城市客車駐車制動系統(tǒng)的應(yīng)急解除設(shè)計

梁會仁， 王恩前

(山東沂星電動汽車有限公司，山東 臨沂 276000)

客車駐車制動系統(tǒng)一般采用氣壓制動，正常行車過程中，駐車制動儲能彈簧氣室持續(xù)充滿高壓氣體[1]，一旦突發(fā)氣體泄漏或制動元件故障將導(dǎo)致氣壓過低，雖然駕駛室儀表盤會發(fā)出聲、光報警，但車輛仍將不受控地自動制動，若此時駕駛員無法及時、有效解除制動，將造成堵車或交通事故，所以其設(shè)計的合理性是決定客車制動性能的關(guān)鍵。

1 駐車制動系統(tǒng)

駐車制動系統(tǒng)主要由儲氣筒、手制動閥、差動繼動閥、制動氣室、制動器及相關(guān)管路等組成。行車過程中，只需拉動駐車制動手柄接通差動繼動閥即可解除駐車。異常狀態(tài)下，如行車過程中，駐車儲氣筒突然泄漏、差動繼動閥內(nèi)泄、管路損壞等導(dǎo)致氣壓過低，此時駐車制動將不受控地自動駐車，對車輛運轉(zhuǎn)及維修帶來不便，甚至引發(fā)嚴重的交通事故。鑒于此安全隱患，國標GB 7258-2017[2]機動車運行安全技術(shù)條件第7.4.5條規(guī)定，采用彈簧儲能制動裝置做駐車制動時，應(yīng)保證在失效狀態(tài)下能方便地解除駐車狀態(tài)，同時，國標GB 12676-2014[3]商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法也對駐車解除作了規(guī)定。

對于部分商用車，發(fā)生以上故障時，可待車輛停穩(wěn)后，靠近后橋制動氣室，使用專用工具將氣室頂端的解除制動螺栓旋出，此時壓縮膜片及彈簧使氣室推桿收回，其功能相當于膜片彈簧氣室進氣口充氣，駐車制動解除。但是此方法受到維修空間、時間等很多因素影響，對于城市客車特別是低地板城市客車，更是沒有足夠的維修空間，且維修過程中，故障車始終?？吭谛熊嚨?，阻礙交通甚至引起交通事故。這就需要一套應(yīng)急裝置使駕駛員在此情況下能快速解除駐車制動，將車駛向安全地點進行檢修。

2 應(yīng)急解除系統(tǒng)設(shè)計與測試

2.1 應(yīng)急解除系統(tǒng)的控制

基于以上安全隱患，對于低地板城市客車，本文設(shè)計一種客車駐車應(yīng)急解除控制系統(tǒng)，如圖1所示，在常規(guī)駐車制動系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加雙通單向閥8、應(yīng)急解除閥9、應(yīng)急儲氣筒10、單向閥11等部件，雙通單向閥裝在制動氣室12口，原駐車制動系統(tǒng)由雙通單向閥進口1進入氣室，解除系統(tǒng)由雙通單向閥進口2接入氣室，應(yīng)急儲氣筒與原系統(tǒng)干燥器直接相連，在駕駛員附近位置增加應(yīng)急解除閥9，控制應(yīng)急儲氣筒至雙通單向閥之間氣體的接通與關(guān)閉，其位置、形狀應(yīng)明顯區(qū)別于手制動閥2，并增加操作提示銘牌，避免誤操作。

同時，為防止干燥器及相關(guān)管路泄漏導(dǎo)致應(yīng)急儲氣筒氣體泄漏，在儲氣筒進口處增加單向閥11，防止高壓氣體回流，另外在儲氣筒上安裝氣壓傳感器12，其接入整車CAN通訊，將儲氣筒壓力時時顯示在駕駛室儀表盤上，當其壓力低于警報壓力0.55 MPa(廠定起步壓力)時向駕駛員發(fā)出警報信息。

