一種制動低氣壓報警裝置的設計

商孟濤，張慶良

(1.邯鋼能源中心，河北 邯鄲 056015;2.邯鄲職業(yè)技術學院 機電系，河北 邯鄲 056001)

0 引言

汽車是國民經濟發(fā)展的重要推動力量，根據工業(yè)和信息化部統(tǒng)計，2012年中國汽車工業(yè)總產值5.29萬億元［1］，超過國民生產總值的10%。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，與汽車相關的交通事故也頻繁發(fā)生，危害人民的生命財產安全。據公安部交通管理局通報，中國汽車保有量到2012年6月份為1.14億輛，占世界汽車保有量的10%，但道路交通事故死亡率卻超過了16%。三超一疲勞:超速、超員、超載、疲勞駕駛是中國道路交通事故的主要殺手。其中的超員是對客車載客量提出的;超載是對貨車載貨量提出的。其他因素，例如車輛的機械故障也不容忽視，加之由于三超一疲勞更加劇了車輛出現機械故障的機率。尤其是對客車和貨車，機械故障例如制動失效后的危害更大。

1 制動系統(tǒng)報警要求

制動系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，按照制動能源不同區(qū)分，可將制動系統(tǒng)分為人力制動、伺服制動、動力制動系統(tǒng)，并可對其中的工作介質再加以細分，如表1所示［2］。

由于主車和拖車間的連接裝置簡單，因而氣壓作為制動能源的制動系統(tǒng)廣泛應用于客車和貨車上［3］，本文討論了一種應用氣壓作為制動能源的制動低氣壓報警裝置。

根據GB 7258－2012機動車運行安全技術條件［4］的7.9.3要求“采用氣壓制動的機動車，當制動系統(tǒng)的氣壓低于起步氣壓時，報警裝置應能連續(xù)向駕駛人發(fā)出容易聽到或看到的報警信號”。

使用氣壓作為制動能源的車輛，如果制動氣壓低于最低允許值時，則制動系統(tǒng)無法正常工作進而危及行車安全，因此必須裝設低氣壓報警裝置。報警裝置由傳感器和報警燈、蜂鳴器組成。低氣壓報警裝置安裝于制動系統(tǒng)的貯氣筒上;報警燈、蜂鳴器則安裝于儀表板上。當貯氣筒氣壓低于最低允許值時，柱塞在彈簧作用下移動而將控制電路接通，報警燈亮、蜂鳴器發(fā)聲。

2 氣壓制動系統(tǒng)

以一汽解放CA1091型汽車的雙回路氣壓制動系統(tǒng)為例，圖1給出了其制動系統(tǒng)的組成［5］。

圖1 CA1091雙回路氣壓制動系統(tǒng)

空氣壓縮機①將壓縮空氣經單向閥③壓入濕貯氣筒⑥，之后經由三通管⑧和單向閥⑩、[14]分別進入貯氣筒的前、后腔(前、后腔由貯氣筒中的雙虛線隔開);貯氣筒的前腔與串列雙腔式制動閥[15]的上腔相連，可向后制動氣室[12]、[13]供氣，貯氣筒的后腔與串列雙腔式制動閥[15]的下腔相連，可向前制動氣室④、[16]供氣。貯氣筒的前腔、后腔分別與雙指針式氣壓表[17]的2個傳感器腔相連接，氣壓表分別指示貯氣筒前腔、后腔氣壓。貯氣筒后腔還通過氣管(圖中未顯示)與單向閥③相連，當該氣腔氣壓增大到最高值時，單向閥使空氣壓縮機空轉而停止向濕貯氣筒供氣。貯氣筒的最高壓力設置為0.8MPa。

3 低氣壓傳感器

低氣壓傳感器可以使用膜片式，應用對壓力敏感的薄膜;也可使用壓阻式壓力傳感器，應用硅晶體的壓阻效應。無論應用何種方式，基本思路均為將氣體壓力變化轉換為電路的導通與截止［6］。低氣壓報警監(jiān)測模塊中的傳感器為機械式傳感器，工作狀態(tài)如圖2所示。

