某商用車制動系統(tǒng)優(yōu)化分析及測試

沈亮 蘇樂樂 馬鑫杰

沈亮

畢業(yè)于太原理工大學(xué)，研究生學(xué)歷，中級工程師職稱，現(xiàn)就職于中國重汽集團(tuán)濟(jì)南特種車公司（技術(shù)中心），主要從事整車底盤分系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)及新技術(shù)應(yīng)用。已發(fā)表論文《基于CREO的4×4重型汽車Top-down設(shè)計方法》發(fā)明第一作者的實用新型專利3篇。

摘要：制動性能的優(yōu)劣直接決定著車輛的操控及駕駛安全。本文通過優(yōu)化制動系統(tǒng)的反應(yīng)時間，利用VBOX設(shè)備記錄對比分析數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，合理的儲氣筒容積、管徑大小、后橋雙繼動閥的選型布置均能有效地縮短制動距離，提高車輛安全性。其研究成果為工程師指明了設(shè)計方向，利于工程實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：制動系統(tǒng);制動距離;反應(yīng)時間;儲氣筒;管徑;繼動閥

中圖分類號：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（ 2021） 06-0028-04

Optimization Analysis And Testing Of A Commercial Vehicle

Brake System

SHEN Liang， SU Le-Ie， MA Xin-jie（China National Heavy Duty Truck Group Jinan Special Vehicle Co.， Ltd. Jinan 25000， China）

Abstract： The pros and cons of braking performance directly determines the handlingand driving safety of the vehicle. In this paper， by optimizing the reaction time of the brakingsystem， the VBOX equipment is used to record comparative analysis data. The results showthat reasonable air reservoir volume， pipe diameter， and rear axle double relay valve selectionand arrangement can effectively shorten the braking distance and improve vehicle safety. Theresearch results point out the design direction for the engineer， which is conducive to thepractical application of the project.

Key Words： Braking System; Braking Distance; Reaction Time; Air Reservoir; PipeDiameter; Relay Valve

目前，國內(nèi)外商用車的制動系統(tǒng)仍以氣壓制動方式為主，氣制動系統(tǒng)主要由空壓機(jī)、儲能裝置、閥類、管路及制動器組成，其制動過程分為四個階段：一是反應(yīng)階段，駕駛員從發(fā)現(xiàn)危險到?jīng)Q定緊急制動，同時將腳移到制動踏板的過程;二是制動力增加階段，制動力從零增加到實現(xiàn)汽車最大減速度的過程;三是制動力持續(xù)階段，車輛達(dá)到最大減速度后，恒減速至停車的過程。四是釋放制動力階段，即駕駛員松開制動踏板直到制動力完全消除的過程。本文旨在某4x2車型上探究氣制動系統(tǒng)某些組件的布置或選型對上述制動過程第二階段的影響趨勢并加以試驗驗證。

1 試驗儀器設(shè)備

本次試驗用到的是英國RACELOGIC公司生產(chǎn)的一套汽車性能測試系統(tǒng)（型號：VBOX 3i），包含：VBOX 3i、雪茄點煙器適配器、GPS磁性天線、制動踏板觸發(fā)器、4通道頻率輸入模塊和氣壓傳感器等。

2 影響因素分析

影響氣制動系統(tǒng)的因素[1]有很多，在此，本文列舉出儲氣筒容積、管徑大小、后橋雙繼動閥布置進(jìn)行分析試驗。

2.1 試驗車原始實驗數(shù)據(jù)

為分析各因素的影響效果，我們選取了某4×2二類底盤商用車進(jìn)行試驗研究，其制動原理圖如圖2所示。由圖可知：后橋行車制動回路用儲氣筒為40L+30L，后橋行車制動回路采用一個繼動閥實現(xiàn)快放快充，其繼動閥的控制回路采用Φ8xl的聚酰胺管。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 12676《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法》之規(guī)定：汽車制動反應(yīng)時間是指對于安裝氣壓（包括液壓）制動裝置的車輛，在0.2s內(nèi)急踩制動時，從制動踏板動作起至最不利的制動氣室壓力達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值的75%時所經(jīng)歷的時間不得超過0.6s[2]。故我們采集記錄前后氣室響應(yīng)時間及壓力達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值（試驗車制動系統(tǒng)穩(wěn)壓ImPa）的75%時的建壓時間。

試驗數(shù)據(jù)顯示：后橋氣室響應(yīng)時間0.29s，后橋氣室建壓時間0.6s;前橋氣室響應(yīng)時間0.14s，前橋建壓時間0.86s。

2.2儲氣筒容積影響分析

為研究不同容積的儲氣筒對制動反應(yīng)的影響，試驗將后橋行車制動回路中的30L儲氣筒換成40L進(jìn)行對比試驗。

試驗數(shù)據(jù)顯示：后橋氣室響應(yīng)時間0.20s，后橋氣室建壓時間0.54s，相較原車響應(yīng)時間縮短了0.09s，建壓時間縮短了0.06s，所以增加儲氣筒容積對縮短制動反應(yīng)時間有利，但增加儲氣筒容積不利于車輛在氣壓從零開始升至起步氣壓的用時，GB7258規(guī)定：采用氣壓制動的機(jī)動車，發(fā)動機(jī)在75%的額定轉(zhuǎn)速下，4min內(nèi)氣壓表的指示氣壓應(yīng)從零開始升至起步氣壓[3]。故設(shè)計人員需要合理匹配。

