車輛制動衰退性能分析

井廣紅

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 210028）

車輛制動衰退性能分析

井廣紅

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 210028）

本文對輕型載貨車下長坡制動過程進行研究與分析，通過理論計算和試驗數(shù)據(jù)，得到車輛連接下長坡過程中，隨溫度升高，制動器制動力矩產(chǎn)生溫度衰退，最高可達到15%到20%。同時隨著制動次數(shù)的增加，真空伺服系統(tǒng)產(chǎn)生真空衰退，引起整車的制動性能衰退達到25%左右。兩者相加整車的制動性能達到40%左右。最后提出對于山區(qū)輕型載貨車加裝排氣輔助制動系統(tǒng)及提升真空泵的抽真空性能來補償整車制動性能的衰退。

下長坡制動；溫度衰退；真空伺服性能衰退

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-16-04

引言

躍進某一輕卡車型，在開發(fā)后期進行道路可靠性試驗過程中，駕駛員反饋在定遠場內(nèi)山路下長坡時，制動疲軟。本文圍繞這一反饋展開相關(guān)的道路試驗數(shù)據(jù)采集，并進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合臺架試驗和理論計算，提出有效的解決措施。為后續(xù)的設(shè)計提供有效的支持。

1、下長坡過程中的制動衰退分析

對于真空助力式的液壓制動車輛，一般情況下，車輛下長坡時，制動性能會受到兩個方面的衰退：制動摩擦片的高溫衰退和真空伺服性能的衰退。

1.1 制動摩擦片的高溫衰退

下長坡時，頻繁踩制動，制動蹄片的溫度會上升，由于現(xiàn)有的階段水平，無法精確地計算制動蹄片的溫度數(shù)值，需要通過道路試驗來監(jiān)測四個車輪溫度變化過程。

a）試驗數(shù)據(jù)的采集：

試驗場地選擇：定遠試驗場內(nèi)的山路，其坡道長且陡，極具有代表性，其數(shù)據(jù)的采集更貼近于車輛山區(qū)使用狀況，對于我們的理論分析具有真實的參考意義。

試驗場地描述：定遠試驗場內(nèi)的山路路徑如圖1所示：紅旗位置為車輛起始點，山路總里程約為11km，車輛分別通過坡道1、2、3、4、5。該山路中有很多大小不一的坡道，此處列舉的5個坡道是比較典型的坡度，且必須使用制動進行減速，其中坡道3為山路最后一個長坡，也是制動強度最大的一個坡道。

試驗里程：按圖1進行8個循環(huán)，一個循環(huán)為11km,8個循環(huán)的里程為88km；

采集參數(shù)：四個制動器制動蹄片的溫度，制動踏板力；

采集結(jié)果：制動器蹄片最高溫度維持在400- 450度，見圖2。而制動踏板力在整個試驗過程中，最大制動踏板力不超過200N。

b）溫度衰退的分析

根據(jù)試驗車輛采集的制動溫度數(shù)據(jù)，其最高溫度可達到450℃左右，由制動摩擦片的特性得出，制動器蹄片的溫度越高，其制動力矩衰退越厲害（即制動蹄片的溫度衰退），根據(jù)制動器的臺架性能試驗報告，如圖3，所示：100℃下，初速度為60km/h，制動管路壓力12MPa下的制動力矩為3500N.m,而在450℃下，60km/h車速，制動管路壓力12MPa下的制動力矩為2800N.m,制動力矩的衰退率為20%。而 QC/T239標準要求，在衰退過程中，其制動力矩的衰退量不大于40%均為合格，因此制動器的溫度衰退滿足法規(guī)要求，屬于正常的衰退，可暫時不考慮摩擦片性能的改進。

1.2 真空伺服性能的衰退

每一次制動都會消耗真空伺服系統(tǒng)內(nèi)的真空，使真空伺服性能下降，從而使整車制動性能降低。在真空伺服系統(tǒng)的剩余真空度計算過程中，分兩步進行，第一步，不考慮真空泵的作用，每一次純制動所消耗的真空度；第二步，考慮真空泵的作用，將真空泵的抽真空性能與制動后的真空伺服系統(tǒng)中剩余真空度進行疊加，得出最終的真空伺服系統(tǒng)的真空度。

1）不考慮真空泵作用的情況下：

參考玻意耳定律，一種質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強P與體積V成反比。即PV=C。由真空助力器的工作原理得出：踩下制動踏板時的真空度與體積乘積與松開制動踏板時的真空度與體積乘積相同。真空伺服系統(tǒng)的各個容積參數(shù)如下：

真空軟管的容積V1：0.059 L

真空助力器的容積V2：2.3 L

真空筒的容積V3：5L

真空助力系統(tǒng)的總?cè)莘e為V總：0.059L+2.3L+5L=7.359 L

真空系統(tǒng)最大真空度為P1：絕壓為11.3 KPa （相對氣壓為-90KPa）

大氣壓P0：101.3KPa (相對氣壓為0KPa)

例：第一次制動后剩余真空度為：

按此計算公式得出后續(xù)制動的剩余真空度：見表1

2）考慮真空泵作用情況下：

發(fā)動機怠速，真空泵的抽真空性能如圖所示：

按制動間隔10分鐘的頻率計算。將真空泵的抽真空性能參數(shù)與純制動剩余真空度進行疊加，例如，首次純制動剩余真空度為-62.9KPa,其真空泵性能曲線所對應(yīng)的時間為28秒，到38秒時，真空泵所能達到的真空度為-70KPa.即考慮真空泵的作用下，首次制動后，真空伺服制動系統(tǒng)所剩真空度為-70KPa。按此計算原理推出后續(xù)制動的剩余真空度，如表2所示。

