中重型商用車制動系統(tǒng)匹配計算

康厚芬

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，中國 北京101400）

0 前言

目前，國內(nèi)車輛制動系統(tǒng)相關(guān)標準主要有GB12676-1999《汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法》和GB7258-2004《機動車運行安全技術(shù)條件》。但作為國內(nèi)主機廠研發(fā)人員設(shè)計的依據(jù)主要為GB12676，且GB12676的主要內(nèi)容是引用歐洲的主要制動法規(guī)ECE R13，因此有廣泛的使用性和實用性。根據(jù)機動車型分類，中重型商用車應(yīng)劃分為N2、N3和O類車輛。因此本規(guī)范主要是為了符合GB12676對N2、N3和O類車輛的制動性能的規(guī)定。同時為了使車輛的制動性能滿足我國路況，要求在匹配計算過程中充分考慮用戶試驗數(shù)據(jù)，使設(shè)計車輛制動性能實用性更好，滿足客戶使用需求。

1 制動系統(tǒng)匹配計算

圖1 制動時的車輛受力圖

1.1 制動匹配計算相關(guān)參數(shù)的確立

1.1.1 整車質(zhì)量m(kg)

由于國內(nèi)中重型商用車超載現(xiàn)象比較普遍，因此需根據(jù)國情把超載考慮進去。

定義：空載質(zhì)量m1;滿載質(zhì)量質(zhì)量m2;超載質(zhì)量m3

1.1.2 車輛軸距L(m)

對于雙前橋或雙后橋，由于制動時載軸轉(zhuǎn)移計算復(fù)雜，為簡化起見，將雙前橋或雙后橋合并為一橋，軸距測量點為兩橋中心點。

1.1.3 車輛質(zhì)心距后軸距離

質(zhì)心距后軸距離可在整車三維數(shù)模上得出，但為了數(shù)據(jù)準確，可以對空載車輛各軸稱重，得出L21;L22，L23通過公式(1-1)、(1-2)得出：

1.1.4 車輛質(zhì)心高hg(m)

空載質(zhì)心高hg1可在整車三維數(shù)模上得出，也可以通過懸吊法測得。而hg2和hg3通過公式(1-3)、(1-4)得出：

1.1.5 軸荷mL(kg)

空載前后軸荷可通過稱重獲得，而滿載和超載前后軸荷可通過公式(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)得出：

1.1.6 軸制動扭矩Tf(N.m)

軸制動扭矩值與氣壓值成正比關(guān)系，因此氣壓值的選擇合理與否關(guān)系到制動匹配計算的實用性。根據(jù)大量測量數(shù)據(jù)顯示，由于制動閥體和管路等阻力作用，當制動系統(tǒng)管路工作氣壓為0.85MPa時，制動氣室氣壓約為0.72MPa;因此前后軸制動扭矩取氣壓為0.72MPa時的值。

Tf1、Tf2——前、后軸制動扭矩。

1.1.7 路面附著系數(shù)φ

GB12676要求試驗時在水泥路面，其附著系數(shù)為0.8，但考慮到我國路面實際情況，路面附著系數(shù)一般取值0.7；

1.1.8 制動器駐車制動扭矩TP(N.m）

根據(jù)帶駐車的制動氣室的性能曲線圖(見圖2）可計算或?qū)崪y。

圖2 氣室曲線圖

1.1.9 車輪滾動半徑r(m)

1.1.10 制動器制制動力分配系數(shù)β

制動器制制動力分配系數(shù)β為前制動器制動力Ff1與總制動器制動力Ff之比，

1.2 制動重要性能參數(shù)分析與匹配計算

1.2.1 選取合理的同步附著系數(shù)φ0

1）理想的前后制動器制動力分配曲線，簡稱I曲線

I曲線是根據(jù)公式2-1匯成的，見圖2;

3）前后軸同時抱死時路面附著系數(shù)為同步附著系數(shù)φ0，見圖3

圖3 某貨車制動分配的I曲線和β線圖

4）同步附著系數(shù)φ0的選取

當汽車在不同附著系數(shù)φ的路面上制動時，可能有以下3種情況：

(1)當φ＜φ0時，β曲線位于I曲線下方，制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；

(2)當φ＞φ0時，β曲線位于I曲線上方，制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生甩尾現(xiàn)象；

