞是發(fā)動機(jī)緩沖器工作執(zhí)行元件。主動活塞作用是在高壓油區(qū)產(chǎn)生高壓。從動活塞與發(fā)動機(jī)排氣門丁字形壓板的間隙由調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)。

2.3 緩速器制動

液力緩速器制動力矩的大小取決于工作腔內(nèi)的油壓和油量，以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽車下坡時，汽車在重力作用下滑行，使液力緩速器的轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)。液力緩速器的主要零件是固定葉輪和旋轉(zhuǎn)葉輪，一般安裝在變速器處。當(dāng)汽車需要緩速時，汽車通過驅(qū)動橋和變速器等反帶液力緩速器的旋轉(zhuǎn)葉輪轉(zhuǎn)動，固定葉輪通過流動的液體對旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生阻力矩，使汽車緩速。在車輛的應(yīng)用中，液力緩速器通常連接在車輛萬向軸動力輸入端軸上。駕駛員操縱方向盤旁的按鈕和氣動閥門便可控制液力緩速器的充液量，按需要施加不同的制動力矩來限制下行速度或減速制動，從而確保車輛在山區(qū)道路的安全行駛，并在制動過程中平穩(wěn)減速。液力緩速器所轉(zhuǎn)化的熱量可與發(fā)動機(jī)熱量一起通過車輛冷卻水箱里的水和風(fēng)扇的氣流帶走。

液力緩速器一般裝在液力機(jī)械變速器的后端。從結(jié)構(gòu)上看是兩個背靠背的液力耦合器，如圖6所示。兩個耦合器的泵輪做成一體，連接在變速器的第一軸上，稱為液力緩速器的轉(zhuǎn)子。兩個渦輪則是固定不動的（即殼體2和蓋4），稱為液力緩速器的定子。鑄鋁的轉(zhuǎn)子3上鑄出兩排葉片A，轉(zhuǎn)子上有三處開孔，用以平衡兩腔的油壓。蓋4和殼體2上有固定葉片8。

3、結(jié)論

從各種輔助制動系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)分析，可以看出:

由于排氣輔助制動系統(tǒng)的使用，可以有效的減少行車制動系統(tǒng)的使用頻率，減少制動系統(tǒng)（制動盤、制動鼓）的磨損，可以有效的節(jié)約維護(hù)成本、提高行車安全性；輔助制動裝置是連續(xù)制動的，在制動過程中不會產(chǎn)生沖擊，可以提高整車的舒適性。

輔助制動系統(tǒng)的使用，也有利于環(huán)保。因為摩擦過程中會產(chǎn)生很多的粉塵，在高溫環(huán)境下，容易形成不利于人體健康的有害物質(zhì)。

輔助制動系統(tǒng)的使用已成為重型載貨車技術(shù)發(fā)展必然趨勢，雖然不同形式的輔助系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)不盡相同，但都有利于提升制動性能。隨著，技術(shù)的進(jìn)步，可以采用不同輔助系統(tǒng)的聯(lián)合使用，將進(jìn)一步提升制動功率，滿足更高制動性能的要求，提升重型載貨車的安全指標(biāo)。

[1] 朱會田．汽車輔助系統(tǒng)綜述［J］．重型汽車，2008.6．

[2] 湯沛等．提高汽車主動安全性的新技術(shù)-輔助制動裝置［J］.中國農(nóng)機(jī)化，2008.1．

[3] 李玉生等．基于E V 的B重型商用車輛輔助制動性能分析研究.2013年汽車工程學(xué)會李論文集.2013.

Review of auxiliary braking technologies of Rigid

Hou Yonghong, Wang Haijin, Wang Ruixin, Huang Jianhua, Guo Chengjie
( Bei Ben Heavy-Duty Truck Group Co., Ltd., Neimenggu Baotou 014030 )

in order to improve the service life and braking ability of main brake for commercial rigid during frequent or prolonged braking, Using the auxiliary braking.Then the structure, working principle and braking performance o f exhaust brake, engine brake, eddy current retarder and hydraulic retarder are expounded, and their advantages and disadvantages are compared, which is helpful to the development of rigid braking technology and the improvement o f overall performance o f rigid.

auxiliary braking; retarder; Structure principle

U469.2

B

1671-7988(2015)07-120-03

侯永紅，就職于北奔重型汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)中心。