發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)對貨車單車通行山區(qū)高速公路長下坡的安全性研究

秦興順

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

1 引 言

我國西南地區(qū)高速公路受自然條件限制，存在山高路險，坡陡彎急，自然災(zāi)害不斷等特點，致使其重大交通事故多發(fā)。地處京昆高速(G5)四川段的雅西高速公路是典型的山區(qū)高速公路，該路段沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，全程共形成3處超長連續(xù)縱坡，縱坡長度均在25 km 以上，且部分路段還受冰、雪、雨、霧等惡劣氣候條件影響，運(yùn)營安全形勢嚴(yán)峻。通常情況下，滿載貨車要以理想的速度一次安全通過該長下坡路段，行駛過程中都要通過給制動鼓不斷淋水降溫以阻止制動鼓制動效能熱衰退，保持其制動效能的有效性。但是，在冬季路面溫度低至零度以下時，不斷淋水會使路面結(jié)冰，給過往車輛帶來更大的危險性。

2 試驗車型選擇與方案設(shè)計

2.1 試驗車型選擇

2011年對四川省高速公路網(wǎng)內(nèi)貨車構(gòu)成的統(tǒng)計結(jié)果表明:2 軸貨車單車比重為67.68%，3、4 軸貨車單車比重為24.08%，半掛列車比重為8.24%，這一車型結(jié)構(gòu)反映了西南山區(qū)高速公路貨車結(jié)構(gòu)的差異性，即:由于山區(qū)高速公路坡陡彎急、氣候多變等交通環(huán)境的限值，2、3、4 軸貨車單車的比重遠(yuǎn)高于平原地區(qū)。同時，對西南某山區(qū)高速公路長下坡路段的事故統(tǒng)計結(jié)果表明，2 軸、3 軸、4 軸貨車單車事交通事故率占總數(shù)的54.4%。

另一方面，考慮到3 軸、4 軸貨車在同樣比功率條件下，3 軸貨車的發(fā)動機(jī)緩速器功率偏低。因此，為保證滿足各類貨車單車配備發(fā)動機(jī)緩速器后輔助制動效果的需求，選擇3軸貨車單車作為試驗對象是十分必要的。選用的3 軸貨車主要性能參數(shù)如表1 所示。

表1 3 軸試驗貨車主要性能參數(shù)一覽表

2.2 試驗方案設(shè)計

由于在26 km 長下坡路段開展?jié)M載貨車試驗具有較大危險性，且成本較高，為保證用最少的試驗次數(shù)獲得最佳的試驗效果，本次試驗過程采用正交試驗方法設(shè)計。正交試驗設(shè)計方法是汽車試驗時常用的一種最優(yōu)化試驗方法，該方法具有試驗次數(shù)最少、結(jié)論最完整的優(yōu)點，試驗原理如圖1 所示。

圖1 正交試驗設(shè)計流程

表2 3 軸貨車單車正交試驗表頭設(shè)計

根據(jù)正交試驗設(shè)計方法原理，試驗正交表選擇為L4(23)合并相關(guān)影響因素后的測試方案，計算后共形成4 個組次，如表3 所示。

表3 3 軸貨車正交試驗方案設(shè)計

2.3 測試儀器

試驗過程中為掌握貨車制動器制動效能的保持情況，需對制動鼓溫度實時監(jiān)控，為此專門開發(fā)了在線式制動鼓溫度監(jiān)測系統(tǒng)，同時，為監(jiān)測車輛的速度、縱坡度、貨車制動器使用頻率等參數(shù)，試驗過程中使用高精度行車記錄儀(VboxⅢ)對各種參數(shù)進(jìn)行測量。

3 發(fā)動機(jī)緩速器(jacobs)制動特性測試

3.1 測試方法

(1)變速器空擋滑行試驗

將試驗貨車加速到80 km/h，然后將變速器掛入空擋，汽車自由滑行，用測試設(shè)備記錄車速隨時間變化關(guān)系數(shù)據(jù)，試驗正反方向各進(jìn)行一次。

