商用車行車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間的測(cè)試研究

劉翔宇，湯科,顧錦祥

中汽研汽車檢驗(yàn)中心(武漢)有限公司，湖北武漢 430050

0 引言

商用車輛和掛車是道路貨物運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ撸浒踩砸恢眰涫荜P(guān)注，良好的制動(dòng)性能可以反映出車輛具有較好的安全性。當(dāng)前絕大多數(shù)商用車輛和掛車所采用的是氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制動(dòng)力矩大和成本低的特點(diǎn)。氣壓制動(dòng)系統(tǒng)以壓縮空氣為動(dòng)力，利用制動(dòng)氣室等部件，產(chǎn)生制動(dòng)力，其工作的好壞直接反映了車輛的制動(dòng)性能。

氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，但氣體的可壓縮性會(huì)影響制動(dòng)氣室的響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間的快慢，尤其是對(duì)于多軸距或者長(zhǎng)軸距的車輛而言，較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間難以保證車輛在短時(shí)間內(nèi)完成制動(dòng)，而較長(zhǎng)的釋放時(shí)間會(huì)導(dǎo)致車輪溫度升高，容易出現(xiàn)制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起輪胎自燃。因此GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》、GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》和JT/T 1178.2—2019《營(yíng)運(yùn)貨車安全技術(shù)條件第2部分：牽引車輛與掛車》嚴(yán)格規(guī)定了氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間限值。本文選取某載貨汽車和半掛車作為測(cè)試樣車，進(jìn)行制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間測(cè)試，闡述其測(cè)試過程及數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)。

1 制動(dòng)氣室特性

制動(dòng)氣室作為氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，是連接氣傳動(dòng)裝置和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零件。在行駛的過程中，車輛遇到需要降速的情況，駕駛員會(huì)踩下制動(dòng)踏板，經(jīng)制動(dòng)主缸，壓縮空氣通過管路進(jìn)入快放閥或繼動(dòng)閥，將閥門打開。儲(chǔ)氣筒內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)氣室，使得連接推桿運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)蹄或者盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗工作，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，從而車速下降。當(dāng)制動(dòng)過程結(jié)束后，駕駛員松開踏板，制動(dòng)氣室的壓縮空氣通過快放閥排入大氣，推桿在復(fù)位彈簧的作用下恢復(fù)原始狀態(tài)。雙腔膜片彈簧制動(dòng)氣室結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 雙腔膜片彈簧制動(dòng)氣室結(jié)構(gòu)示意

由圖1可知，前腔為行車制動(dòng)工作腔，后腔為駐車制動(dòng)工作腔。行車時(shí)，后腔充氣解除駐車彈簧力，推桿退回0行程狀態(tài)。在行車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)氣室的工作過程可分為3個(gè)階段：充氣、增壓及放氣。充氣階段：閥門開啟，壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)氣室，隨著壓力增大，膜片發(fā)生變形并壓縮彈簧，將推桿推出；增壓階段：當(dāng)推桿達(dá)到極限位置，制動(dòng)氣室仍將持續(xù)充入空氣，直至壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；放氣階段：制動(dòng)過程完成，制動(dòng)氣室的氣體通過快放閥釋放，在回位彈簧的作用下，隨著制動(dòng)氣室的氣體減少，推桿回歸原位。

2 制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

從踩下制動(dòng)踏板到制動(dòng)氣室達(dá)到穩(wěn)定氣壓，產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力，需要一定的時(shí)間，此時(shí)間為氣壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。該時(shí)間可以劃分成制動(dòng)閥的反應(yīng)時(shí)間、壓縮空氣在管路中的傳遞時(shí)間以及制動(dòng)氣室的建壓時(shí)間。依據(jù)GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》規(guī)定，對(duì)于不同類型的汽車，其限值不同，促動(dòng)時(shí)間為0.2 s時(shí)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間限值見表1。

表1 促動(dòng)時(shí)間為0.2 s時(shí)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間限值