圖2 機械式傳感器工作狀態(tài)

機械式低氣壓傳感器的工作原理為:貯氣筒通過外螺紋與傳感器外⑧相連，貯氣筒內氣體通過濾清器⑤流入，柱塞②由粗細不同的兩段組成，如果粗直徑段與電極⑦接觸，則接通電極連接的電路。當車輛空氣壓縮機工作時，柱塞在氣體壓力及壓緊彈簧①和回位彈簧④的作用下向外側移動。當氣壓為允許值時，柱塞細直徑段正對電極，不接通電極連接的電路，如圖2(a)所示。當貯氣氣壓高于允許值時，由于柱塞向外側移動，仍為細直徑段正對電極，不接通電極連接的電路，如圖2(b)所示。當貯氣筒氣壓低于允許值時，由于柱塞受到氣體壓力不足，在壓緊彈簧與回位彈簧作用下，柱塞粗直徑段與電極接觸，接通電極連接的電路，如圖2(c)所示。

4 低氣壓報警裝置電路

低氣壓報警裝置將設置于貯氣筒上的低氣壓傳感器與振蕩電路和聲光電路相連。在點火開關閉合情況下，當貯氣筒內氣壓高于允許值時，低氣壓傳感器處于斷開狀態(tài)，報警裝置電路無工作電壓而不工作;當貯氣筒氣壓低于允許值時，柱塞將電極接通，低氣壓傳感器處于閉合狀態(tài)，報警裝置電路開始通電，并發(fā)出聲光信號，電路原理如圖3所示。

圖3 低氣壓報警裝置電路原理圖

報警裝置電路組成為:時基集成電路IC1及其外圍元件構成低頻振蕩電路;時基集成電路IC2及其外圍元件構成聲光振蕩電路;發(fā)光二極管LED;壓電陶瓷式蜂鳴器HTD。由圖3可知，低頻振蕩電路可對聲光振蕩電路進行調制。當IC1的OUT管腳為高電平時，IC2開始工作，其OUT管腳為高電平，LED點亮，HTD發(fā)出聲音;當IC1的OUT管腳為低電平時，IC2復位，其OUT管腳為低電平，LED不點亮，HTD不發(fā)出聲音。因而在IC1的OUT管腳脈沖信號電壓調制下，IC2控制的LED閃爍，HTD斷續(xù)發(fā)聲。

經實際裝車測試，發(fā)現2個問題。一是車輛起動后，氣壓制動系統(tǒng)內壓力不足，因此LED閃爍，HTD斷續(xù)發(fā)聲，有司機反映這是對駕駛員的干擾。考慮到氣壓上升需要時間，通過在圖3所示電路點火開關后加裝延時裝置解決此問題，一般1分鐘延時即可。二是HTD斷續(xù)發(fā)聲時音量過小，通過給HTD加裝助音腔可加以解決。

5 結束語

指出了車輛制動失效后的危害，總結了制動系統(tǒng)報警要求。針對一汽解放CA1091型汽車，給出了安裝于貯氣筒上低氣壓報警系統(tǒng)的設計方案，解釋了機械式低氣壓傳感器的工作狀態(tài)，給出了報警裝置的外接電路，闡述了其設計思路。

［1］ 2－01320年汽h車ttp工業(yè)經濟運行情況［EB/OL］.(2013－01－29)［2013－08 n1136］8.223/15:1/3/8w8w41w..hmtmiilt..gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/

［2］ 羅青東.重型商用汽車制動失效特性及報警技術的研究［D］.西安:長安大學，2010.

［3］ 吳景錸.氣壓制動系統(tǒng)建模及其穩(wěn)健性設計［D］.武漢:華中科技大學，2009.

［4］ 中華人民共和國國家標準.GB7258－2012，機動車運行安全技術條件［S］.2012.北京:中國標準出版社，2012.

［5］ 陳家瑞.汽車構造［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005.

［6］ 2代00洪6.車輛氣壓制動安全保護裝置的試驗研究［J］.中國農機化，，23(1):83－84.