由計算結(jié)果可以得出，連續(xù)制動后的真空伺服系統(tǒng)穩(wěn)定真空度達到-52KPa,由于山路上最大制動踏板力為200N,而制動踏板杠桿比為4.2，則相對應(yīng)的真空助力器推桿輸入力為200N×4.2=840N。由真空助力器性能曲線（圖5）可以看出，在840N輸入力下，-90KPa相對應(yīng)的輸出壓力為82 bar,而-52KPa真空度相對應(yīng)的輸出壓力為61 bar。由此可以得出真空伺服性能衰退率為25.6%。

1.3 下長坡過程中，總的制動衰退率

綜上所示，制動器溫度衰退與真空度損失衰退情況下，制動總衰退率為：

1-（1-20%）×（1-25.6%）=40.48%。若車輛衰退前的制動減速度為7m/s2，則下長坡時，制動減速度由原有的7m/s2變?yōu)?.17m/s2。

一、制動衰退的補償措施

1.增加排氣輔助制動器

a）排氣輔助制動器產(chǎn)生的制動減速度

排氣輔助制動器工作原理是利用發(fā)動機排氣阻力，以增加發(fā)動機進排氣和壓縮等行程的功率損失來使汽車減速。其排氣輔助制動器的標定必須滿足發(fā)動機的最大允許排氣背壓，否則會造成發(fā)動機噴油嘴及進排氣門的損壞。對于Sofim發(fā)動機，其排氣背壓不允許超過300KPa（相對壓力）。根據(jù)整車的排輔轉(zhuǎn)鼓臺架試驗標定，整車打開排輔，發(fā)動機處于3檔，在發(fā)動機允許背壓300kPa下，車速為50km/h，此時測出后軸的最大輪鼓功率47KW。由后軸的最大轉(zhuǎn)鼓功率，求整車后車軸產(chǎn)生的最大制動力F及所產(chǎn)生的制動減速度：

其中：F---為后軸的制動力 N

V---車輛的車速 Km/h

P---發(fā)動機的功率 KW

打開排輔，整車所能產(chǎn)生的最大減速度為：

b）排氣輔助制動器使用后，行車制動系的制動器溫度變化

車輛在下長坡過程中，排氣輔助制動器打開后，駕駛員減少了踩制動踏板的次數(shù)，制動器的摩擦片溫度降低，經(jīng)道路試驗監(jiān)測，其制動器摩擦片溫度最高僅達到230℃（如圖6所示），而此溫度相對應(yīng)的制動器制動力矩為3500Nm(系統(tǒng)壓力為12MPa下)，其制動力矩無明顯的溫度衰退。

2、提升真空伺服系統(tǒng)真空泵的抽真空能力

由圖6所示，原狀態(tài)真空泵達到-80KPa所需要的時間為56s，而提升后的真空泵達到-80KPa所需要的時間為46S，性能提升了18%。按此前計算原理，得出連接踩制動后真空伺服制動系統(tǒng)的穩(wěn)定真空度為-60KPa,由真空性能曲線得到840N輸入力，在-60KPa的真空度下，輸出壓力為71 bar,改進后的真空伺服性能與首次制動時的真空伺服性能相比衰退13.4%，與原狀態(tài)的真空伺服性能相比提升了16%。如表3所示：

3、結(jié)論

（1）改進前后制動效能的對比

（2）根據(jù)改進前后的數(shù)據(jù)對比，可以看出增加排氣輔助制動器能夠有效地補償下長坡時的制動性能衰退，且能夠滿足法規(guī)GB12676的排氣輔助制動器的相關(guān)規(guī)定。

（3）根據(jù)改進前后的數(shù)據(jù)對比，提升真空泵的抽真空性能，可以有效地減小下長坡時的制動性能衰退。且能夠滿足法規(guī)GB12676關(guān)于連續(xù)制動后的減速度相關(guān)規(guī)定。

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經(jīng)過系列整改后，空載前失效制動距離由105m減小到65.9m，減小了39.1m。

5、結(jié)論

1）經(jīng)以上分析，影響前失效制動性能的因素為后制動器行車效能因數(shù)、后分泵油壓、整車質(zhì)心參數(shù)。因整車質(zhì)心參數(shù)不易整改，排除其帶來的影響，通過提升后制動器行車效能因數(shù)和優(yōu)化、調(diào)整ABS油壓調(diào)節(jié)，前失效制動性能明顯提升。

2）本文對最大減速度分析時，只對整車參數(shù)的影響進行了分析，未將輪胎的滾動摩擦性能等影響考慮在內(nèi)。

參考文獻

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The brake fading analysis

Jing Guanghong
( Nanjing IVECO automobile Co. Ltd., Jiangsu Nanjing 210028)

The thesis analyses and studies the brake performance of light truck applied on the long slope. Through abstractly calculation and testing value, it conclude that during the long slope driving, the higher is the brake, the less is the brake torque, the decay ration can be 15%-20%.At the same time, constant braking can lead to vacuum fade, The related brake performance can decay 25%. Both can cause that total brake performance will decay 40%. At last, it suggests the useful solution: using the brake valve and increase the performance of vacuum pump.

long slope brake; temperature brake fade; vacuum fade

U463.5

A

1671-7988(2015)06-16-04

井廣紅，底盤設(shè)計，主要從事底盤開發(fā)工作，就職于南京依維柯汽車有限公司。