低踏板力剎車閥的開發(fā)與應(yīng)用

鄧菲

摘? 要：本文主要對(duì)我公司生產(chǎn)的剎車閥進(jìn)行產(chǎn)品改善設(shè)計(jì)，優(yōu)化總成結(jié)構(gòu)，通過與國外類似結(jié)構(gòu)對(duì)比，創(chuàng)新開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、降低剎車閥操縱力的結(jié)構(gòu)，并通過性能特性試驗(yàn)、密封性試驗(yàn)等各項(xiàng)模擬整車使用環(huán)境的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果完全符合要求，未出現(xiàn)漏氣，各運(yùn)動(dòng)件未發(fā)生阻滯或卡死現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：低踏板力;雙金屬彈簧;活塞面積差

中圖分類號(hào)：U463.53+? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1005-2550（2021）04-0058-05

Development and Application Of Low Pedal Force Brake Valve

DENG Fei

（Knorr-Bremse DETC Commercial Vehicle Braking Technology Co.， Ltd.R&D Center

Shiyan 442062， China ）

Abstract： This paper mainly to my company's production of brake valve product improvement design optimized assembly structure By comparing with similar structures abroad， the structure with simple structure， reliable performance and lower operating force of brake valve is innovatively developed. And through the performance characteristics test， sealing test and other simulation vehicle using environment test， the test results meet the requirements completely， there is no air leakage， the moving parts did not block or stuck phenomenon.

從汽車誕生之日起，制動(dòng)系統(tǒng)在車輛安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步、汽車行駛速度的提高以及中國經(jīng)濟(jì)的高速增長，眾多國外具有先進(jìn)技術(shù)的企業(yè)競相進(jìn)駐中國，來自發(fā)達(dá)國家的大量先進(jìn)技術(shù)正在逐步應(yīng)用到提高商用車制動(dòng)性能方面，除了高端的電子制動(dòng)系統(tǒng)外，傳統(tǒng)的常規(guī)氣制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域也得到了迅猛地發(fā)展，制動(dòng)系統(tǒng)的操控舒適性、制動(dòng)安全性和匹配經(jīng)濟(jì)性等越來越被人們所關(guān)注，國內(nèi)商用車制動(dòng)系統(tǒng)配置發(fā)生著日新月異的變化，并逐漸向高集成、高效能和高可靠性延伸。其中腳制動(dòng)閥對(duì)整車制動(dòng)系統(tǒng)匹配變化起決定性作用，在現(xiàn)有的國內(nèi)市場上，雖然腳制動(dòng)閥種類繁多，制動(dòng)特性曲線類型在國外技術(shù)的影響下日趨完善，但產(chǎn)品的性能特點(diǎn)大多停留在傳統(tǒng)剎車閥的單一功能上，多功能集成、高可靠性與國外技術(shù)相比依然差距明顯，與之相呼應(yīng)的制動(dòng)系統(tǒng)配置也停留在傳統(tǒng)布置模式上。傳統(tǒng)的剎車閥在汽車行駛過程中需要人用大力踩踏，時(shí)間長了腳容易過累疲勞，存在安全隱患。

1? ? 低踏板力剎車閥工作原理簡介

制動(dòng)時(shí)，腳踏板施加力，經(jīng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)作用在挺桿座a上，再經(jīng)彈簧b推動(dòng)，活塞c下行，關(guān)閉排氣門d，打開進(jìn)氣門j，從后橋儲(chǔ)氣筒來的壓縮空氣經(jīng)11口到達(dá)A腔，從21口輸出，至后橋繼動(dòng)閥或感載閥4口控制后橋的制動(dòng)，至掛車控制閥41口控制掛車的制動(dòng)。同時(shí)氣流經(jīng)孔D到達(dá)B腔，作用在活塞f上，使活塞f下行，關(guān)閉排氣門h，打開進(jìn)氣門g，由前橋儲(chǔ)氣筒來的壓縮空氣經(jīng)12口到C腔，從22口輸出，至前橋快放閥1口或繼動(dòng)閥4口，控制前橋的制動(dòng)，至掛車制動(dòng)控制閥42口，控制掛車的制動(dòng)。

A腔和C腔有氣壓后，分別反作用在活塞c和活塞f的下方，克服踏板力上行，進(jìn)氣門j和g趨于關(guān)閉，減緩21、22口輸出氣壓的增大。

部分制動(dòng)時(shí)，上、下腔的進(jìn)、排氣門都同時(shí)關(guān)閉，制動(dòng)達(dá)到平衡狀態(tài)。21、22口的輸氣壓是與踏板力平衡的結(jié)果，踏板力越大，21、22口的輸氣壓越大。

