中重型商用車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算

康厚芬

（北京福田戴姆勒汽車(chē)有限公司，中國(guó) 北京101400）

0 前言

目前，國(guó)內(nèi)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB12676-1999《汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》和GB7258-2004《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》。但作為國(guó)內(nèi)主機(jī)廠研發(fā)人員設(shè)計(jì)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(dòng)法規(guī)ECE R13，因此有廣泛的使用性和實(shí)用性。根據(jù)機(jī)動(dòng)車(chē)型分類，中重型商用車(chē)應(yīng)劃分為N2、N3和O類車(chē)輛。因此本規(guī)范主要是為了符合GB12676對(duì)N2、N3和O類車(chē)輛的制動(dòng)性能的規(guī)定。同時(shí)為了使車(chē)輛的制動(dòng)性能滿足我國(guó)路況，要求在匹配計(jì)算過(guò)程中充分考慮用戶試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)車(chē)輛制動(dòng)性能實(shí)用性更好，滿足客戶使用需求。

1 制動(dòng)系統(tǒng)匹配計(jì)算

圖1 制動(dòng)時(shí)的車(chē)輛受力圖

1.1 制動(dòng)匹配計(jì)算相關(guān)參數(shù)的確立

1.1.1 整車(chē)質(zhì)量m(kg)

由于國(guó)內(nèi)中重型商用車(chē)超載現(xiàn)象比較普遍，因此需根據(jù)國(guó)情把超載考慮進(jìn)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(chē)輛軸距L(m)

對(duì)于雙前橋或雙后橋，由于制動(dòng)時(shí)載軸轉(zhuǎn)移計(jì)算復(fù)雜，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將雙前橋或雙后橋合并為一橋，軸距測(cè)量點(diǎn)為兩橋中心點(diǎn)。

1.1.3 車(chē)輛質(zhì)心距后軸距離

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

1.1.4 車(chē)輛質(zhì)心高h(yuǎn)g(m)

空載質(zhì)心高h(yuǎn)g1可在整車(chē)三維數(shù)模上得出，也可以通過(guò)懸吊法測(cè)得。而hg2和hg3通過(guò)公式(1-3)、(1-4)得出：

1.1.5 軸荷mL(kg)

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

1.1.6 軸制動(dòng)扭矩Tf(N.m)

軸制動(dòng)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(dòng)匹配計(jì)算的實(shí)用性。根據(jù)大量測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，由于制動(dòng)閥體和管路等阻力作用，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)管路工作氣壓為0.85MPa時(shí)，制動(dòng)氣室氣壓約為0.72MPa;因此前后軸制動(dòng)扭矩取氣壓為0.72MPa時(shí)的值。

Tf1、Tf2——前、后軸制動(dòng)扭矩。

1.1.7 路面附著系數(shù)φ

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

1.1.8 制動(dòng)器駐車(chē)制動(dòng)扭矩TP(N.m）

根據(jù)帶駐車(chē)的制動(dòng)氣室的性能曲線圖(見(jiàn)圖2）可計(jì)算或?qū)崪y(cè)。

圖2 氣室曲線圖

1.1.9 車(chē)輪滾動(dòng)半徑r(m)

1.1.10 制動(dòng)器制制動(dòng)力分配系數(shù)β

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

1.2 制動(dòng)重要性能參數(shù)分析與匹配計(jì)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(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線

I曲線是根據(jù)公式2-1匯成的，見(jiàn)圖2;

3）前后軸同時(shí)抱死時(shí)路面附著系數(shù)為同步附著系數(shù)φ0，見(jiàn)圖3

圖3 某貨車(chē)制動(dòng)分配的I曲線和β線圖

4）同步附著系數(shù)φ0的選取

當(dāng)汽車(chē)在不同附著系數(shù)φ的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下3種情況：

(1)當(dāng)φ＜φ0時(shí)，β曲線位于I曲線下方，制動(dòng)時(shí)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(dāng)φ＞φ0時(shí)，β曲線位于I曲線上方，制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生甩尾現(xiàn)象；

