重型載貨汽車排氣制動(dòng)性能試驗(yàn)與研究

在礦山或山區(qū)公路上行駛的商用汽車，經(jīng)常要持續(xù)下長(zhǎng)坡，需要對(duì)汽車進(jìn)行持續(xù)的制動(dòng)，使汽車速度穩(wěn)定在某個(gè)安全范圍。但是單靠行車制動(dòng)系是難以做到的，因?yàn)橹苿?dòng)器長(zhǎng)時(shí)間頻繁工作將使溫度大大升高，制動(dòng)效能會(huì)產(chǎn)生熱衰退甚至完全失效。所以在這種道路條件下行駛的汽車，有必要增設(shè)輔助制動(dòng)系來分擔(dān)行車制動(dòng)系（主制動(dòng)系）的任務(wù)。它可以在不使用或少使用行車制動(dòng)系的條件下，使車輛速度降低或保持穩(wěn)定，但不能將車輛緊急制停。它可以提高車輛行駛的安全性，大大減少坡道行駛時(shí)由于行車制動(dòng)器熱衰退引發(fā)的安全事故；提高車輛的舒適性和操縱靈活性，降低駕駛員的疲勞強(qiáng)度，減少制動(dòng)噪聲；提高車輛運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)制動(dòng)器和輪胎維修更換的周期，延長(zhǎng)汽車的使用壽命。基于以上幾點(diǎn)，近幾年輔助制動(dòng)系在國(guó)內(nèi)發(fā)展非常迅速。常見的輔助制動(dòng)系有以下幾種形式：發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、排氣制動(dòng)、液力緩速器、電力緩速器、永磁式緩速器等。

我國(guó)交通部在JT/T325《營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》中規(guī)定，在大型、中型的高二、高三級(jí)營(yíng)運(yùn)公路客車上必須安裝緩速器；建設(shè)部于2006年11月29日發(fā)布了CJ/T230-2006《城市客車緩速制動(dòng)性能要求與試驗(yàn)方法》，已于2007年5月1日開始實(shí)施。但目前我國(guó)還沒有針對(duì)重型載貨汽車裝備緩速器的法規(guī)，長(zhǎng)期以來駕駛員在下長(zhǎng)坡時(shí)靠給制動(dòng)器輪轂澆水的方法，對(duì)其實(shí)施強(qiáng)制冷卻來滿足車輛連續(xù)下坡的制動(dòng)要求。這種方法可靠性差，另外冬季水流到地面結(jié)冰會(huì)影響車輛在道路上的行駛安全。為提高重型載貨汽車在山區(qū)行駛的安全性，為其加裝輔助制動(dòng)系統(tǒng)并對(duì)其制動(dòng)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究是有必要的。

排氣制動(dòng)性能的試驗(yàn)

輔助制動(dòng)系幾種形式中排氣制動(dòng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本較低。其工作原理是利用排氣阻力，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣和壓縮等行程的功率損失來使汽車減速。隨著重型載貨汽車比功率的提高，許多車上都安裝了排氣制動(dòng)系統(tǒng)。與行車制動(dòng)系統(tǒng)相比較，其吸收的功率比較小，但是它吸收的功率長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變或基本不變。排氣制動(dòng)的制動(dòng)性能受許多因素的影響，如發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、排量、配氣相位、氣門大小、排氣制動(dòng)閥的安裝位置等，另外汽車行駛時(shí)還受到空氣阻力、滾動(dòng)阻力和其他特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。所以，對(duì)排氣制動(dòng)性能需采用道路試驗(yàn)來測(cè)定。在此，對(duì)上海匯眾汽車制造有限公司生產(chǎn)的SH3252A4D38A型自卸汽車進(jìn)行排氣制動(dòng)性能試驗(yàn)和分析。

