基于動量守恒的發(fā)動機制動道路測試方法及應(yīng)用研究*

朱江蘇 史祥東 李靜靜 王長通 孫晶晶

（1.內(nèi)燃機與動力系統(tǒng)全國重點實驗室，濰坊 261061；2.濰柴動力股份有限公司發(fā)動機研究院，濰坊 261061）

1 前言

中重型載貨汽車在山區(qū)等長距離下坡路況行駛時，頻繁制動會導(dǎo)致制動鼓溫度升高，制動性能迅速降低，嚴(yán)重時會出現(xiàn)制動失效的情況[1-4]。盡管為制動鼓淋水可以降低制動性能的衰減，但在冬季行駛時會影響后車的行車安全[5-8]。因此，相應(yīng)的持續(xù)制動裝置應(yīng)運而生，主要包括發(fā)動機輔助制動和緩行器制動，以避免行車制動系統(tǒng)出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象[9-12]。發(fā)動機輔助制動因其成本低、工作可靠、長時間全負(fù)荷制動的特點，已成為應(yīng)用最廣泛的持續(xù)制動裝置[13-15]。

發(fā)動機制動功率直接影響山區(qū)等工況條件下的行車安全性，準(zhǔn)確的發(fā)動機制動功率信息可以為手動變速器車輛提醒用戶選擇合適的擋位，以及自動變速器車輛選擇最佳下坡?lián)跷惶峁┮罁?jù)，因此，制動功率的準(zhǔn)確測量至關(guān)重要。目前，發(fā)動機制動功率通常利用底盤測功機測試獲得，但對資源及測試能力等具有一定要求。因此，本文提出一種基于動量守恒定律的發(fā)動機輔助制動功率道路測試方法，并通過與轉(zhuǎn)鼓測試結(jié)果進行對比，驗證道路測試的精度。

2 測試原理及方法

整車在滑行過程中遵守動量守恒定律，即發(fā)動機發(fā)出的制動功率等于整車減速滑行功率，由此可計算獲得發(fā)動機制動功率：

式中，P為道路等速功率；m為整車試驗總質(zhì)量；a為整車加速度；v為車速；?v為與車速v的速度偏差，建議取?v=2.5 km/h；?T為車速從v+?v減速到v-?v滑行時間的平均值。

測試流程為：

a.滑行初始車速選擇。根據(jù)道路條件，在確保安全的情況下，合理選擇最大車速vmax。

b.擋位選擇。選擇車速vmax對應(yīng)發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速的擋位GN。

c.滑行結(jié)束車速選擇。發(fā)動機最低制動轉(zhuǎn)速在擋位GN對應(yīng)的車速vmin。

d.將車速迅速提高到vmax，變速器置于空擋，松開離合器，車輛開始滑行，滑行至車速vmin。雙向往返測試，至少往返3次。

e.將車速迅速提高到vmax，變速器置于GN擋，松開離合器，車輛開始滑行，滑行至車速vmin。雙向往返測試，至少往返3次。

f.將車速迅速提高到vmax，變速器置于GN擋，打開發(fā)動機輔助制動，松開油門，車輛開始滑行，滑行至車速vmin。雙向往返測試，至少往返3次。

測試結(jié)束后，計算得到不同車速下的整車運行功率Pv、發(fā)動機摩擦功率PE和發(fā)動機輔助制動功率PB：

式中，ηE、ηB分別為未開啟發(fā)動機制動和開啟發(fā)動機制動時的傳動系統(tǒng)效率，動力總成某擋位下的傳動效率可根據(jù)轉(zhuǎn)速和扭矩查表獲得；?Tv、?TE、?TB分別為空擋滑行、帶擋滑行、帶擋且開啟發(fā)動機輔助制動滑行時，車速從v+?v減速到v-?v滑行時間的平均值。

整車運行功率與車速相關(guān)，發(fā)動機摩擦功率和發(fā)動機輔助制動功率與轉(zhuǎn)速相關(guān)，由此建立基于車速和擋位的各功率方程：

式中，fv為根據(jù)試驗測得的整車運行功率Pv與車速v的擬合方程；fE為根據(jù)試驗測得的發(fā)動機摩擦功率PE與發(fā)動機轉(zhuǎn)速n的擬合方程；fB為根據(jù)試驗測得的發(fā)動機輔助制動功率PB與發(fā)動機轉(zhuǎn)速n的擬合方程；ig為變速器擋位速比；i0為驅(qū)動橋速比；r為車輪半徑。

建立任意車速和擋位下的發(fā)動機制動功率方程為：

任意車速和擋位下的整車制動功率PVEB為：

整車制動力應(yīng)不小于整車重力沿坡道方向的分力，以實現(xiàn)下坡時不踩制動踏板且車速穩(wěn)定：

式中，g為重力加速度；α為道路實際坡度，坡高與底長之比。

根據(jù)式（7）、式（8）即可計算得到變速器擋位，從而實現(xiàn)下坡工況手動擋變速器車輛的換擋提醒和自動變速器車輛的擋位選擇。

3 測試精度分析

測試車輛選取重汽豪沃6×4 牽引車，配備12 擋手動變速器，滿載質(zhì)量49 000 kg，整車配置如表1所示。在實際道路測得整車滑行阻力系數(shù)如表2 所示，可計算得到滑行阻力為：

表1 試驗車輛參數(shù)

表2 滑行的整車阻力系數(shù)

式中，F(xiàn)0為常數(shù)項；F1為一次項；F2為二次項。

按照上述步驟，選取滑行車速區(qū)間為73~30 km/h，擋位采用10 擋，分別進行空擋滑行測試、10 擋帶擋滑行測試和10 擋帶擋且開啟輔助制動滑行測試，根據(jù)式（2）計算不同車速下的整車運行功率、發(fā)動機摩擦功率和發(fā)動機輔助制動功率，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 實際道路制動性能測試結(jié)果

在底盤測功機上按照表2所示的滑行阻力系數(shù)設(shè)置參數(shù)，熱車并滑行。分別倒拖測試空擋滑行功率和10擋帶擋且開啟輔助制動功率，兩者差值為發(fā)動機制動功率，與道路測試的發(fā)動機制動功率對比結(jié)果如圖2 所示，各轉(zhuǎn)速條件下兩者差值在-2.7%~3.4%范圍內(nèi)。

圖2 道路與轉(zhuǎn)鼓發(fā)動機制動功率對比

4 結(jié)束語

本文基于動量守恒定律提出了一種發(fā)動機制動功率的道路測試方法，構(gòu)建了基于車速和擋位的整車制動功率方程，可實現(xiàn)下坡工況手動變速器換擋提醒和自動變速器擋位選擇，有利于提升山區(qū)等長距離下坡工況車輛運行安全性。利用轉(zhuǎn)鼓臺架試驗對本文提出的實車道路試驗方法進行驗證，2種方法測試結(jié)果差值在-2.7%~3.4%范圍內(nèi)，說明本文方法滿足測試精度的需求。