制動(dòng)減速度與制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的匹配設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析

門育鵬 楊慧敏 戴君

摘? 要：制動(dòng)減速度和制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間作為商用車制動(dòng)系統(tǒng)兩項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響車輛行車安全。本文通過對(duì)某款8×8車型的制動(dòng)減速度與制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)、測(cè)試分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終使制動(dòng)減速度達(dá)到理想狀態(tài)，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間大幅縮短，制動(dòng)性能得到了大幅提升，進(jìn)一步提高了整車的安全性。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)系統(tǒng);制動(dòng)減速度;制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間;安全性

中圖分類號(hào)：U462? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2021）01-0058-05

Abstract： Braking deceleration and response time affect vehicle driving safety directly， which are two important technical points of commercial vehicle brake system. This paper analyzes matching， test and design optimization between braking deceleration and response time of an 8×8 vehicle， and then the brake deceleration reaches the ideal state， response time is greatly shortened， the brake performance is greatly improved and the driving safety is further improved.

Key Words： Brake System; Brake Deceleration; Response Time; Safety

1? ? 引言

商用車氣制動(dòng)系統(tǒng)是指用以使行駛中的車輛減速或停車、使已停駛汽車在原地保持靜止不動(dòng)的機(jī)構(gòu)。隨著商用車行業(yè)的發(fā)展，制動(dòng)系統(tǒng)作為車輛的安全件顯得日益重要。制動(dòng)系統(tǒng)主要指標(biāo)有制動(dòng)減速度、制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)釋放時(shí)間、儲(chǔ)氣能力、密封性等。

制動(dòng)減速度及制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間作為制動(dòng)系統(tǒng)的兩項(xiàng)重要指標(biāo)直接影響著整車的安全性，同時(shí)法規(guī)也對(duì)其做了明確規(guī)定，只有制動(dòng)減速度及制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間符合法規(guī)要求、制動(dòng)性能良好、制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠的商用車，才能充分體現(xiàn)其安全性能。本文以車型8×8為研究對(duì)象，進(jìn)行制動(dòng)減速度及制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間匹配設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析。

2? ? 法規(guī)及指標(biāo)要求

在《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》（GB 12676-2014）中規(guī)定商用車輛的制動(dòng)減速度a需大于等于5m/s2，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間需滿足下列規(guī)定：在0.2s內(nèi)急踩制動(dòng)時(shí)，從制動(dòng)踏板動(dòng)作起至最不利的制動(dòng)氣室內(nèi)壓力達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值的75%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間不得超過0.6s。

3? ? 制動(dòng)減速度設(shè)計(jì)分析

3.1? ?分析方法

1）根據(jù)制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移計(jì)算地面能夠提供給各軸的最大制動(dòng)力;

2）根據(jù)各軸制動(dòng)力，對(duì)制動(dòng)壓力、制動(dòng)氣室及制動(dòng)器進(jìn)行優(yōu)化選擇，既要防止制動(dòng)性能不良，也要避免制動(dòng)性能浪費(fèi)。

3.2? ?計(jì)算過程

3.2.1 車輛所需制動(dòng)力矩的計(jì)算

某8×8車型的相關(guān)參數(shù)如表1所示：

為簡(jiǎn)化計(jì)算過程，又不失計(jì)算真實(shí)性，將四軸車簡(jiǎn)化為兩軸車進(jìn)行制動(dòng)性能計(jì)算，簡(jiǎn)化后模型見圖1、參數(shù)見表2所示：

根據(jù)制動(dòng)距離計(jì)算公式：

附著系數(shù)按0.7，計(jì)算最大減速度時(shí)，前、后軸軸荷分別為：

根據(jù)計(jì)算出的軸荷，計(jì)算前、后軸分別所需的制動(dòng)力。

根據(jù)計(jì)算出的制動(dòng)力，計(jì)算前、后軸分別所需的動(dòng)力矩。

根據(jù)公式（2）（3）（4）地面能夠提供給前軸每個(gè)車輪平均最大制動(dòng)力矩為18332N·m;后軸每個(gè)車輪平均能夠提供最大制動(dòng)力矩為12792N·m，地面附著力能夠滿足制動(dòng)要求。

3.2.2 制動(dòng)壓力、制動(dòng)氣室及制動(dòng)器的匹配

根據(jù)制動(dòng)氣室參數(shù)，不同制動(dòng)壓力、制動(dòng)氣室、制動(dòng)器提供的制動(dòng)力矩見表3：

根據(jù)前面計(jì)算的地面提供的最大附著力進(jìn)行制動(dòng)壓力、制動(dòng)氣室及制動(dòng)器的選擇。

對(duì)比地面附著力及所需制動(dòng)力數(shù)據(jù)，前軸單個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩要求大于18332N·m，后軸單個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩要求大于12792N·m。此車制動(dòng)氣壓為10bar，為了能夠提供更大的制動(dòng)力滿足車輛的制動(dòng)要求，同時(shí)滿足20吋輪輞規(guī)格的要求，選用規(guī)格為20吋的盤式制動(dòng)器，前軸選擇24吋?xì)馐?、后軸選擇20吋?xì)馐?。此時(shí)前軸單個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩為19000 N·m，后軸單個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩14000 N·m，制動(dòng)力矩合理。

