軸間差速鎖對(duì)重型越野車(chē)駐車(chē)能力的影響

朱丹陽(yáng)

（大運(yùn)汽車(chē)股份有限公司，山西 運(yùn)城 044000）

前言

制動(dòng)系統(tǒng)是保證車(chē)輛安全性的最關(guān)鍵部分，對(duì)于不同車(chē)輛有不同的要求，乘用車(chē)在良好的公路上行駛，公路的設(shè)計(jì)坡度較低，一般在3%到10%之間，對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)主要要求的是制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離。而越野車(chē)，尤其是專用重型越野車(chē)，通常在較差路面上行駛，會(huì)遇到坡度較大的坡道，可能還會(huì)牽引掛車(chē)，因此駐車(chē)能力顯得十分重要，車(chē)輛在滿載或空載，上坡或下坡時(shí)，制動(dòng)性能會(huì)受到影響，每種情況都要進(jìn)行分析。

越野車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)方式為全輪驅(qū)動(dòng)，必然會(huì)配有軸間差速器，差速器內(nèi)設(shè)置有差速鎖，車(chē)輛要停在一定坡度的坡道上，依靠后橋上的駐車(chē)制動(dòng)器進(jìn)行駐車(chē)，假設(shè)此時(shí)后橋的地面附著力較小，小于駐車(chē)制動(dòng)器的最大制動(dòng)力，也就是說(shuō)制動(dòng)器制動(dòng)力沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)，還有一部分制動(dòng)力可被利用，如果軸間差速器不鎖止，前后橋之間可以有轉(zhuǎn)速差，后橋駐車(chē)制動(dòng)器剩余的制動(dòng)力無(wú)法作用于前橋，若前橋車(chē)輪滾動(dòng)，則無(wú)法阻止，如果軸間差速器鎖止，整車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)剛性連接為一體，后橋駐車(chē)制動(dòng)器便可對(duì)前橋起作用，既制動(dòng)器能利用到整車(chē)的地面附著力，駐車(chē)能力得到提升。下面將具體分析鎖止軸間差速器對(duì)車(chē)輛駐車(chē)能力的提升程度，以便駕駛員判斷在不同狀況下是否要鎖止。

1 車(chē)輛概況

本文以一輛重型越野運(yùn)輸車(chē)為研究對(duì)象，該車(chē)驅(qū)動(dòng)形式為6×6，前單橋，后雙橋（以下分別稱為“后一橋”和“后二橋”），制動(dòng)系統(tǒng)為氣壓制動(dòng)，駐車(chē)方式為機(jī)械駐車(chē)，在雙后橋各車(chē)輪上裝有彈簧儲(chǔ)能制動(dòng)氣室。前橋與后一橋之間有分動(dòng)器，分動(dòng)器與后一橋內(nèi)有軸間差速器及差速鎖，差速鎖類型為氣動(dòng)強(qiáng)制鎖止式，在駕駛室內(nèi)有相應(yīng)的開(kāi)關(guān)，可以控制鎖止或解鎖。

2 車(chē)輛模型的簡(jiǎn)化與相關(guān)參數(shù)

2.1 車(chē)輛模型的簡(jiǎn)化

后一橋與后二橋設(shè)計(jì)軸荷相近，為便于計(jì)算，將三軸車(chē)模型簡(jiǎn)化為兩軸車(chē)模型，見(jiàn)圖1。

圖1 三軸車(chē)簡(jiǎn)化為兩軸車(chē)

滿載時(shí)：

空載時(shí)：

其中，a為整車(chē)質(zhì)心到前軸的距離；

b 為整車(chē)質(zhì)心到后軸的距離；

L 為軸距；

hg為整車(chē)質(zhì)心高度。

2.2 其它相關(guān)參數(shù)

滿載總質(zhì)量m1=22615kg；

空載總質(zhì)量m2=15650kg；

車(chē)輪靜力半徑r=0.62m；

單橋駐車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力矩Tμ=27850N·m

路面附著系數(shù)φ=0.65。

3 最大駐車(chē)坡度計(jì)算

3.1 上坡和下坡時(shí)的受力分析

車(chē)輛的駐車(chē)能力既取決于制動(dòng)器制動(dòng)力的大小，又取決于地面附著力的大小，制動(dòng)器制動(dòng)力是不會(huì)超過(guò)地面附著力的，因此，為了知道實(shí)際駐車(chē)時(shí)克服下滑力的地面制動(dòng)力，要計(jì)算軸荷，進(jìn)而算出附著力，并與制動(dòng)器制動(dòng)力的大小進(jìn)行對(duì)比。

車(chē)輛在一定坡度坡道上駐車(chē)，自身的重力可分解為Gsinα 和Gcosα，Gsinα是使車(chē)輛滑下坡道的下滑力，Gcosα是車(chē)輛對(duì)坡道的法向壓力。

