商用車制動(dòng)系統(tǒng)匹配試驗(yàn)

劉迪

摘要：汽車制動(dòng)系統(tǒng)是用以強(qiáng)制行駛中的汽車減速或停車、使下坡行駛的汽車車速保持穩(wěn)定以及使已停駛的汽車在原地駐留不動(dòng)的機(jī)構(gòu)。制動(dòng)系統(tǒng)是汽車重要組成之一，是保證車上乘客生命的最重要安全保障，尤其是商用車，交通道路狀況復(fù)雜，超載情況嚴(yán)重，一旦制動(dòng)系統(tǒng)失效或滿足不了要求，造成的損失將不可估量，這就對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性要求更高。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)系統(tǒng)；安全；可靠性

前言

汽車在山區(qū)道路行駛時(shí)，由于采用主制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)，制動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間工作，熱負(fù)荷量非常大，如果無(wú)法及時(shí)將熱能釋放給周圍環(huán)境，制動(dòng)器過(guò)熱就會(huì)致使制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄的溫度迅速升高。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，制動(dòng)器將部分失去制動(dòng)效能，嚴(yán)重時(shí)危機(jī)人身安全。國(guó)內(nèi)，長(zhǎng)期以來(lái)靠駕駛員經(jīng)常給輪轂澆水，實(shí)施強(qiáng)制冷卻來(lái)滿足汽車連續(xù)下長(zhǎng)坡的制動(dòng)要求。這種方法一方面可靠性不高，另一方面在冬季行駛時(shí)也直接影響到后續(xù)車輛的安全性，更避免不了由于冷卻不均勻而使局部熱應(yīng)力過(guò)大引起的制動(dòng)轂損壞。這種路況下，整車配備輔助制動(dòng)顯得尤為重要。輔助制動(dòng)系統(tǒng)不僅有強(qiáng)勁的制動(dòng)力矩，而且大大減少了制動(dòng)器的磨損，很好的解決了此問(wèn)題，提高了車輛的行駛安全性及舒適性。

1國(guó)內(nèi)中重型商用車制動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

我國(guó)中重型商用車制動(dòng)系統(tǒng)主要是在引進(jìn)的斯太爾技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)提升，技術(shù)水平相對(duì)落后。早在2003年GB/T13594法規(guī)中就對(duì)商用車ABS系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)強(qiáng)制規(guī)定，當(dāng)時(shí)沒(méi)有很好地實(shí)施。到2011年，我國(guó)商用車事故頻發(fā)，國(guó)家工信部對(duì)各大主機(jī)廠，比如一汽、二汽、重汽、陜汽、福田，以及客車廠包括宇通在內(nèi)都加強(qiáng)了法規(guī)實(shí)施力度。2012年頒布的《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》GB7258中對(duì)商用車ABS的強(qiáng)制性安裝法規(guī)被推遲到14年9月1日起實(shí)施。屆時(shí)GB7258中約定的所有商用車種都必須安裝ABS。近年來(lái)，我國(guó)加大了對(duì)汽車零部件行業(yè)支持的力度。“汽車關(guān)鍵零部件開(kāi)發(fā)制造”被列入了《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄（2000年修訂）》。2005年4月1日起執(zhí)行的《構(gòu)成整車特征的汽車零部件進(jìn)口管理辦法》規(guī)定，“對(duì)具有整車特征的進(jìn)口零部件將按整車征稅。其中對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)（制動(dòng)主缸或氣制動(dòng)閥、助力器總成、前制動(dòng)器總成、后制動(dòng)器總成、防抱制動(dòng)系統(tǒng)ABS的閥體和ECU總成）達(dá)到或超過(guò)進(jìn)口件總界定數(shù)量4，即視為構(gòu)成總成（系統(tǒng)）特征”。該規(guī)定有利于提高汽車制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化率，而且跨國(guó)汽車公司和零部件企業(yè)為了減少進(jìn)口關(guān)稅，降低成本，也將增大在我國(guó)的生產(chǎn)、采購(gòu)份額。2006年12月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于汽車工業(yè)結(jié)構(gòu)整意見(jiàn)的通知》，該政策的實(shí)施有利于汽車零部件行業(yè)的有序發(fā)展及結(jié)構(gòu)調(diào)整。傳統(tǒng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)和電子化技術(shù)的結(jié)合，將是未來(lái)汽車制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。

2制動(dòng)系統(tǒng)的種類

2.1電渦流緩速器制動(dòng)

電渦流緩速器是根據(jù)電磁原理設(shè)計(jì)而成的。當(dāng)緩速器工作時(shí)，線圈通電產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)；轉(zhuǎn)子隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，在磁場(chǎng)中切割磁力線，使轉(zhuǎn)子盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生渦電流，渦電流的磁場(chǎng)和定子線圈磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生阻力矩，從而達(dá)到緩速的效果。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)其工作原理為改變發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門(mén)的配氣相位，使車輛減速。當(dāng)活塞接近壓縮沖程頂部位置時(shí)該裝置打開(kāi)氣缸排氣門(mén)，將壓縮的氣缸氣體釋放到排氣系統(tǒng)中。壓縮氣體的壓力降低到大氣壓，從而阻止了能量返回到做功沖程的氣缸活塞上。由于排氣是發(fā)生在壓縮過(guò)程中，氣缸氣體在做功沖程中并沒(méi)有返回，因此其結(jié)果就是能量的凈損失，從而達(dá)到制動(dòng)的效果。

2.3排氣制動(dòng)

