發動機緩速器(Jacobs)對貨車單車通行山區高速公路長下坡的安全性研究

秦興順

(四川交通職業技術學院)

1 引 言

我國西南地區高速公路受自然條件限制，存在山高路險，坡陡彎急，自然災害不斷等特點，致使其重大交通事故多發。地處京昆高速(G5)四川段的雅西高速公路是典型的山區高速公路，該路段沿線地形地質條件復雜，全程共形成3處超長連續縱坡，縱坡長度均在25 km 以上，且部分路段還受冰、雪、雨、霧等惡劣氣候條件影響，運營安全形勢嚴峻。通常情況下，滿載貨車要以理想的速度一次安全通過該長下坡路段，行駛過程中都要通過給制動鼓不斷淋水降溫以阻止制動鼓制動效能熱衰退，保持其制動效能的有效性。但是，在冬季路面溫度低至零度以下時，不斷淋水會使路面結冰，給過往車輛帶來更大的危險性。

2 試驗車型選擇與方案設計

2.1 試驗車型選擇

2011年對四川省高速公路網內貨車構成的統計結果表明:2 軸貨車單車比重為67.68%，3、4 軸貨車單車比重為24.08%，半掛列車比重為8.24%，這一車型結構反映了西南山區高速公路貨車結構的差異性，即:由于山區高速公路坡陡彎急、氣候多變等交通環境的限值，2、3、4 軸貨車單車的比重遠高于平原地區。同時，對西南某山區高速公路長下坡路段的事故統計結果表明，2 軸、3 軸、4 軸貨車單車事交通事故率占總數的54.4%。

另一方面，考慮到3 軸、4 軸貨車在同樣比功率條件下，3 軸貨車的發動機緩速器功率偏低。因此，為保證滿足各類貨車單車配備發動機緩速器后輔助制動效果的需求，選擇3軸貨車單車作為試驗對象是十分必要的。選用的3 軸貨車主要性能參數如表1 所示。

表1 3 軸試驗貨車主要性能參數一覽表

2.2 試驗方案設計

由于在26 km 長下坡路段開展滿載貨車試驗具有較大危險性，且成本較高，為保證用最少的試驗次數獲得最佳的試驗效果，本次試驗過程采用正交試驗方法設計。正交試驗設計方法是汽車試驗時常用的一種最優化試驗方法，該方法具有試驗次數最少、結論最完整的優點，試驗原理如圖1 所示。

圖1 正交試驗設計流程

表2 3 軸貨車單車正交試驗表頭設計

根據正交試驗設計方法原理，試驗正交表選擇為L4(23)合并相關影響因素后的測試方案，計算后共形成4 個組次，如表3 所示。

表3 3 軸貨車正交試驗方案設計

2.3 測試儀器

試驗過程中為掌握貨車制動器制動效能的保持情況，需對制動鼓溫度實時監控，為此專門開發了在線式制動鼓溫度監測系統，同時，為監測車輛的速度、縱坡度、貨車制動器使用頻率等參數，試驗過程中使用高精度行車記錄儀(VboxⅢ)對各種參數進行測量。

3 發動機緩速器(jacobs)制動特性測試

3.1 測試方法

(1)變速器空擋滑行試驗

將試驗貨車加速到80 km/h，然后將變速器掛入空擋，汽車自由滑行，用測試設備記錄車速隨時間變化關系數據，試驗正反方向各進行一次。

(2)變速器掛檔滑行試驗

他說第一次見她時覺得她太正經，又太純真，所以不想動她的，可是時間一長，便有些把持不住。你笑起來特別動人。

將車輛加速到5 檔最高車速，打開發動機緩速器(Jacobs)開關，汽車自由滑行，用測試設備記錄車速隨時間變化關系數據，試驗正反方向各進行一次。接著依次進行6、7、8檔的掛檔滑行試驗，試驗方法與5 檔滑行試驗相同。

3.2 發動機緩速器( Jacobs) 制動力測試及計算

根據上述試驗方法，可精確檢測出車輛運行過程中的起點速度(V0)、終點速度(Vt)、運行時間(t)、運行距離(s)、風速(Vw)等參數。根據汽車行駛方程式可知

汽車總行駛阻力∑F

其中，FJac為Jacobs 制動力;Ff為車輪滾動阻力;Fw為空氣阻力;δi為相應檔位的旋轉質量換算系數;m 為車輛總質量;為車輛減速度;Fi為坡度阻力。

由于試驗路段無坡度，故坡度阻力Fi為0。所以

根據測試結果，整理數據計算可得到采用發動機緩速器裝置制動時，各擋的總制動力隨車速的關系曲線，見圖2。

圖2 Jacobs 發動機緩速器各擋總制動力隨車速變化關系曲線

3.3 發動機緩速器( Jacobs) 制動功率測試及計算

根據發動機功率計算公式

可計算得到該車的發動機緩速器(Jacobs)的制動功率，如表4 示。

表4 ISM345 30 型發動機Jacobs 發動機緩速器功率與驅動功率表

3.4 發動機緩速器( Jacobs) 制動對坡度的適應性分析

按照3 軸貨車設計標準，其滿載時車貨總重為25 t，在長下坡使用Jacobs 緩速器制動時，汽車穩定車速與下坡坡度之間的對應關系如圖3 所示。

圖3 3 軸試驗貨車緩速器輔助制動時穩定車速與下坡坡度之間的對應關系圖

由圖3 可知，對于3 軸試驗貨車總重為25T 時，變速器使用5 檔，在不使用行車制動器的情況下，能夠以30 km/h左右的車速下8%的坡;變速器使用8 擋，能夠用80 km/h 的車速下5%的坡，以60 km/h 的車速下4%的坡。