全制動(dòng)時(shí)，A腔和C腔的氣壓力不足以克服踏板力，因此進(jìn)氣門j和g處于全開狀態(tài)，21、22口輸出氣壓為最大值。

解除制動(dòng)時(shí)，活塞c在回位彈簧作用下上行，排氣門d打開，21口的氣壓經(jīng)排氣門d從排氣口3排向大氣;活塞f在上下氣壓差的作用下上行，排氣門h打開，22口的氣壓經(jīng)排氣門h從排氣口3排向大氣。

當(dāng)?shù)谝换芈罚ㄉ锨唬┦r(shí)，活塞c經(jīng)閥門總成e推動(dòng)活塞f下行，關(guān)閉排氣門h，打開進(jìn)氣門g，使第二回路（下腔）正常工作。這時(shí)后橋不能正常制動(dòng)，前橋和掛車可正常制動(dòng)。

當(dāng)?shù)诙芈罚ㄏ虑唬┦r(shí)，不影響第一回路（上腔）正常工作。這時(shí)前橋不能正常制動(dòng)，后橋和掛車可正常制動(dòng)。

2? ?剎車閥結(jié)構(gòu)性能對(duì)比分析

假設(shè)在氣壓6000Pa的狀態(tài)下：

傳統(tǒng)剎車閥的輸入力為：F1=S1×P=6000 Pa×2550.5 mm2/10000=1530 N? ? ? ? ? ? ? ? ? （圖2）

低踏板力剎車閥輸入力為：F2=S2×P=6000 Pa×1734.1mm2/10000=1040 N? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（圖3）

對(duì)比發(fā)現(xiàn)在氣壓相同的情況下低踏板力的剎車閥，操縱力比傳統(tǒng)剎車閥低的多。

傳統(tǒng)剎車閥采用的橡膠彈簧的設(shè)計(jì)，這個(gè)彈簧響應(yīng)時(shí)間慢，耐久性差，在10kPa氣壓下輸入壓力為1920N，輸入壓力較大，長時(shí)間使用造成腳部疲勞，不利于安全駕駛。

低踏板力剎車閥更改了活塞部分的設(shè)計(jì)把橡膠彈簧換成了金屬彈簧，大大增加了彈簧的使用壽命，另外多增加了一個(gè)金屬彈簧，輸出性能更加貼合整車減速和剎車實(shí)際需要，系統(tǒng)氣壓為1000+50kPa 達(dá)到全輸出狀態(tài)時(shí)的輸入力為1150N左右，踏板操作輕靈，若系統(tǒng)壓力高于1000kPa，此閥輸出可按設(shè)計(jì)要求保持1000kPa。當(dāng)然，若輸出設(shè)計(jì)需求是800kPa，那此閥輸出亦可保持800kPa不變。

從測試曲線可以看出當(dāng)氣壓在6kPa的時(shí)候傳統(tǒng)剎車閥的輸出在1500N左右，抵踏板力的剎車閥輸出在1000N左右。

低操縱力：目前國內(nèi)各大主機(jī)廠采用的剎車閥在800kPa的輸入氣壓下，達(dá)到全輸出時(shí)的輸入力大部分為1900N左右，制動(dòng)踏板操縱沉重，采用小缸徑活塞設(shè)計(jì)，同等條件下的操控力為1150N左右，將會(huì)大大降低踏板力，改善整車駕駛強(qiáng)度。

金屬性能彈簧：從汽車制動(dòng)操縱需靈敏易控、輕松自如的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，采用雙金屬簧代替原來的橡膠彈簧，保證整車制動(dòng)更加穩(wěn)定、可靠。

雙級(jí)性能曲線：采用雙折線特性代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曲線類型，雙折線輸出特性在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中易于調(diào)整，可根據(jù)各主機(jī)廠對(duì)整車制動(dòng)的不同要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，方便的為不同類型的整車進(jìn)行實(shí)時(shí)制動(dòng)匹配，并通過活塞限位的結(jié)構(gòu)形式保證總成輸出穩(wěn)定。

3? ? 低踏板力剎車閥技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)性能曲線。打破國內(nèi)傳統(tǒng)的曲線型剎車閥靜特性設(shè)計(jì)，采用雙折線特性輸出并限定頂桿操縱行程，在剎車閥多種多樣的靜特性大家族中增加新成員，對(duì)商用汽車制動(dòng)系統(tǒng)的性能完善起著重要的作用。

2）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能快速調(diào)整。針對(duì)不同客戶對(duì)產(chǎn)品性能輸出的不同要求，在總成性能彈簧空間設(shè)計(jì)中通過增減墊片高度的形式，需對(duì)總成的輸出性能可進(jìn)行微量的調(diào)整，以快速滿足客戶對(duì)產(chǎn)品性能的特殊要求。