2.1 商用車輛響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

本文選取某三軸載貨汽車作為試驗(yàn)樣車，目前市場(chǎng)上的制動(dòng)氣室均裝有符合法規(guī)要求的壓力測(cè)試連接器。同根車軸上制動(dòng)氣室的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間受管路布置的影響很小，可認(rèn)為同根軸上各制動(dòng)氣室的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間相同。

為找到最不利制動(dòng)氣室，需在每根車軸上任選一制動(dòng)氣室進(jìn)行試驗(yàn)。將3個(gè)壓力傳感器分別與第一軸、第二軸和第三軸上的左側(cè)制動(dòng)氣室處的壓力測(cè)試連接器相連接，通過壓力傳感器來測(cè)量各制動(dòng)氣室的壓力值。將拉線位移傳感器安裝于制動(dòng)踏板處，通過拉線位移傳感器來表征踏板行程的變化值，促動(dòng)時(shí)間即為踏板的全行程時(shí)間。

對(duì)于該樣車，法規(guī)要求當(dāng)促動(dòng)時(shí)間為0.2 s時(shí)，從開始促動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置至制動(dòng)氣室的壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)最大壓力值的75%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間不超過0.6 s。圖2是促動(dòng)時(shí)間為0.16 s時(shí)制動(dòng)氣室氣壓曲線，曲線4表征踏板行程變化，其他曲線依次表征各軸制動(dòng)氣室壓力變化。表2為不同促動(dòng)時(shí)間下的試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 促動(dòng)時(shí)間為0.16 s時(shí)制動(dòng)氣室氣壓曲線

表2 不同促動(dòng)時(shí)間下的試驗(yàn)結(jié)果 單位:s

由圖2可以看出，第三軸處制動(dòng)氣室達(dá)到穩(wěn)態(tài)壓力值所需的時(shí)間較長(zhǎng)，故該軸制動(dòng)氣室為車輛最不利制動(dòng)氣室。根據(jù)表2的測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制出不同促動(dòng)時(shí)間下第三軸制動(dòng)氣室壓力數(shù)據(jù)擬合曲線，如圖3所示。

圖3 不同促動(dòng)時(shí)間下第三軸制動(dòng)氣室壓力數(shù)據(jù)擬合曲線

由圖3可以看出，對(duì)于該試驗(yàn)樣車最不利處制動(dòng)氣室，當(dāng)促動(dòng)時(shí)間是0.2 s時(shí)，所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間是0.57 s，小于0.6 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

2.2 掛車響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

當(dāng)前國(guó)內(nèi)半掛車的制動(dòng)系統(tǒng)一般采用雙管路氣壓制動(dòng)，一條為供氣管路，另一條為控制管路。供氣管路和控制管路是牽引車和掛車之間重要的氣源傳輸裝置，牽引車空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)自身管路系統(tǒng)傳輸至掛車閥。通過管路握手閥的連接，壓縮空氣經(jīng)供氣管路傳輸?shù)桨霋燔噧?chǔ)氣筒，經(jīng)控制管路傳輸?shù)桨霋燔嚴(yán)^動(dòng)閥。本文選取某三軸半掛車作為試驗(yàn)樣車，提供一個(gè)模擬裝置代替機(jī)動(dòng)車輛，與半掛車連接而成進(jìn)行試驗(yàn)，半掛車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試連接示意如圖4所示。對(duì)于半掛車，模擬裝置從控制管路中產(chǎn)生的壓力達(dá)到0.065 MPa至制動(dòng)氣室壓力達(dá)到目標(biāo)壓力的75%所經(jīng)歷的時(shí)間不超過0.40 s。

圖4 半掛車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試連接示意

半掛車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 半掛車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果

經(jīng)測(cè)試可知，所選樣車第三軸處制動(dòng)氣室的響應(yīng)時(shí)間值最大，故認(rèn)為該處是半掛車制動(dòng)響應(yīng)最不利處。在測(cè)試之前已完成標(biāo)定，由圖5可知，制動(dòng)氣室響應(yīng)時(shí)間為0.36 s，小于0.40 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