(2)變速器掛檔滑行試驗

他說第一次見她時覺得她太正經(jīng)，又太純真，所以不想動她的，可是時間一長，便有些把持不住。你笑起來特別動人。

將車輛加速到5 檔最高車速，打開發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)開關(guān)，汽車自由滑行，用測試設(shè)備記錄車速隨時間變化關(guān)系數(shù)據(jù)，試驗正反方向各進(jìn)行一次。接著依次進(jìn)行6、7、8檔的掛檔滑行試驗，試驗方法與5 檔滑行試驗相同。

3.2 發(fā)動機(jī)緩速器( Jacobs) 制動力測試及計算

根據(jù)上述試驗方法，可精確檢測出車輛運(yùn)行過程中的起點速度(V0)、終點速度(Vt)、運(yùn)行時間(t)、運(yùn)行距離(s)、風(fēng)速(Vw)等參數(shù)。根據(jù)汽車行駛方程式可知

汽車總行駛阻力∑F

其中，F(xiàn)Jac為Jacobs 制動力;Ff為車輪滾動阻力;Fw為空氣阻力;δi為相應(yīng)檔位的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);m 為車輛總質(zhì)量;為車輛減速度;Fi為坡度阻力。

由于試驗路段無坡度，故坡度阻力Fi為0。所以

根據(jù)測試結(jié)果，整理數(shù)據(jù)計算可得到采用發(fā)動機(jī)緩速器裝置制動時，各擋的總制動力隨車速的關(guān)系曲線，見圖2。

圖2 Jacobs 發(fā)動機(jī)緩速器各擋總制動力隨車速變化關(guān)系曲線

3.3 發(fā)動機(jī)緩速器( Jacobs) 制動功率測試及計算

根據(jù)發(fā)動機(jī)功率計算公式

可計算得到該車的發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)的制動功率，如表4 示。

表4 ISM345 30 型發(fā)動機(jī)Jacobs 發(fā)動機(jī)緩速器功率與驅(qū)動功率表

3.4 發(fā)動機(jī)緩速器( Jacobs) 制動對坡度的適應(yīng)性分析

按照3 軸貨車設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其滿載時車貨總重為25 t，在長下坡使用Jacobs 緩速器制動時，汽車穩(wěn)定車速與下坡坡度之間的對應(yīng)關(guān)系如圖3 所示。

圖3 3 軸試驗貨車緩速器輔助制動時穩(wěn)定車速與下坡坡度之間的對應(yīng)關(guān)系圖

由圖3 可知，對于3 軸試驗貨車總重為25T 時，變速器使用5 檔，在不使用行車制動器的情況下，能夠以30 km/h左右的車速下8%的坡;變速器使用8 擋，能夠用80 km/h 的車速下5%的坡，以60 km/h 的車速下4%的坡。

4 雅西高速公路26 km 長下坡發(fā)動機(jī)緩速器制動效果分析

4.1 貨車超載30%條件下開啟發(fā)動機(jī)緩速器長下坡行駛安全測試

貨車超載30%條件下，開啟發(fā)動機(jī)緩速器，使用7～8檔(高檔)下坡，環(huán)境溫度為10 ℃。貨車整個下坡過程中右前輪制動鼓溫度(RF)、后橋右前輪制動鼓溫度(RR1)、后橋左后輪制動鼓溫度(LR2)、車速(speed)如圖4 所示。

圖4 貨車超載30%(32.5T)開啟發(fā)動機(jī)緩速器條件下26 km 長下坡溫度速度變化圖

貨車整個下坡過程平均車速59.4 km/h，最高車速73.5 km/h，基本達(dá)到了高速公路規(guī)定的車輛最低行駛速度60 km/h的要求。下坡過程中，由于貨車使用了較高的檔位，車速較快，急彎路段仍需制動器控制車速以保持安全狀態(tài)，全程制動器使用時間占總行駛時間的比例為47.1%，但制動力強(qiáng)度不大。下坡開啟發(fā)動機(jī)緩速器后，輔助制動力感覺明顯，貨車制動鼓溫度也上升較慢，右前輪制動鼓溫度(RF)最高尚未達(dá)到50 ℃，后橋由于載重量較大，制動器作用時制動強(qiáng)度也較大，右后橋前輪制動鼓最高溫度均在150 ℃以內(nèi)，制動效能沒有明顯熱衰退。