3）優(yōu)化整車制動(dòng)系統(tǒng)布置。整車行車制動(dòng)系統(tǒng)中需通過采用低踏板力剎車閥總成實(shí)現(xiàn)高壓向低壓的轉(zhuǎn)換同時(shí)降低踏板操縱力，并保證行車制動(dòng)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定輸出、簡化管路布置，降低整車設(shè)計(jì)成本。

4）考慮整車匹配靈活性。此閥總成在設(shè)計(jì)中需考慮從外部聯(lián)接到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的通用性和整車安裝、毛坯換型、零件加工和裝配等各環(huán)節(jié)的互換性，為后續(xù)產(chǎn)品變型和整車配裝創(chuàng)造條件。

4? ? 試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步了解產(chǎn)品性能，順應(yīng)國內(nèi)市場的不同需要，我司積極對(duì)低踏板力剎車閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了制動(dòng)性能和功能集成拓展，不僅可通過調(diào)整彈簧參數(shù)和行程限位等滿足客戶性能輸出要求，并且對(duì)微動(dòng)開關(guān)、接口型式、聯(lián)接方式等國內(nèi)主機(jī)廠關(guān)注度較高的環(huán)節(jié)進(jìn)行了最大限度的集成選裝預(yù)留，為后續(xù)不同市場不同整車制動(dòng)系統(tǒng)的匹配做好了充分的技術(shù)儲(chǔ)備。

為保證產(chǎn)品性能的可靠性，啟動(dòng)了多輪總成性能臺(tái)架試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果及時(shí)與客戶進(jìn)行分享，同步協(xié)助中心完成了各自的系統(tǒng)仿真臺(tái)架試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來看，在1300kPa系統(tǒng)壓力下，低踏板力式剎車閥的輸出氣壓可根據(jù)要求保持在設(shè)計(jì)所需范圍內(nèi)，其密封性、可靠性、耐久性等各項(xiàng)性能指標(biāo)均可達(dá)到汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且總成制動(dòng)操縱力輕靈，可有效降低整車制動(dòng)踏板力，產(chǎn)品性能達(dá)到了客戶的預(yù)期要求。

5? ? 取得效果

由東科克諾爾與東風(fēng)商用車、東風(fēng)柳汽等主機(jī)廠合作進(jìn)行的低踏板力剎車閥制動(dòng)系統(tǒng)匹配的運(yùn)用開發(fā)，不僅創(chuàng)新了整車制動(dòng)系統(tǒng)布置，提供了簡化整車制動(dòng)系統(tǒng)管路布置的新方法，為主機(jī)廠快速滿足法律法規(guī)氣壓提升的整車要求降低了成本，并且通過項(xiàng)目合作，盡快從歐洲引入了低踏板力剎車閥技術(shù)，為國內(nèi)剎車閥市場增添新性能新產(chǎn)品把握了機(jī)會(huì)。

此低踏板力剎車閥可根據(jù)匹配車型的不同從結(jié)構(gòu)上方便的進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，為整車制動(dòng)系統(tǒng)匹配研究積累了經(jīng)驗(yàn)、拓寬了思路，對(duì)目前常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)改善提供了性價(jià)比更高的方案，直接帶動(dòng)了整車制動(dòng)系統(tǒng)和剎車閥市場的升級(jí)和拓展，對(duì)國內(nèi)商用車制動(dòng)系統(tǒng)行業(yè)技術(shù)水平快速提升起到了積極推動(dòng)作用。

6? ? 結(jié)論

通過對(duì)同類產(chǎn)品的比較分析，同等整車環(huán)境下，傳統(tǒng)剎車閥和低踏板力剎車閥在整車制動(dòng)性能對(duì)比試驗(yàn)中顯示：低踏板力型剎車閥制動(dòng)系統(tǒng)無論是從制動(dòng)氣壓上升速度還是前后橋制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間均比普通型制動(dòng)系統(tǒng)要快，順應(yīng)了目前商用汽車制動(dòng)效能提升的迫切要求。2019年訂單7萬多，創(chuàng)造了1000多萬的產(chǎn)值。

由東科克諾爾與東風(fēng)商用車、東風(fēng)柳汽等主機(jī)廠合作進(jìn)行的低踏板力型剎車閥系統(tǒng)匹配的運(yùn)用開發(fā)，不僅可創(chuàng)新整車制動(dòng)系統(tǒng)布置，提供簡化整車制動(dòng)系統(tǒng)管路布置的新方法，為主機(jī)廠快速滿足法律法規(guī)氣壓提升的整車要求降低成本，并且可盡快從歐洲引入了低踏板力剎車閥技術(shù)，為國內(nèi)剎車閥市場增添新性能新產(chǎn)品把握機(jī)會(huì)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)改善提供性價(jià)比更高的方案，預(yù)計(jì)可直接帶動(dòng)整車制動(dòng)系統(tǒng)和剎車閥市場的升級(jí)和拓展。

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