4? ? 制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間匹配設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析

影響制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的主要因素有管路規(guī)格、接頭的型式及閥的布置位置等。按照目前習(xí)慣性的匹配設(shè)計(jì)，對(duì)該車型進(jìn)行管路、接頭、閥的狀態(tài)設(shè)計(jì)，如下：

制動(dòng)第一回路：儲(chǔ)氣筒出通過三通接頭給制動(dòng)閥11口和后軸繼動(dòng)閥1口進(jìn)行供氣，供氣管路規(guī)格均為φ12×1.5，制動(dòng)閥21口控制后軸繼動(dòng)閥4口，控制管路規(guī)格為φ8×1，后軸繼動(dòng)閥2口連接后軸制動(dòng)氣室，管路規(guī)格為φ12×1.5，接頭為直角接頭。繼動(dòng)閥布置在橫梁上。

制動(dòng)第二回路：儲(chǔ)氣筒通過三通接頭給制動(dòng)閥12口和前軸繼動(dòng)閥1口進(jìn)行供氣，供氣管路規(guī)格均為φ12×1.5，制動(dòng)閥22口控制前軸繼動(dòng)閥4口，控制管路規(guī)格為φ8×1，前軸繼動(dòng)閥2口連接前軸制動(dòng)氣室，管路規(guī)格為φ12×1.5，接頭為直角接頭。繼動(dòng)閥布置在縱梁上。

對(duì)該狀態(tài)的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間按照法規(guī)要求及測(cè)試方法在臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，共測(cè)得八組數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果見表4所示。

從表4中可以看出，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間整體偏高，同時(shí)左右兩側(cè)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間差別過大，在緊急情況下會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)跑偏。其中第8次測(cè)試，促動(dòng)時(shí)間<0.2 s，響應(yīng)時(shí)間超出了法規(guī)要求的0.6 s。

針對(duì)上述情況，為了提高前后軸的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)整車氣路進(jìn)行第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化內(nèi)容為：1）將出氣管路對(duì)稱布置;2）將繼動(dòng)閥供氣管路改為φ15x1.5;3）將繼動(dòng)閥出氣口接頭改為直通接頭，如圖2所示：

經(jīng)過上述優(yōu)化后，進(jìn)行第二次臺(tái)架測(cè)試，共測(cè)得八組數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果見表5所示：

從表5可以看出，通過第一次優(yōu)化后，整車的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間明顯提升，促動(dòng)時(shí)間小于0.2 s時(shí)，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間都<0.6 s，已滿足法規(guī)要求;且左右兩端制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間差別過大情況改善。雖然第4次和第8次測(cè)試，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間超出了0.6 s，但從促動(dòng)完成時(shí)計(jì)算，響應(yīng)時(shí)間<0.4 s，要優(yōu)于優(yōu)化前的測(cè)試數(shù)據(jù)。

針對(duì)上述情況，進(jìn)行了二次設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）制動(dòng)閥和繼動(dòng)閥都采用單獨(dú)的供氣管路;2）縮短后軸繼動(dòng)閥供氣管路，如圖3所示：

經(jīng)過上述優(yōu)化后，進(jìn)行了第三次測(cè)試，共測(cè)得八組數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果見表6所示：

從表6中可以看出，通過第二次設(shè)計(jì)優(yōu)化后，各輪制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間全部滿足法規(guī)要求，同時(shí)也更為均衡。

通過對(duì)該車型制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行匹配及優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出可以通過以下方法提高制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間：

1）優(yōu)化制動(dòng)左右出氣管路，實(shí)現(xiàn)出氣管路對(duì)稱布置;

2）加大繼動(dòng)閥供氣管路直徑;

3）繼動(dòng)閥出氣口采用直通接頭;

4）縮短繼動(dòng)閥供氣管路;

5）為保證繼動(dòng)閥供氣，制動(dòng)閥和繼動(dòng)閥均采用單獨(dú)的供氣管路。

通過對(duì)管路和接頭的型式、閥的布置位置優(yōu)化等，能夠有效降低制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，達(dá)到法規(guī)要求;只有制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間得到降低，制動(dòng)系統(tǒng)才能有達(dá)到更好的制動(dòng)性能，并有效縮短制動(dòng)距離。

5? ?結(jié)論

通過對(duì)8×8車型制動(dòng)減速度和制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行匹配及優(yōu)化設(shè)計(jì)，制動(dòng)系統(tǒng)得到優(yōu)化，制動(dòng)性能合理制動(dòng)減速度達(dá)到理想值，同時(shí)又沒有過度浪費(fèi)，同時(shí)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間得到了明顯提高，滿足了法規(guī)0.6 s的要求，提升了行車的安全性。

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