樣車的主要技術(shù)參數(shù)：

試驗(yàn)在平坦的混凝土道路上進(jìn)行，道路長(zhǎng)度2.2km。參考GB12676-1999《汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》對(duì)N3類車輛II型試驗(yàn)的方法，確定在接近發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速條件下，IV擋制動(dòng)初速30km/h，V擋制動(dòng)初速40km/h，VI擋制動(dòng)初速50km/h。I-III擋行駛車速過低，VII擋下坡行駛很少使用，所以未進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)得出車速隨時(shí)間變化關(guān)系見圖1。

結(jié)果分析

根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)方程：

式中FT為驅(qū)動(dòng)力；FR為滾動(dòng)阻力；FL為空氣阻力；δi為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)，主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及傳動(dòng)比有關(guān)，可通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；m為車輛總質(zhì)量；a為加速度。

得到：FB+FR+FL=δi ma(v)

式中FB為排氣制動(dòng)力；a(v)為減速度隨車速變化關(guān)系(試驗(yàn)得到)。

總制動(dòng)力(包括排氣制動(dòng)力、滾動(dòng)阻力和空氣阻力)隨車速變化關(guān)系見圖2。圖2中3%-8%表示根據(jù)F=mg i/(1+i2)frac12;計(jì)算出的不同坡度(i)時(shí)車輛下滑力大小的圖線。

圖2中各擋總制動(dòng)力曲線與不同坡道下滑力圖線的交點(diǎn)橫坐標(biāo)就是該擋利用排氣制動(dòng)在此坡道上下坡行駛的穩(wěn)定車速。即不用行車制動(dòng)系就能以此速度穩(wěn)定滑行。這時(shí)下滑力等于總制動(dòng)力，即mg i/(1+i2)frac12;＝δi ma(v)，得出坡道坡度與穩(wěn)定車速的關(guān)系i=δi a(v)/[g2-δi2 a2(v)]frac12;。得到汽車在不同坡道上下坡行駛時(shí)穩(wěn)定車速與坡道的關(guān)系見圖3。

由圖3可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，各擋排氣制動(dòng)對(duì)應(yīng)的下坡坡度見表1。

我國(guó)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在四級(jí)公路上的最大坡度不超過9%。由此看來，排氣制動(dòng)基本滿足在各種坡道下坡行駛。但是車速范圍太寬，如在正常車速30-40km/h下坡行駛時(shí)，則各擋排氣制動(dòng)對(duì)應(yīng)的坡度見表2。

由表2可以看出，IV擋的最高車速剛好在30km/h，但發(fā)動(dòng)機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間在此狀態(tài)下工作，所以IV擋排氣制動(dòng)在正常車速下坡行駛過程中不常用。另外，坡度在3.78%-5.21%之間和大于5.85%的坡度上，只用排氣制動(dòng)無法滿足穩(wěn)定行駛的要求。

結(jié)論

通過試驗(yàn)和理論計(jì)算表明：在一些坡道上下坡行駛時(shí)，選擇合適的變速器擋位，可以在不使用行車制動(dòng)的情況下，通過排氣制動(dòng)使車輛以正常的車速勻速下坡。這樣可以有效降低制動(dòng)器的溫度，提高行車安全性。但是在有些坡度的坡道上，僅用排氣制動(dòng)無法保證車輛在正常車速范圍內(nèi)穩(wěn)定行駛，這時(shí)需要使用行車制動(dòng)系工作，還可能造成汽車連續(xù)下坡制動(dòng)器過熱制動(dòng)效能衰退甚至失效的情況。另外，連續(xù)下坡過程中，駕駛員需要不斷換擋，換擋過程中排氣制動(dòng)是不能發(fā)揮作用的，同樣會(huì)影響汽車的行駛安全性。所以保證汽車在各種坡道上以正常車速連續(xù)下坡行駛，應(yīng)該采用排氣制動(dòng)與其他輔助制動(dòng)形式結(jié)合的方法。本文僅對(duì)一個(gè)重型載貨汽車車型進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)論比較適用比功率接近的重型載貨汽車。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”