汽車制動系統性能分析及優化設計

劉成

摘 要：汽車制動系統是汽車安全系統中關鍵的組成部分之一。其主要功能是控制汽車在停車時有一個穩定減速的過程，同時還可以讓汽車停止時不受坡道的影響而能夠在斜坡路面上停車。汽車制動系統中以氣壓動力制動最為常見，普遍應用于中重型卡車。該文首先對汽車制動系統的組成與分類進行介紹，研究汽車制動系統的工作原理，分析汽車制動性能，以卡車為研究對象優化設計其汽車軸間制動力的分配，使卡車制動系統能與整車之間進行良好的匹配。

關鍵詞：制動系統 氣壓動力制動 卡車 軸間制動力分配

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）-05（a）-0091-01

目前在中重型卡車上所應用的制動系統絕大部分都是使用氣壓制動系統，氣壓制動能夠使卡車這種大型車量在剎車到停車的過程有一個緩沖，以降低卡車行駛慣性。氣壓動力制動以制動閥、制動踏板等原件組成，卡車的氣壓自動裝置安裝在汽車后輪位置，通過氣壓控制強力彈簧對汽車進行制動。

1 汽車制動系統工作原理

汽車制動系統工作原理以氣壓制動裝置為例，當駕駛者未進行制動時，前后制動氣室分別經制動閥和快放閥與大氣相通，而與儲氣罐的壓縮空氣進行隔絕，此時汽車正常行駛。當駕駛者可以通過操作制動腳踏板控制制動閥時，制動閥切斷前后制動氣室與大氣相通的通道，同時接通儲氣罐的壓縮空氣通道，在壓縮空氣的氣流作用下使汽車的前后制動器與車輪產生摩擦，產生制動。

2 汽車制動性能分析

汽車制動性能主要從制動效能、恒定性和穩定性三個方面進行分析。

（1）制動效能。

汽車制動系統的功能是能夠讓汽車在行駛中迅速減速停止和使汽車可以停留在斜坡之上的裝置。因此，其制動效能的標準要求對汽車制動距離和制動減少時間符合汽車安全性能。

（2）恒定性。

汽車在高速行駛狀態下進行制動和汽車制動裝置連續工作或者長時間工作，其保持性能的恒定性是其主要的評測性能之一。

（3）穩定性。

汽車制動的效果要求在制動過程中，汽車不發生偏移、側滑、打轉等問題，所以汽車制動系統制動的穩定性對于汽車駕駛的安全非常關鍵。

3 汽車制動優化設計

卡車氣壓制動系統普遍存在壓力響應速度慢的問題，因此，在對汽車制動性能進行分析后，對于氣壓制動汽車制動優化目標可以確定為對氣壓響應速度和最大壓力的響應方面的優化。

（1）氣壓制動優化內容。

在氣壓制動系統中，分析其工作原理，在忽略漏氣情況下，其前后儲氣筒可視為恒壓源。由此可對其幾個基本部件進行建模，其中包括雙腔制動閥、繼動閥、制動氣室、氣壓管路四個部分。

雙腔制動閥：雙腔制動閥是制動系統中的主控，在駕駛員進行制動控制時，踏板信號經制動閥轉換成壓力信號。制動閥力學過程包括增加階段、保壓階段和減壓階段。制動閥模型以影響制動閥動態響應的參數為參數，包括：活塞回位彈簧剛度、閥門彈簧剛度和排氣間隙等。

繼動閥：繼動閥是制動閥與制動氣室連接的控制閥，其包含供氣口、出氣口、排氣口和控制氣口四個管路接口。

制動氣室：制動氣室控制室內氣壓進而推動推桿控制制動器。制動氣室控制方程為：

氣壓管路：氣壓管路為氣體壓力傳輸通道，管路控制方程為：

優化汽車制動系統的目標是提升氣壓制動系統的壓力響應速度和系統的最大壓力響應。根據氣壓制動系統優化內容確定優化模型參數，模型參數以重卡性能參數為例。

（2）氣壓制動優化設計。

系統優化選取3種仿真數據，進行比對分析，分別對充氣延長時間、排氣延長時間和最大穩定壓力進行優化比對。以計算氣壓制動充氣延長時間為例：

充氣延長時間計算：

充氣時間總和=（0.200+0.355+......+0.167）=5.933；

各水平充氣延長時間：

=（0.200+0.355+......+0.407）=3.322；

=（0.202+0.166+......+0.174）=1.480；

=（0.209+0.070+...

...+0.167）=1.131；

壓力響應速度優化：

目前，卡車壓力響應速度通常為0.5～0.9 s，這一速度使得卡車的制動距離過長，對于車輛制動的安全性具有一定的影響。

通過對氣壓制動優化模型參數的優化分析，在充氣延長時間上，制動閥下腔回位彈簧剛度、繼動閥回位彈簧剛度對充氣延時有重要影響，所以確定制動閥下腔回位彈簧剛度值取10N/mm，繼動閥回位彈簧剛度值取10N/mm。在排氣延長時間上制動閥下腔排氣間隙、繼動閥排氣間隙對排氣延遲時間有重要影響，所以確定制動閥下腔排氣間隙值取1.5mm、繼動閥排氣間隙間隙值取1.5mm。

最大壓力響應優化：

通過對氣壓制動優化模型參數的優化設計，氣壓制動系統最大壓力響應因素主要來自，前制動氣室容積、制動閥平衡彈簧強度和制動閥上腔排氣間隙。

經過優化模型演示經過優化的壓力響應速度可降低到0.3～0.5 s，起到了提升壓力響應速度優化的目的。

4 結語

該文對汽車制動系統共性能進行分析，以卡車氣壓制動系統結構和作用原理為模型進行制動系統性能優化，根據制動系統結構，優化內容包括：雙腔制動閥、繼動閥、制動氣室、氣壓管路。在對其進行優化時，優化的標準是提升氣壓制動系統的壓力響應速度和系統的最大壓力響應，通過模擬優化結果對提升汽車的制動性能具有一定的可行性。

參考文獻

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