掛車氣制動系統響應時間測試系統設計與實現

中汽研汽車檢驗中心（武漢）有限公司 蔡博 危大波 鄭華康 伍麗娜

掛車氣制動響應時間是評價其制動系統性能的重要指標，直接關系到行車安全性。通過分析掛車氣制動系統結構和原理，針對GB 12676-2014《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》標準中掛車制動響應時間性能要求，設計了掛車氣制動系統響應時間檢測系統，經過測試試驗驗證，測試系統滿足標準GB 12676中的要求，為掛車氣制動系統響應時間測試及設備研制提供了參考。

交通運輸和物流是支撐我國經濟社會發展的基礎性產業，在促進國民經濟發展中具有重大作用。近年來，我國城市交通運輸和物流業的快速發展，大大促進了掛車運輸行業的技術發展與產業進步[1 2]。掛車在實際行駛過程中，因其載重大、制動系統控制管路長等原因，導致行駛慣性大，牽引車輛和掛車制動時間不協調，從而造成嚴重的道路安全事故。

目前，商用車輛和掛車的制動主要采用常規氣壓制動，但我國很多半掛車氣制動系統普遍存在著氣壓延遲等問題，氣制動響應時間延長，掛車制動距離增大，直接影響半掛車制動性能。為確保掛車行駛過程中的制動有效性，GB 12676-2014 《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》中明確要求了掛車“緊急制動時，從開始促動控制裝置至最不利的車軸上的制動力達到相應的規定制動效能所經歷的時間不應超過0.6s”。本文在研究分析掛車氣制動系統結構與工作原理的基礎上，結合G B 12676標準中對掛車制動響應時間性能檢測要求，對掛車氣制動系統響應時間檢測系統進行方案設計，并利用試驗，驗證了設計方案。

掛車氣制動系統

目前，國內掛車制動系統主要由紅色供能管路、黃色控制管路、繼動閥以及ABS控制器

圖1 半掛車氣制動工作原理圖

制動過程分為三個階段：（1）當制動踏板踩下時，控制管路中壓縮空氣推動繼動閥打開閥門；（2）繼動閥打開后，掛車儲氣筒壓縮空氣進入制動氣室；（3）制動氣室中壓縮空氣推動制動桿，制動桿行程逐漸增大，車輛進行行車制動。

測試要求和方法

掛車制動系統的氣制動響應時間測量與試驗方法主要參考標準GB 12676-2014與ECE R13《M、N和O類車輛制動系統型式認證的統一規定》，兩者對制動反應時間的要求及測試方法基本一致，都明確規定了商用車輛和掛車制動系統的試驗方法，對氣制動系統車輛響應時間的測量方法也做了詳細描述，可以更加客觀、規范地評價掛車制動系統性能[4、5]，其主要要求如下：

a.行車制動系統安全或部分依靠駕駛員體力以外的其他能源的車輛，緊急制動時，從開始觸動控制裝置至最不利的車軸上的制動力達到相應的規定制動效能所經歷的時間不應超過0.6s；

b．對于裝有氣壓控制管路的掛車，從模擬裝置向控制管路提供壓力達到0.65MPa時起，至掛車制動氣室中的壓力達到其穩態值的75%時所經歷的時間不應超過0.4s；

c. 供能管路壓力應為0.65MPa；

d.模擬裝置在連接容積為（385±5）mL的儲氣筒情況下，壓力從0.0 6 5 M P a上升至0.49MPa所需的時間為（0.2±0.01）s；若采用容積為（1125±15）mL的儲氣筒，壓力上升時間為（0.38±0.02）s，壓力從0.065MPa至0.49MPa的上升規律應近似線性。

方案設計

在GB 12676-2014標準附錄B中明確規定了掛車氣制動系統響應時間的測量方法，即在掛車與機動車輛斷開連接的情況下，用一個模擬裝置來代替機動車輛，與供能管路、氣壓控制管路接頭和/或電控線路連接器相連接，模擬裝置結構組成原理如圖2所示。

圖2 模擬裝置結構原理圖

GB 12676標準中規定，對于掛車，從模擬裝置向控制管路提供壓力達到0.65MPa時起，至掛車制動氣室中的壓力達到其穩態值的75%時所經歷的時間應不超過0.4s，附錄B中對模擬裝置應所具備的特征進行了規定，如表1所示。

表1 模擬裝置特征

根據GB 12676-2014 《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》中對模擬裝置的技術要求，考慮到試驗檢驗人員對商用車、掛車制動系統進行檢驗的現場工作環境，設計方案的流程如圖3所示。

圖3 控制流程圖

在掛車氣制動系統響應時間檢測系統設計過程中，應充分考慮到影響掛車行車制動響應時間的各種因素，制動管路中管徑大小、長度、管路布局、管路初始氣壓等都會對行車制動反應時間產生影響。

利用PLC來控制電磁閥的通斷電從而來控制氣管中氣體的流通與中斷，采用壓力傳感器實時檢測儲氣筒內的壓力，并反饋給數據采集卡。當計時完成后，關閉電磁閥，最后儲氣筒進行泄壓排氣，控制流程結束。此外，在設計過程中，由于采集壓力的精度與時間要求，應考慮所使用傳感器、采集卡等設備的分辨率與精度，避免因設備精度、分辨率不夠而對測試結果造成較大影響。掛車氣制動系統響應時間測試系統設計及實物圖如圖4所示。

圖4 模型及實物

按照GB 12676標準中的測試流程進行測試，結果如圖5所示，儲氣筒容積分別為（385±5）mL與（1125±15）mL時，壓力從0.065MPa上升至0.49MPa的時間分別為0.15s和0.39s，滿足標準中規定的時間分別在（0. 2±0.01）s與（0. 38±0.02）s范圍內的要求，驗證了試驗設計方案的正確性與有效性。

圖5 響應時間測試

結語

氣制動響應時間是評價掛車氣壓制動性能的重要指標，決定著掛車行車制動的安全性。本文首先分析了掛車氣制動系統結構與工作原理，針對GB 12676-2014標準中對掛車氣制動響應時間要求，分析了掛車制動系統響應時間的測試要求和方法，設計了掛車氣制動系統響應時間檢測系統，經過實際測試驗證，滿足了掛車氣制動響應時間測試需求，為商用車輛和掛車制動響應時間測試設備的設計與研制提供了一種思路。