圖1 應(yīng)急解除系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示，正常行車過程中，高壓氣體依次由空壓機6、干燥器7、駐車儲氣筒1、手制動閥2、差動繼動閥3、雙通單向閥8的進口1進入制動氣室，從而解除駐車制動力，車輛行駛。突發(fā)故障時，如上述任一部件損壞，車輛將不受控自動駐車，此時駕駛員按下應(yīng)急解除閥9，應(yīng)急儲氣筒10內(nèi)的高壓氣體將通過雙通單向閥的進口2進入駐車制動氣室，臨時為駐車系統(tǒng)提供壓縮氣體，此時車輛可暫時移動，避免給車輛運轉(zhuǎn)和維修帶來不便。而起步時用手制動閥2無法正常解除駐車制動時，駕駛員也可按下應(yīng)急解除閥9，為駐車制動氣室臨時提供壓縮氣體，將車駛向安全地點進行檢修。另外，解除設(shè)計僅用于駐車異常制動時解除車輪抱死狀況，如遇其他故障需要停車時，駕駛員仍需踩下制動踏板進行緊急制動，如果駕駛員誤按下應(yīng)急解除閥9，不管駐車氣室腔是否有氣，此時應(yīng)急儲氣筒10會繼續(xù)為氣室12口充氣直至充滿，而與行車制動回路的氣體進入氣室11口產(chǎn)生制動力無任何干擾[4-7]。

2.2 應(yīng)急解除儲氣筒容積計算

應(yīng)急解除儲氣筒容積可依據(jù)理想氣體定律方程[8]式PV/T=常數(shù)進行計算。

當駐車制動系統(tǒng)突然斷氣后輪抱死時，按下應(yīng)急解除閥解除駐車制動，首先計算能使駐車制動解除的最小容積Vmin[9]。系統(tǒng)額定工作氣壓P=0.8 MPa， 20″制動氣室(左右各一個)容積V20″=0.83 L，儲能彈簧氣室解除壓力P0=0.55 MPa，壓力損失綜合取值10%。將上述方程變形為：

P×Vmin=P0×(Vmin+2×V20″×1.1)

將相關(guān)參數(shù)代入上式計算得Vmin=4 L,即應(yīng)急儲氣筒容積為4 L時理論上剛好可解除駐車制動。為了保證安全，考慮到設(shè)計余量，參考國標GB 7258[4]中關(guān)于駐車制動系統(tǒng)至少能夠進行3次“制動-解除制動”操作的要求，使應(yīng)急儲氣筒容積V可滿足解除制動3次后壓力仍不低于儲能彈簧氣室解除壓力P0，即：

將參數(shù)代入上式計算得V≥13 L。綜合實車安裝工藝性、經(jīng)濟性及儲氣筒通用性，將應(yīng)急儲氣筒容積設(shè)計為15 L，經(jīng)校核3次“制動-解除制動”后儲能彈簧氣室壓力為0.57 MPa，滿足不低于解除壓力P0的設(shè)計要求。

2.3 應(yīng)急解除系統(tǒng)整車臺架測試

按照圖1 應(yīng)急解除系統(tǒng)原理圖，在試驗樣車上加裝相關(guān)閥件、解除制動儲氣筒及相關(guān)管路等，將樣車放置在舉升試驗臺架，舉升機支撐各輪胎前后處邊縱梁上，且不接觸輪胎，前后分別用兩套固定支架支撐在中間縱梁上。啟動空壓機為全部儲氣筒充氣，待儀表盤顯示氣壓達到額定氣壓后，樣車熄火關(guān)閉空壓機。放開手剎，用手轉(zhuǎn)動前、后輪輪胎，車輪可自由轉(zhuǎn)動，然后快速將行車、駐車儲氣筒壓縮氣體放出，即行車制動失效、駐車制動自動作用，用手轉(zhuǎn)動后輪輪胎，車輪無法轉(zhuǎn)動，此工況模擬行車過程中駐車回路各種因素下壓力過低且無法充氣的工況，此時按下應(yīng)急解除閥，再次用手轉(zhuǎn)動后輪輪胎，車輪可自由轉(zhuǎn)動，此時可將車輛牽引至安全位置。依次按下、拉起3次應(yīng)急解除閥，儀表盤顯示解除制動儲氣筒壓力為0.60 MPa>0.55 MPa，同時與設(shè)計計算值相比，計算誤差(0.60-0.57)/0.57=5%，說明解除制動儲氣筒容積與設(shè)計計算值基本相符，并滿足使用要求。

再次啟動空壓機將全部儲氣筒充到額定氣壓，熄火關(guān)閉空壓機，放開手剎，車輪可自由轉(zhuǎn)動，按下應(yīng)急解除閥，車輪仍可自由轉(zhuǎn)動，踩下腳制動閥，車輪制動，此時按下應(yīng)急解除閥，車輪仍制動中，說明不管行車過程中還是制動過程中，誤操作應(yīng)急解除閥不會影響車輛狀態(tài)[10]。

3 結(jié)束語

依據(jù)駐車制動原理及國標對駐車制動解除的要求，設(shè)計了適合于低地板城市客車的駐車制動應(yīng)急解除控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)儲氣筒容積進行計算，可為同類氣制動底盤的相關(guān)設(shè)計提供參考。