排氣制動(dòng)又名蝶閥制動(dòng)，原理其結(jié)構(gòu)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些。駕駛員使用蝶閥制動(dòng)后，蝶閥轉(zhuǎn)動(dòng)將排氣管堵死，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)形成可控的背壓力，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程的功率消耗，迫使發(fā)動(dòng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)降低車速的目的。

2.4輔助制動(dòng)聯(lián)動(dòng)

隨著商用車技術(shù)的不斷發(fā)展和道路條件的改善，車輛行駛速度不斷提高，要求車輛的制動(dòng)力矩也不斷的增加。但是單一的制動(dòng)功率有限，且隨變速箱檔位的增加制動(dòng)扭矩大幅度減小，無(wú)法滿足車輛在一定速度范圍內(nèi)連續(xù)下坡行駛時(shí)的持續(xù)制動(dòng)要求。所以采用各輔助制動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合作用的方案已成為商用車持續(xù)制動(dòng)方式的一種合理有效的辦法。

3商用車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

中重型商用車制動(dòng)方案設(shè)計(jì)主要包括行車、駐車制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)，法規(guī)校核；制動(dòng)器特性校核；儲(chǔ)氣筒容量計(jì)算、校核等方面內(nèi)容。其中，行車制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)是利用前后制動(dòng)器的初選配置參數(shù)以及整車質(zhì)心輸入、懸架剛度、車輪滾動(dòng)半徑等強(qiáng)相關(guān)參數(shù)輸入確定前后制動(dòng)理想制動(dòng)力分配曲線，ECE法規(guī)曲線等進(jìn)行校核。駐車制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)時(shí)利用前后制動(dòng)器的初選配置參數(shù)以及整車質(zhì)心輸入轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)、車輪滾動(dòng)半徑等強(qiáng)相關(guān)參數(shù)確定空滿載、上下坡等工況下最大駐坡角度。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)空壓機(jī)參數(shù)、儲(chǔ)氣筒初選容積校核制動(dòng)次數(shù)，打氣時(shí)間。最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，合理布置閥類位置，使用合理規(guī)格管路，使整車滿足法規(guī)要求反應(yīng)時(shí)間，制動(dòng)性能。各種閥類接頭需按照新頒布的國(guó)標(biāo)和企標(biāo)進(jìn)行選型，在制動(dòng)原理設(shè)計(jì)上需要滿足整車設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的相關(guān)要求。

4制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算

4.1等效雙軸車行車制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算

等效雙軸車即兩軸車型或者是后雙橋?yàn)槠胶鈶壹艿能囆汀Ｆ溆嘬囆鸵?jiàn)氣室輸出力匹配計(jì)算。

a）前、后制動(dòng)制動(dòng)力分配匹配

制動(dòng)力分配是制動(dòng)設(shè)計(jì)重要一環(huán)，直接影響制動(dòng)性能，如果匹配不好，會(huì)產(chǎn)生跑偏、甩尾等嚴(yán)重后果。制動(dòng)力分配需要整車提供質(zhì)心的較準(zhǔn)確參數(shù)，結(jié)合制動(dòng)器輸出力，通過(guò)固定比值制動(dòng)器制動(dòng)力以及理論制動(dòng)力分配對(duì)制動(dòng)器制動(dòng)力分配進(jìn)行匹配分析。

1）固定比值制動(dòng)器制動(dòng)力

根據(jù)前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配，載荷情況及道路附著系數(shù)和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，有以下三種情況，前輪先抱死拖滑，失去轉(zhuǎn)向能力，可能會(huì)跑偏；后輪先抱死拖滑，可能會(huì)甩尾；同時(shí)抱死拖滑，是理想工況，但失去轉(zhuǎn)向能力。固定比值制動(dòng)器制動(dòng)力車型，只有在特定的地面附著系數(shù)時(shí)，才有可能出現(xiàn)第三種情況，此問(wèn)題通過(guò)下面同步附著系數(shù)進(jìn)行分析。

β=（1）

=（2）

式中：

β——制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)；

——前制動(dòng)器制動(dòng)力，N；

——后制動(dòng)器制動(dòng)力，N。

2）理想制動(dòng)器制動(dòng)力分配

由于固定比值制動(dòng)器制動(dòng)力車型在同一路面行駛，只有某一特定附著系數(shù)路面才能前后車輪同時(shí)抱死拖滑，所以理想制動(dòng)器制動(dòng)力分配只能是非固定比值制動(dòng)器制動(dòng)力，具體見(jiàn)下面分析。

需要滿足同時(shí)抱死，則需要同時(shí)滿足：

=ψFz1...（3）

=ψFz2...（4）

式中：

ψ——地面附著系數(shù)；

Fz1——地面對(duì)前輪反向作用力，N；

Fz2——地面對(duì)后輪反向作用力，N。

由于現(xiàn)在社會(huì)車速越來(lái)越快，甩尾成為較嚴(yán)重工況，所以一般情況下，同步附著系數(shù)需要大于0.6，首先可以簡(jiǎn)單的通過(guò)調(diào)節(jié)制動(dòng)器輸出力來(lái)調(diào)節(jié)同步附著系數(shù)，其中由于輪輞大小固定，制動(dòng)器形式固定，所以一般可更改的只有制動(dòng)氣室有效作用面積，也就是氣室大小，其次是通過(guò)感載比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

結(jié)束語(yǔ)

總之，根據(jù)試驗(yàn)的進(jìn)一步匹配計(jì)算。因制動(dòng)失效造成了眾多交通事故案例的發(fā)生，制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平與人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)細(xì)化匹配計(jì)算并與試驗(yàn)相結(jié)合，合理的對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳倩.商用車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真研究[J].吉林大學(xué).2015.

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