汽車制動系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉成

摘 要：汽車制動系統(tǒng)是汽車安全系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分之一。其主要功能是控制汽車在停車時(shí)有一個(gè)穩(wěn)定減速的過程，同時(shí)還可以讓汽車停止時(shí)不受坡道的影響而能夠在斜坡路面上停車。汽車制動系統(tǒng)中以氣壓動力制動最為常見，普遍應(yīng)用于中重型卡車。該文首先對汽車制動系統(tǒng)的組成與分類進(jìn)行介紹，研究汽車制動系統(tǒng)的工作原理，分析汽車制動性能，以卡車為研究對象優(yōu)化設(shè)計(jì)其汽車軸間制動力的分配，使卡車制動系統(tǒng)能與整車之間進(jìn)行良好的匹配。

關(guān)鍵詞：制動系統(tǒng) 氣壓動力制動 卡車 軸間制動力分配

中圖分類號：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）-05（a）-0091-01

目前在中重型卡車上所應(yīng)用的制動系統(tǒng)絕大部分都是使用氣壓制動系統(tǒng)，氣壓制動能夠使卡車這種大型車量在剎車到停車的過程有一個(gè)緩沖，以降低卡車行駛慣性。氣壓動力制動以制動閥、制動踏板等原件組成，卡車的氣壓自動裝置安裝在汽車后輪位置，通過氣壓控制強(qiáng)力彈簧對汽車進(jìn)行制動。

1 汽車制動系統(tǒng)工作原理

汽車制動系統(tǒng)工作原理以氣壓制動裝置為例，當(dāng)駕駛者未進(jìn)行制動時(shí)，前后制動氣室分別經(jīng)制動閥和快放閥與大氣相通，而與儲氣罐的壓縮空氣進(jìn)行隔絕，此時(shí)汽車正常行駛。當(dāng)駕駛者可以通過操作制動腳踏板控制制動閥時(shí)，制動閥切斷前后制動氣室與大氣相通的通道，同時(shí)接通儲氣罐的壓縮空氣通道，在壓縮空氣的氣流作用下使汽車的前后制動器與車輪產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生制動。

2 汽車制動性能分析

汽車制動性能主要從制動效能、恒定性和穩(wěn)定性三個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）制動效能。

汽車制動系統(tǒng)的功能是能夠讓汽車在行駛中迅速減速停止和使汽車可以停留在斜坡之上的裝置。因此，其制動效能的標(biāo)準(zhǔn)要求對汽車制動距離和制動減少時(shí)間符合汽車安全性能。

（2）恒定性。

汽車在高速行駛狀態(tài)下進(jìn)行制動和汽車制動裝置連續(xù)工作或者長時(shí)間工作，其保持性能的恒定性是其主要的評測性能之一。

（3）穩(wěn)定性。

汽車制動的效果要求在制動過程中，汽車不發(fā)生偏移、側(cè)滑、打轉(zhuǎn)等問題，所以汽車制動系統(tǒng)制動的穩(wěn)定性對于汽車駕駛的安全非常關(guān)鍵。

3 汽車制動優(yōu)化設(shè)計(jì)

卡車氣壓制動系統(tǒng)普遍存在壓力響應(yīng)速度慢的問題，因此，在對汽車制動性能進(jìn)行分析后，對于氣壓制動汽車制動優(yōu)化目標(biāo)可以確定為對氣壓響應(yīng)速度和最大壓力的響應(yīng)方面的優(yōu)化。

（1）氣壓制動優(yōu)化內(nèi)容。

在氣壓制動系統(tǒng)中，分析其工作原理，在忽略漏氣情況下，其前后儲氣筒可視為恒壓源。由此可對其幾個(gè)基本部件進(jìn)行建模，其中包括雙腔制動閥、繼動閥、制動氣室、氣壓管路四個(gè)部分。

雙腔制動閥：雙腔制動閥是制動系統(tǒng)中的主控，在駕駛員進(jìn)行制動控制時(shí)，踏板信號經(jīng)制動閥轉(zhuǎn)換成壓力信號。制動閥力學(xué)過程包括增加階段、保壓階段和減壓階段。制動閥模型以影響制動閥動態(tài)響應(yīng)的參數(shù)為參數(shù)，包括：活塞回位彈簧剛度、閥門彈簧剛度和排氣間隙等。

繼動閥：繼動閥是制動閥與制動氣室連接的控制閥，其包含供氣口、出氣口、排氣口和控制氣口四個(gè)管路接口。

制動氣室：制動氣室控制室內(nèi)氣壓進(jìn)而推動推桿控制制動器。制動氣室控制方程為：

氣壓管路：氣壓管路為氣體壓力傳輸通道，管路控制方程為：

優(yōu)化汽車制動系統(tǒng)的目標(biāo)是提升氣壓制動系統(tǒng)的壓力響應(yīng)速度和系統(tǒng)的最大壓力響應(yīng)。根據(jù)氣壓制動系統(tǒng)優(yōu)化內(nèi)容確定優(yōu)化模型參數(shù)，模型參數(shù)以重卡性能參數(shù)為例。

（2）氣壓制動優(yōu)化設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)優(yōu)化選取3種仿真數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對分析，分別對充氣延長時(shí)間、排氣延長時(shí)間和最大穩(wěn)定壓力進(jìn)行優(yōu)化比對。以計(jì)算氣壓制動充氣延長時(shí)間為例：

充氣延長時(shí)間計(jì)算：

充氣時(shí)間總和=（0.200+0.355+......+0.167）=5.933；

各水平充氣延長時(shí)間：

=（0.200+0.355+......+0.407）=3.322；

=（0.202+0.166+......+0.174）=1.480；

=（0.209+0.070+...

...+0.167）=1.131；

壓力響應(yīng)速度優(yōu)化：

目前，卡車壓力響應(yīng)速度通常為0.5～0.9 s，這一速度使得卡車的制動距離過長，對于車輛制動的安全性具有一定的影響。

通過對氣壓制動優(yōu)化模型參數(shù)的優(yōu)化分析，在充氣延長時(shí)間上，制動閥下腔回位彈簧剛度、繼動閥回位彈簧剛度對充氣延時(shí)有重要影響，所以確定制動閥下腔回位彈簧剛度值取10N/mm，繼動閥回位彈簧剛度值取10N/mm。在排氣延長時(shí)間上制動閥下腔排氣間隙、繼動閥排氣間隙對排氣延遲時(shí)間有重要影響，所以確定制動閥下腔排氣間隙值取1.5mm、繼動閥排氣間隙間隙值取1.5mm。

最大壓力響應(yīng)優(yōu)化：

通過對氣壓制動優(yōu)化模型參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，氣壓制動系統(tǒng)最大壓力響應(yīng)因素主要來自，前制動氣室容積、制動閥平衡彈簧強(qiáng)度和制動閥上腔排氣間隙。

經(jīng)過優(yōu)化模型演示經(jīng)過優(yōu)化的壓力響應(yīng)速度可降低到0.3～0.5 s，起到了提升壓力響應(yīng)速度優(yōu)化的目的。

4 結(jié)語

該文對汽車制動系統(tǒng)共性能進(jìn)行分析，以卡車氣壓制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和作用原理為模型進(jìn)行制動系統(tǒng)性能優(yōu)化，根據(jù)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化內(nèi)容包括：雙腔制動閥、繼動閥、制動氣室、氣壓管路。在對其進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)是提升氣壓制動系統(tǒng)的壓力響應(yīng)速度和系統(tǒng)的最大壓力響應(yīng)，通過模擬優(yōu)化結(jié)果對提升汽車的制動性能具有一定的可行性。

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