上坡、下坡的具體受力分析，見(jiàn)圖2、圖3：

圖2 上坡受力分析

圖3 下坡受力分析

由于車(chē)橋的軸荷大小與地面對(duì)車(chē)橋的支撐力相等，所以下文中用地面對(duì)后橋的支撐力Fz2表示后橋軸荷。

上坡時(shí)，前橋部分軸荷向后橋轉(zhuǎn)移，后橋軸荷比在平地上時(shí)會(huì)增加，根據(jù)理論力學(xué)中的力矩平衡原理，求后橋的軸荷Fz2：

下坡時(shí)，后橋部分軸荷向前橋轉(zhuǎn)移，同理，求后橋的軸荷Fz2：

車(chē)輛停在坡道上，由后橋駐車(chē)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力Fμ來(lái)克服下滑力Gsinα，即

滿載時(shí)的重力：

空載時(shí)的重力：

駐車(chē)制動(dòng)器最大制動(dòng)力：

3.2 滿載上坡時(shí)的最大駐車(chē)坡度

（1）不鎖止軸間差速鎖

車(chē)輛在平地上，求后橋附著力：

后橋附著力比制動(dòng)器制動(dòng)力略小，上坡時(shí)由于前橋軸荷向后橋轉(zhuǎn)移，后橋附著力有可能會(huì)大于制動(dòng)器制動(dòng)力。

假設(shè)后橋附著力大于制動(dòng)器制動(dòng)力，即全部的制動(dòng)器制動(dòng)力都用來(lái)克服下滑力，可得：

此時(shí)，后橋的地面附著力：

可見(jiàn)，后橋地面附著力大于制動(dòng)器制動(dòng)力，假設(shè)成立，最大駐車(chē)坡度為44.3%。

（2）鎖止軸間差速鎖

駐車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力全部被利用，故鎖止軸間差速鎖后最大駐車(chē)坡度與不鎖止時(shí)相同，也是44.3%。

3.3 空載上坡時(shí)的最大駐車(chē)坡度

（1）不鎖止軸間差速鎖

假設(shè)全部的駐車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力都用來(lái)克服下滑力，可得：

此時(shí)，整車(chē)的地面附著力：

整車(chē)的地面附著力小于制動(dòng)器制動(dòng)力，后橋的地面附著力也一定小于制動(dòng)器制動(dòng)力，假設(shè)不成立，說(shuō)明制動(dòng)器制動(dòng)力只有部分被利用，這是因?yàn)槭艿搅烁街Φ南拗疲藭r(shí)的地面制動(dòng)力等于后橋的地面附著力，即：

最大駐車(chē)坡度為34.3%。

（2）鎖止軸間差速鎖

因?yàn)檎?chē)的地面附著力小于制動(dòng)器制動(dòng)力，所以此時(shí)的最大地面制動(dòng)力為整車(chē)附著力，即由整車(chē)附著力來(lái)克服下滑力。

最大駐車(chē)坡度為65%。

3.4 滿載下坡時(shí)的最大駐車(chē)坡度

（1）不鎖止軸間差速鎖

由3.2 可知，車(chē)輛在平地上后橋附著力比制動(dòng)器制動(dòng)力小，下坡時(shí)后橋軸荷還要向前橋轉(zhuǎn)移，后橋附著力一定是小于制動(dòng)器制動(dòng)力的，因此，最大地面制動(dòng)力為后橋附著力。

最大駐車(chē)坡度為30.9%。

（2）鎖止軸間差速鎖

鎖止軸間差速鎖后，車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)變?yōu)閯傂赃B接，整車(chē)附著力都能被利用，無(wú)論是上坡還是下坡，都有相同的駐車(chē)能力，因此，滿載下坡鎖止軸間差速鎖時(shí)的最大駐車(chē)坡度與滿載上坡鎖止軸間差速鎖時(shí)是相同的，也是44.3%。

3.5 空載下坡時(shí)的最大駐車(chē)坡度

（1）不鎖止軸間差速鎖

空載下坡時(shí)，后橋附著力一定是小于制動(dòng)器制動(dòng)力的，因此，最大地面制動(dòng)力為后橋附著力。

最大駐車(chē)坡度為23.4%。

（2）鎖止軸間差速鎖

由3.4（2）中的分析可知，空載下坡鎖止軸間差速鎖的最大駐車(chē)坡度與空載上坡鎖止軸間差速鎖時(shí)是相同的，也是65%。

4 結(jié)論

統(tǒng)計(jì)以上各最大駐車(chē)坡度計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 最大駐車(chē)坡度計(jì)算結(jié)果

通過(guò)表格數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論：

（1）車(chē)輛滿載上坡時(shí)，不鎖止軸間差速鎖與鎖止時(shí)最大駐車(chē)坡度相同， 駕駛員可不鎖止；

（2）其余情況，鎖止軸間差速鎖后，最大駐車(chē)坡度均有較大提升，其中，空載上、下坡時(shí)提升十分明顯，駕駛員要在較大坡度坡道上駐車(chē)時(shí)應(yīng)提前鎖止軸間差速鎖；

（3）駕駛員要在較小坡度坡道上駐車(chē)時(shí)，可參考表1中各種情況下不鎖止軸間差速鎖時(shí)的最大駐車(chē)坡度，若實(shí)際駐車(chē)坡度比表中數(shù)據(jù)小，可選擇不鎖止軸間差速鎖。