(3)當(dāng)φ=φ0時(shí)，制動(dòng)時(shí)前后輪同時(shí)抱死，這是最好的穩(wěn)定情況。

通過(guò)分析，第(3)種情況是最好的，但現(xiàn)實(shí)中的車(chē)輛很難達(dá)到，第(2)種情況會(huì)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(jì)的車(chē)輛滿足第(1)種情況。這樣φ0就要求比車(chē)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(chē)輛結(jié)構(gòu)和客觀因素影響，不可能完全使車(chē)輛在所有路面都滿足φ＜φ0，因此綜合各種因素，有文獻(xiàn)推薦滿載時(shí)φ0≥0.5。當(dāng)然，不同行駛路況的車(chē)輛選擇是有差異的，在好路面行駛車(chē)輛的φ0取值比礦區(qū)的要適當(dāng)?shù)母咝?/p>

1.2.2 制動(dòng)力分配的合理性分析

制動(dòng)力分配的合理性通常用利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線來(lái)評(píng)定。

GB12676和ECE R13對(duì)此都做了要求：(1)對(duì)于R值在0.2～0.8之間的各類車(chē) Z≥0.1十0.85（k-0.2）;(2)對(duì)于制動(dòng)強(qiáng)度在0.15～0.30之間，若各車(chē)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(rèn)為滿足要求。對(duì)于制動(dòng)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(rèn)為滿足要求。

1）利用附著系數(shù)φ計(jì)算

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

2）制動(dòng)效率E計(jì)算

制動(dòng)效率為車(chē)輪不抱死的最大制動(dòng)減速度與車(chē)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(dòng)強(qiáng)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(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系繪制成曲線，并將法規(guī)要求也加入進(jìn)去，見(jiàn)圖4。

從圖4可看出，該車(chē)滿載是的利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系基本滿足制動(dòng)法規(guī)需求，但是同步附著系數(shù)約為0.26，偏低，有必要對(duì)車(chē)型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使φ0達(dá)到合理值。

1.2.3 制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度計(jì)算和其法規(guī)符合性

1）法規(guī)要求：

GB12676的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開(kāi)的O型試驗(yàn)性能要求：N2、N3類車(chē)輛在初速度為60km/h時(shí)的制動(dòng)距離為36.7m,平均減速度為5m/s2。

2）計(jì)算地面制動(dòng)力FΦ(N)

圖4 某重型商用車(chē)滿載的利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線

3）計(jì)算制動(dòng)器制動(dòng)力Ff(N)

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

若前軸制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)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(jī)反應(yīng)時(shí)間t1(s)和制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間t2(s)：

GB12676規(guī)定：在0.2s內(nèi)急踩制動(dòng)時(shí)，從開(kāi)始促動(dòng)控制裝置到最不利的車(chē)軸上的制動(dòng)力達(dá)到規(guī)定的相應(yīng)的制動(dòng)性能時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間不得超過(guò)0.6s。因此可認(rèn)為：

5）計(jì)算平均制動(dòng)減速度a(m/s2)

根據(jù)GB12676要求，平均制動(dòng)減速度a≥5 m/s2

6）計(jì)算初速度V0為60km/h的制動(dòng)距離S(m)

根據(jù)GB12676要求，制動(dòng)距離S≤36.7m

1.2.4 車(chē)輛駐車(chē)坡度tgα(α為坡度極限角)計(jì)算

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

1）汽車(chē)在上坡時(shí)的駐車(chē)坡度極限角α1(度)

2）汽車(chē)在下坡時(shí)的駐車(chē)坡度極限角α2(度)

3）駐車(chē)制動(dòng)扭矩TP能夠滿足的駐車(chē)極限坡度α3(度)

4）車(chē)輛駐車(chē)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(chē) 12%）。

2 結(jié)束語(yǔ)

上述匹配計(jì)算包括的參數(shù)，基本包含了GB12676對(duì)中重型商用車(chē)的主要制動(dòng)性能要求，且計(jì)算得到的數(shù)據(jù)基本與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致。因此如果按上述計(jì)算方法所得到的參數(shù)計(jì)算結(jié)果都符合要求，那么我們基本可以認(rèn)為車(chē)輛的制動(dòng)性能是合格的。

本計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行，通過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，設(shè)計(jì)人員能夠較容易地掌握其使用方法。當(dāng)然，為了能更簡(jiǎn)便計(jì)算，筆者推薦將其計(jì)算轉(zhuǎn)化為EXCEL格式。

［1］劉惟信.汽車(chē)制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算.清華大學(xué)出版社，2004,9.

［2］余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].2 版.機(jī)械工業(yè)出版社，1989,4.