2.3管徑大小影響分析

試驗車制動系統(tǒng)均采用（空壓機(jī)到四回路保護(hù)閥采用鋼管除外）聚酰胺管，為研究不同管徑對制動反應(yīng)的影響，試驗將后橋行車?yán)^動閥的控制氣管Ф8xl改為中6xl和Ф12×1.5進(jìn)行對比試驗。因繼動閥控制管為信號管，只會影響氣室的響應(yīng)時間，故數(shù)據(jù)只記錄響應(yīng)時間的數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)顯示：行車?yán)^動閥的控制氣管為Ф6xl時，后橋氣室響應(yīng)時間0.44s;行車?yán)^動閥的控制氣管為中12×1.5時，后橋氣室響應(yīng)時間0.17s。

同時結(jié)合經(jīng)驗公式，根據(jù)文獻(xiàn)[4]知管道沿程壓力損失計算公式為：

△pm =

（1）

式中：Apm——管道沿程壓力損失（Pa）;

r——摩擦阻力系數(shù);

R-管道的水力半徑（m）;

v-管道內(nèi)空氣平均流動速度（ m/s）;

p-空氣的密度（kg/m3）;

t——管道長度（m）。

綜合試驗和理論：在管路壓力不變情況下，較大內(nèi)徑管路的沿程壓力損失越小，即在一定范圍內(nèi)能夠有更好的壓力響應(yīng)特性，但管徑越大，管路容積較大，故設(shè)計人員需合理選型匹配。

2.4后橋雙繼動閥布置影響分析

為研究后橋雙繼動閥布置[5]對制動反應(yīng)的影響，試驗將后橋行車?yán)^動閥由一個改為兩個，左右縱梁對稱布置，實現(xiàn)每個繼動閥只負(fù)責(zé)給單側(cè)的制動氣室充氣。

試驗數(shù)據(jù)顯示：后橋氣室響應(yīng)時間0.15s，后橋氣室建壓時間0.47s，相較單繼動閥，雙繼動閥布置在響應(yīng)時間縮短了0.14s，氣室建壓時間縮短了0.14s，驗證了后橋雙繼動閥布置的有效性。

綜合上述，合理的選型及布局有利于提升制動反應(yīng)時間，縮短制動距離。針對試驗車，在增加行車儲氣筒容積后，制動氣室的響應(yīng)時間及建壓時間均有所提升;在現(xiàn)有聚酰胺管管徑選型上，較大的管徑有利于氣體的流通;后橋雙繼動閥的布局加快了氣室的反應(yīng)速度。

3 優(yōu)化組合成果

上述列舉的三種影響因素均能影響制動系統(tǒng)的反應(yīng)時間，根據(jù)影響趨勢，將試驗車的制動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化：后橋行車制動回路中儲氣筒換成40L、后橋行車?yán)^動閥的控制氣管規(guī)格改為Φ12×1.5和采用后橋雙繼動閥布置。下面通過VBOX記錄儀進(jìn)行試驗對比，進(jìn)而更直觀地展現(xiàn)成果。

由表1和表2對比不難得出，經(jīng)過優(yōu)化組合后的車輛在發(fā)動機(jī)脫開的0型試驗中，制動距離上縮短了0.97m;在發(fā)動機(jī)接合的O型試驗中，制動距離上縮短了0.55m。

4 結(jié)論

本文結(jié)合大量試驗基礎(chǔ)研究，總結(jié)出常規(guī)氣制動布局下的優(yōu)化制動反應(yīng)時間的方法，歸納出上述三大影響因素的影響趨勢，即通過增大儲氣筒容積、制動管路的管徑及采用雙繼動閥的布局可提升整車的制動性能。針對現(xiàn)在通過電子制動系統(tǒng)（ EBS）來縮短制動距離的方法，考慮到成本情況下，該方法對工程師在設(shè)計階段有著現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張哲，陳玉忠，董紅磊，等.制動管路尺寸對制動系統(tǒng)性能影響的研究[J]機(jī)械設(shè)計與制造，2018，27 （4）：26-29.

[2]中國汽車技術(shù)研究中心等.GB/T 12676-2014商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3]公安部道路交通安全研究中心等.GB 7258-2017機(jī)動車運行安全技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.1986.

[4]續(xù)魁昌，風(fēng)機(jī)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：576-632.

[5]王紅星.采用雙繼動閥、雙進(jìn)氣管路的行車制動裝置和車輛：中國，ZL201420408951.8[P].2014-11-19.

專家推薦語

冉清華

廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司試制試驗中心

底盤設(shè)計、車型總布置專業(yè) 高級工程師

本文通過實車測試，驗證了在商用車氣壓制動系統(tǒng)常規(guī)布置的情況下，優(yōu)化匹配儲氣筒容積、管徑，后橋采用雙繼動閥布置等三項措施，均能有效縮短制動反應(yīng)時間，進(jìn)而改善整車制動性能，對商用車制動系統(tǒng)工程應(yīng)用有直觀的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。