3 制動(dòng)釋放時(shí)間測(cè)試

3.1 商用車輛釋放時(shí)間測(cè)試

車輛完成制動(dòng)之后，從松開制動(dòng)踏板到制動(dòng)氣室的穩(wěn)定壓力下降至制動(dòng)解除所需壓力，需要一定的時(shí)間，此時(shí)間為制動(dòng)氣室釋放時(shí)間。對(duì)于該時(shí)間，GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定兩軸汽車應(yīng)不大于0.80 s，三軸及三軸以上汽車應(yīng)不大于1.20 s。

國(guó)內(nèi)法規(guī)雖然給出了數(shù)值要求，但未給出具體的試驗(yàn)方法。本文選取某三軸載貨汽車作為試驗(yàn)樣車，進(jìn)行釋放時(shí)間的測(cè)量。圖6所示為制動(dòng)解除制動(dòng)氣室氣壓變化曲線。

圖6 制動(dòng)解除制動(dòng)氣室氣壓變化曲線

可參考美國(guó)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS NO.121 AIR BRAKE SYSTEMS對(duì)制動(dòng)消除時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)氣室氣壓，此氣壓值建議為350 kPa。由圖6可知，第一軸處的制動(dòng)氣室的制動(dòng)釋放時(shí)間為0.26 s，第二軸處的制動(dòng)氣室的制動(dòng)釋放時(shí)間為0.29 s，第三軸處的制動(dòng)氣室的制動(dòng)釋放時(shí)間為0.30 s。選取三者之間的最大值作為該樣車的制動(dòng)釋放時(shí)間，即0.30 s，小于1.20 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

3.2 掛車釋放時(shí)間測(cè)試

半掛車的制動(dòng)釋放時(shí)間同樣參考FMVSS NO.121的評(píng)價(jià)方法，依據(jù)JT/T 1178.2—2019《營(yíng)運(yùn)貨車安全技術(shù)條件 第2部分：牽引車輛與掛車》5.13條款：當(dāng)掛車行車制動(dòng)氣室的初始?xì)鈮簽?.67 MPa時(shí)，從行車制動(dòng)閥開始啟動(dòng)時(shí)起，每一個(gè)制動(dòng)氣室的氣壓降到0.035 MPa的時(shí)間應(yīng)小于或者等于0.65 s。選取某三軸載貨汽車作為試驗(yàn)樣車，進(jìn)行釋放時(shí)間的測(cè)量。表3為各制動(dòng)氣室制動(dòng)釋放時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果。

表3 各制動(dòng)氣室制動(dòng)釋放時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果 單位:s

由表3可知，第一軸處的制動(dòng)氣室的制動(dòng)釋放時(shí)間為0.49 s，第二軸處的制動(dòng)氣室的制動(dòng)釋放時(shí)間為0.50 s，第三軸處的制動(dòng)氣室的制動(dòng)釋放時(shí)間為0.51 s。選取三者之間的最大值作為該樣車的制動(dòng)釋放時(shí)間，即0.51 s，小于0.65 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

4 結(jié)束語

文中通過分析可知，所選取樣車的響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間的測(cè)試結(jié)果均滿足法規(guī)條件，符合安全性要求。我國(guó)的汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，旨在規(guī)范汽車生產(chǎn)商的安全性及環(huán)保性等方面的要求，同時(shí)也為廣大消費(fèi)者保護(hù)了自身權(quán)益。

制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間是評(píng)價(jià)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的核心指標(biāo)，可反映制動(dòng)氣室的性能。研究表明，氣壓管路的長(zhǎng)度、大小及布置，閥門的設(shè)置及安裝，以及儲(chǔ)能裝置的額定壓力都會(huì)對(duì)商用車的響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間產(chǎn)生影響。在今后的工作中，改良商用車的制動(dòng)系統(tǒng)性能及結(jié)構(gòu)，會(huì)優(yōu)化其響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間，保證車輛的行駛安全。