N2類載貨汽車制動力分配系數(shù)的選擇

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（東風(fēng)神宇車輛有限公司商品企劃部）

N2類載貨汽車作為一種重要的運(yùn)輸工具，在載貨車中占有很大的比例，被廣泛地運(yùn)用于社會的各個領(lǐng)域。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，終端用戶對載貨汽車使用的安全性越來越重視。GB7258—2012規(guī)定：載重≥12 t的貨車需安裝防抱死制動裝置（ABS），而對N2類貨車則沒有該項(xiàng)要求。由于成本原因，國內(nèi)絕大多數(shù)的用戶對此類車型是不要求安裝ABS的，為了保持整車制動中的穩(wěn)定性，就必須使汽車在常用路面上制動時(shí)出現(xiàn)前輪先抱死或前后輪同時(shí)抱死的穩(wěn)定工況，避免后輪先抱死這種不穩(wěn)定工況的出現(xiàn)[1]。文章從相關(guān)法規(guī)要求出發(fā)，推導(dǎo)出了制動器制動力分配系數(shù)（β）的選取方法，保證了整車制動時(shí)的效能和穩(wěn)定性，為設(shè)計(jì)人員在整車設(shè)計(jì)時(shí)提供了一種便捷的計(jì)算方法。

1 制動穩(wěn)定性

制動穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛的能力或按預(yù)定彎道行駛的能力，它包括不發(fā)生跑偏、側(cè)滑和不失去轉(zhuǎn)向的要求，而β的選擇直接關(guān)系到側(cè)滑情況的出現(xiàn)。

對于沒有裝配制動防抱死裝置或制動力調(diào)節(jié)裝置的載貨汽車，其前后輪β通常是固定的，其定義如下：

式中：Fu1，F(xiàn)u2——前后制動器制動力，N。

制動過程中要滿足前后輪同時(shí)抱死，前后制動器制動力必須滿足以下關(guān)系[2]：

式中：b——整車質(zhì)心到后軸距離，m；

L——軸距，m；

G——整車重力，N；

hg——整車質(zhì)心高度，m。

由式（2）可以看出，理想的前后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動力分配關(guān)系與質(zhì)心位置、軸距和整車重量有關(guān)系，很明顯，整車空載和滿載下前后輪制動力分配關(guān)系是不同的，如圖1所示。

圖1中，β線表示實(shí)際制動力分配曲線，I線與β線交點(diǎn)對應(yīng)的地面附著系數(shù)為同步附著系數(shù)（φ0）。

由圖1可以看出，空載φ0比滿載φ0要小得多。當(dāng)路面附著系數(shù)φ＜φ0時(shí)，前輪先抱死側(cè)滑；反之后輪先抱死側(cè)滑。由式（1）可知，在整車結(jié)構(gòu)一定時(shí)，通過合理選擇β可以改變φ0。

2 制動力分配系數(shù)（β）的選擇

要保證汽車制動安全，β要滿足以下要求[3]：

1）滿足制動效能要求；2）保證制動效率；3）保證制動時(shí)方向的穩(wěn)定性。

2.1 GB 7258—2012法規(guī)要求

在φ≥0.7的路面上，以初速度30 km/h制動，制動距離（Sc）應(yīng)滿足：Sc≤9.0 m（空載），Sc≤10.0 m（滿載）。理論上，Sc為：

式中：v——制動初速度，取30 km/h；

t——制動完全釋放時(shí)間，按兩軸車，取0.8 s；

J——制動減速度，m/s2。

根據(jù)定義，前輪制動效率（Ef）如式（5）所示。

式中：Z——制動強(qiáng)度；

Φf——前軸利用附著系數(shù)。

由式（5）可得出前輪在即將抱死時(shí)的最大制動強(qiáng)度（Jf）為：

由式（4）和（6）可推導(dǎo)出前輪先抱死時(shí)滿足Sc所需要的β要求為：

2.2 GB 12676—1999法規(guī)要求

1）在φ∈[0.2，0.8]范圍內(nèi)，對于 N 類汽車，Z 必須滿足：

由式（5）和（8）可推導(dǎo)出前輪先抱死時(shí)β需滿足以下條件：

2）Z為0.15～0.30時(shí)，汽車處于各種載荷狀態(tài)時(shí)，前軸的附著系數(shù)利用曲線應(yīng)位于后軸的附著系數(shù)利用曲線之上。由此可知，當(dāng)φ0≥0.3時(shí)，即滿足該條法規(guī)要求。即：

為了滿足整車制動距離、制動強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，在空滿載狀態(tài)下，β必須同時(shí)滿足式（7）、（9）和（10），這樣既滿足了制動強(qiáng)度，又保證了制動的穩(wěn)定性。

文章以某輕型載貨車為例，說明β如何選取，其結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表1所示。

表1 某輕型載貨車結(jié)構(gòu)參數(shù)

在滿載狀態(tài)下，將該車型相應(yīng)參數(shù)分別代入式（7）、（9）、（10），對應(yīng)于各種不同路面 β 下的計(jì)算結(jié)果，如表2所示。

表2 滿載時(shí)不同路面附著系數(shù)對應(yīng)的制動力分配系數(shù)（β）計(jì)算值

取以上 3種情況下 β的交集，得：β滿載∈[0.41，0.60]。同理，可求得空載狀態(tài)下β的取值范圍為：β滿載∈[0.52，0.73]。

最后由 β空載∩β滿載得到最終的 β取值范圍為0.52≤β≤0.60，即β在該范圍內(nèi)，無論是空載還是滿載，制動時(shí)都能滿足相應(yīng)的法規(guī)要求，且能保證在常用路面上制動時(shí)方向的穩(wěn)定性。這樣，在進(jìn)行制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就可以根據(jù)現(xiàn)有制動器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，在此范圍內(nèi)選擇合適的β值。比如β取0.54，則滿載時(shí)：φ0=0.84，大于各種常用行駛路面的附著系數(shù)，保證前輪先抱死；空載時(shí)，φ0=0.47，也能保證在各種常見的濕滑路面（冰/雪/濕滑土路）上前輪先抱死，確保行車安全。

3 結(jié)論

文章從 GB 7258—2012和 GB 12676—1999法規(guī)中有關(guān)制動方面的法規(guī)要求出發(fā)，結(jié)合N2類載貨汽車常用的行駛路況，得出了β的選取方法。通過該方法選取的β值同時(shí)滿足了整車制動效能和制動穩(wěn)定性的要求。整車設(shè)計(jì)中，常規(guī)的β選取方法是參照競品或者設(shè)計(jì)時(shí)先選取某一數(shù)值，然后再進(jìn)行法規(guī)校核，看是否滿足法規(guī)要求，若不符合，再對β的選值進(jìn)行調(diào)整，直到滿足法規(guī)要求為止，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而文章提出的β參數(shù)的選取方法，在最初制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮了法規(guī)要求，節(jié)約了設(shè)計(jì)人員后續(xù)法規(guī)校核的時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率。