(3)當φ=φ0時，制動時前后輪同時抱死，這是最好的穩(wěn)定情況。

通過分析，第(3)種情況是最好的，但現(xiàn)實中的車輛很難達到，第(2)種情況會產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象，這是我們最不想看到的，因此我們希望設(shè)計的車輛滿足第(1)種情況。這樣φ0就要求比車輛行使路面的附著系數(shù)高，根據(jù)公式 2-2，要提高 φ0，就要求提高 L、β 或降低 L2、hg,然而受車輛結(jié)構(gòu)和客觀因素影響，不可能完全使車輛在所有路面都滿足φ＜φ0，因此綜合各種因素，有文獻推薦滿載時φ0≥0.5。當然，不同行駛路況的車輛選擇是有差異的，在好路面行駛車輛的φ0取值比礦區(qū)的要適當?shù)母咝?/p>

1.2.2 制動力分配的合理性分析

制動力分配的合理性通常用利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線來評定。

GB12676和ECE R13對此都做了要求：(1)對于R值在0.2～0.8之間的各類車 Z≥0.1十0.85（k-0.2）;(2)對于制動強度在0.15～0.30之間，若各車軸的附著系數(shù)利用曲線位于公式k=Z±0.08確定的與理想附著系數(shù)利用直線平行的兩條直線之間，則認為滿足要求。對于制動因數(shù)Z≥0.3，若后軸附著系數(shù)利用曲線能滿足公式Z≥0.3+0.74（k-0.38），則認為滿足要求。

1）利用附著系數(shù)φ計算

利用附著系數(shù)就是在某一制動強度q下，不發(fā)生任何車輪抱死所要求的最小路面附著系數(shù)。

2）制動效率E計算

制動效率為車輪不抱死的最大制動減速度與車輪和低面間摩擦系數(shù)之比。

3）繪制利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線和相關(guān)參數(shù)的分析調(diào)整。

為了更直觀的看清楚各參數(shù)的關(guān)系和法規(guī)符合性，將利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系繪制成曲線，并將法規(guī)要求也加入進去，見圖4。

從圖4可看出，該車滿載是的利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系基本滿足制動法規(guī)需求，但是同步附著系數(shù)約為0.26，偏低，有必要對車型參數(shù)進行調(diào)整，使φ0達到合理值。

1.2.3 制動距離和制動減速度計算和其法規(guī)符合性

1）法規(guī)要求：

GB12676的發(fā)動機脫開的O型試驗性能要求：N2、N3類車輛在初速度為60km/h時的制動距離為36.7m,平均減速度為5m/s2。

2）計算地面制動力FΦ(N)

圖4 某重型商用車滿載的利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線

3）計算制動器制動力Ff(N)

制動器制動力為前軸制動器發(fā)揮作用的制動力Fa1和后軸制動器發(fā)揮作用的制動力Fa2之和：

若前軸制動器制動力被充分利用，則Fa1等于Ff1,根據(jù)公式2-1得出：

若后軸制動器制動力被充分利用，則Fa2等于Ff2,將Fa2代入公式2-1 得出 Fa1：

4）確定司機反應(yīng)時間t1(s)和制動反應(yīng)時間t2(s)：

GB12676規(guī)定：在0.2s內(nèi)急踩制動時，從開始促動控制裝置到最不利的車軸上的制動力達到規(guī)定的相應(yīng)的制動性能時所經(jīng)歷的時間不得超過0.6s。因此可認為：

5）計算平均制動減速度a(m/s2)

根據(jù)GB12676要求，平均制動減速度a≥5 m/s2

6）計算初速度V0為60km/h的制動距離S(m)

根據(jù)GB12676要求，制動距離S≤36.7m

1.2.4 車輛駐車坡度tgα(α為坡度極限角)計算

GB12676規(guī)定：駐車制動系必須使?jié)M載車輛停在18%坡道上(上坡或下坡）。

1）汽車在上坡時的駐車坡度極限角α1(度)

2）汽車在下坡時的駐車坡度極限角α2(度)

3）駐車制動扭矩TP能夠滿足的駐車極限坡度α3(度)

4）車輛駐車坡度極限角 α 應(yīng)為 α1、α2、α3三者最小值，

根據(jù) GB12676要求，tgα≤18%（列車 12%）。

2 結(jié)束語

上述匹配計算包括的參數(shù)，基本包含了GB12676對中重型商用車的主要制動性能要求，且計算得到的數(shù)據(jù)基本與實測數(shù)據(jù)一致。因此如果按上述計算方法所得到的參數(shù)計算結(jié)果都符合要求，那么我們基本可以認為車輛的制動性能是合格的。

本計算方法簡單易行，通過簡單的培訓(xùn)，設(shè)計人員能夠較容易地掌握其使用方法。當然，為了能更簡便計算，筆者推薦將其計算轉(zhuǎn)化為EXCEL格式。

［1］劉惟信.汽車制動系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計計算.清華大學(xué)出版社，2004,9.

［2］余志生.汽車理論[M].2 版.機械工業(yè)出版社，1989,4.