4 雅西高速公路26 km 長下坡發動機緩速器制動效果分析

4.1 貨車超載30%條件下開啟發動機緩速器長下坡行駛安全測試

貨車超載30%條件下，開啟發動機緩速器，使用7～8檔(高檔)下坡，環境溫度為10 ℃。貨車整個下坡過程中右前輪制動鼓溫度(RF)、后橋右前輪制動鼓溫度(RR1)、后橋左后輪制動鼓溫度(LR2)、車速(speed)如圖4 所示。

圖4 貨車超載30%(32.5T)開啟發動機緩速器條件下26 km 長下坡溫度速度變化圖

貨車整個下坡過程平均車速59.4 km/h，最高車速73.5 km/h，基本達到了高速公路規定的車輛最低行駛速度60 km/h的要求。下坡過程中，由于貨車使用了較高的檔位，車速較快，急彎路段仍需制動器控制車速以保持安全狀態，全程制動器使用時間占總行駛時間的比例為47.1%，但制動力強度不大。下坡開啟發動機緩速器后，輔助制動力感覺明顯，貨車制動鼓溫度也上升較慢，右前輪制動鼓溫度(RF)最高尚未達到50 ℃，后橋由于載重量較大，制動器作用時制動強度也較大，右后橋前輪制動鼓最高溫度均在150 ℃以內，制動效能沒有明顯熱衰退。

由此可見，在使用發動機緩速器(Jacobs)的條件下，貨車單車即使超載30%下坡行駛，也能夠保證制動系統的有效性，使車輛以較快的速度安全下長坡。

4.2 貨車超載30%條件下關閉發動機緩速器長下坡行駛安全測試

在與第一次試驗試驗裝載、下坡檔位等工況條件相同的情況下，下坡時關閉發動機緩速器(Jacobs)，其下坡過程中車輛的各參數如圖5 所示。

圖5 貨車超載30%(32.5T)關閉發動機緩速器條件下26 km 長下坡溫度、速度變化圖

貨車整個下坡過程中，平均車速55.6 km/h，制動器使用時間占總行駛時間的比例為69.2%;由于前橋負載較輕，因此右前輪制動鼓溫升變化較小，溫度保持在100 ℃以下。而后橋負荷較大，因而溫升較快，下坡行駛13.3 km 以后，后橋右后輪制動鼓溫度就已上升到260 ℃以上，緊急制動情況下制動鼓局部最高溫度達472.7 ℃。

根據交通部西部項目研究結論，制動鼓溫度達到260 ℃時，車輛將喪失緊急制動能力。因此，在山區高速公路長下坡路段，重載貨車在制動器不淋水、且無輔助制動裝置條件下，制動器制動效能很容易因制動器過熱降低到極限值，從而導致車輛失控發生交通事故。

根據對試驗貨車超載30%時，開啟或關閉發動機緩速器條件下在雅西高速公路26 km 長下坡路段行駛安全性能測試的結果來看，發動機緩速器(Jacobs)能夠滿足該條件下貨車安全下長坡的需求，同時說明貨車標準裝載時，也能滿足。

5 結 論

(1)貨車單車按照規定裝載，使用發動機緩速器(Jacobs)，在制動器不淋水的條件下，可以安全通過山區高速公路長下坡路段，車速控制在60 km 左右比較適宜。

(2)由于目前國內生產發動機緩速器系統的廠家較多，產品質量也有差別，因此，建議貨車單車行走山區高速公路，淋水器水箱里儲存適量水，以備不時之需。

(3)發動機輔助制動技術在歐美國家已普遍使用，且已成為商用車的標準配置，此系統大大提高了商用車輛山區高速公路長下坡的安全性。但是，由于目前我國卡車發動機功率相對歐美偏，發動機輔助制動系統的制動功率與發動機驅動功率密切相關，所以，其只能解決貨車單車制動器不淋水條件下下長坡的安全問題。而對于大型半掛車輛，還需加裝液力緩速器輔助制動系統，才能確保其行車安全，其作用效果還需進一步試驗研究。

［1］王劍波，陳斌，秦興順，等.雅西山區高速公路特殊路段運營安全保障技術研究［R］.四川交通職業技術學院，2012:1－3.

［2］汽車制動系統結構、性能和試驗方法(GB12676－1999)［S］.

［3］機動車運行安全技術條件(GB7258－2012)［S］.

［4］余志生.汽車理論［M］.北京;機械工業出版社，2009:36－45.

［5］余強.汽車下坡持續制動性能研究［D］.西安:長安大學，2000:45－52.

［6］余強，陳蔭三，馬建，等.客車發動機緩速器下坡能力［J］.長安大學學報(自然科學版)，2003(3):95－97.