由此可見，在使用發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)的條件下，貨車單車即使超載30%下坡行駛，也能夠保證制動系統(tǒng)的有效性，使車輛以較快的速度安全下長坡。

4.2 貨車超載30%條件下關(guān)閉發(fā)動機(jī)緩速器長下坡行駛安全測試

在與第一次試驗試驗裝載、下坡檔位等工況條件相同的情況下，下坡時關(guān)閉發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)，其下坡過程中車輛的各參數(shù)如圖5 所示。

圖5 貨車超載30%(32.5T)關(guān)閉發(fā)動機(jī)緩速器條件下26 km 長下坡溫度、速度變化圖

貨車整個下坡過程中，平均車速55.6 km/h，制動器使用時間占總行駛時間的比例為69.2%;由于前橋負(fù)載較輕，因此右前輪制動鼓溫升變化較小，溫度保持在100 ℃以下。而后橋負(fù)荷較大，因而溫升較快，下坡行駛13.3 km 以后，后橋右后輪制動鼓溫度就已上升到260 ℃以上，緊急制動情況下制動鼓局部最高溫度達(dá)472.7 ℃。

根據(jù)交通部西部項目研究結(jié)論，制動鼓溫度達(dá)到260 ℃時，車輛將喪失緊急制動能力。因此，在山區(qū)高速公路長下坡路段，重載貨車在制動器不淋水、且無輔助制動裝置條件下，制動器制動效能很容易因制動器過熱降低到極限值，從而導(dǎo)致車輛失控發(fā)生交通事故。

根據(jù)對試驗貨車超載30%時，開啟或關(guān)閉發(fā)動機(jī)緩速器條件下在雅西高速公路26 km 長下坡路段行駛安全性能測試的結(jié)果來看，發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)能夠滿足該條件下貨車安全下長坡的需求，同時說明貨車標(biāo)準(zhǔn)裝載時，也能滿足。

5 結(jié) 論

(1)貨車單車按照規(guī)定裝載，使用發(fā)動機(jī)緩速器(Jacobs)，在制動器不淋水的條件下，可以安全通過山區(qū)高速公路長下坡路段，車速控制在60 km 左右比較適宜。

(2)由于目前國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)動機(jī)緩速器系統(tǒng)的廠家較多，產(chǎn)品質(zhì)量也有差別，因此，建議貨車單車行走山區(qū)高速公路，淋水器水箱里儲存適量水，以備不時之需。

(3)發(fā)動機(jī)輔助制動技術(shù)在歐美國家已普遍使用，且已成為商用車的標(biāo)準(zhǔn)配置，此系統(tǒng)大大提高了商用車輛山區(qū)高速公路長下坡的安全性。但是，由于目前我國卡車發(fā)動機(jī)功率相對歐美偏，發(fā)動機(jī)輔助制動系統(tǒng)的制動功率與發(fā)動機(jī)驅(qū)動功率密切相關(guān)，所以，其只能解決貨車單車制動器不淋水條件下下長坡的安全問題。而對于大型半掛車輛，還需加裝液力緩速器輔助制動系統(tǒng)，才能確保其行車安全，其作用效果還需進(jìn)一步試驗研究。

［1］王劍波，陳斌，秦興順，等.雅西山區(qū)高速公路特殊路段運(yùn)營安全保障技術(shù)研究［R］.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2012:1－3.

［2］汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法(GB12676－1999)［S］.

［3］機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件(GB7258－2012)［S］.

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［5］余強(qiáng).汽車下坡持續(xù)制動性能研究［D］.西安:長安大學(xué)，2000:45－52.

［6］余強(qiáng)，陳蔭三，馬建，等.客車發(fā)動機(jī)緩速器下坡能力［J］.長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003(3):95－97.