發動機制動和排氣制動對客車制動穩定性的影響

徐凌飛 劉宮瑛

摘要：利用道路試驗和理論分析的方法研究了發動機制動、排氣制動工作時對客車前、后橋的制動力分配和制動穩定性的影響，發現客車在發動機制動和排氣制動參與制動過程時，將形成兩個同步附著系數點。兩個同步附著系數的大小與持續制動形式、變速器檔位和汽車行駛速度有關。由此表明持續制動系統的工作將使汽車的制動特性和穩定性發生很大的改變，必須在制動過程中給予足夠的重視。

關鍵詞：客車；發動機制動；排氣制動；制動穩定性

目前中國山區大部分公路等級在三級到四級之間，上下行均為單車道，彎道很多，有時會遇到回頭曲線，汽車在會車時或在彎道行駛時，特別是遇到回頭曲線時，駕駛員必須利用主制動器進一步使車速降低。這時，由于持續制動系統（發動機制動或排氣制動）工作，其制動力作用在后輪上，而主制動器又參與工作，其后輪的總制動力將由這兩部分疊加產生，改變了原車制動力分配特性，也直接影響到汽車的制動穩定性。本文對發動機制動、排氣制動的制動力對原車制動力分配的影響進行了定量分析。

1制動性能試驗

發動機制動、排氣制動過程中制動力矩的大小，受到發動機的額定功率、發動機的工作容積、行程、氣門大小和氣門定時、排氣制動閥的安裝位置等許多因素的影響，所以對于一種車型其發動機制動、排氣制動扭矩的大小要通過實驗進行測定。本文對安凱公司生產的HFF6810GDE5B客車進行實驗分析，其主要技術參數如下：車寬為2420mm；車高為3220mm；最大總質量為10500kg，主減速器傳動比為5.571；輪胎滾動半徑為0.454m。試驗在水平的瀝青路面上進行，試驗道路長度為2000m。通過試驗得到變速器分別處于Ⅲ、Ⅳ檔發動機制動、排氣制動工作時汽車行駛車速隨時間變化的曲線。同時為確定作用在車輪上的制動扭矩的大小，需要確定相應的空氣阻力和滾動阻力的大小，為此，進行了空檔滑行試驗，得到汽車行駛車速隨時間變化的曲線。

取t=f（V）為試驗中速度隨時間變化曲線的反函數，則汽車減速度隨速度變化關系為

式中：J為制動減速度。根據汽車縱向受力情況，得在水平路面上制動狀態下的動力學方程

式中：FB為制動力；Ff為滾動阻力；FW為空氣阻力；Wi為相應檔位的旋轉質量換算系數；Ga為客車總質量。

對試驗數據的處理、計算，得到發動機制動、排氣制動的總制動力（包括空氣阻力和滾動阻力）、空氣阻力和滾動阻力隨汽車行駛速度變化的關系曲線如圖1所示，因此得到發動機制動、排氣制動作用在車輪上的制動力隨汽車行駛速度變化的關系曲線如圖2所示。

2原車制動力分配

原車前、后軸制動力之間理想分配關系為

式中：Ga為汽車總質量；hg為質心高度；b為質心距后軸長度；Ftb1為前輪制動力；Ftb2為后輪制動力；L為軸距。

其理想分配曲線如圖3中I曲線所示。但是，實際上大多數汽車（包括本文使用的試驗車輛）的前、后軸制動力是按一個固定的比例分配的，其制動力分配系數為

得到該試驗車的同步附著系數h0=0.635，其制動力分配曲線如圖3中的U線所示。

3持續制動對制動力分配的影響

當采用了持續制動方式后，在原制動力分配不變的條件下，由于后輪制動力增加，使得前、后軸制動力的比例發生變化，這時，前、后軸制動力之間關系為

式中：FDB為持續制動裝置作用在后軸的制動力。在式（2）中的制動力FB為試驗過程中發動機制動、排氣制動的制動力，即為持續制動裝置的制動力，所以

由此可以看出，制動力分配與持續制動裝置的制動力大小有關，而持續制動裝置的制動力與制動方式、變速器檔位和車速有關。因為在大部分山區道路上汽車正常下坡行駛的車速在30～40km/h之間，所以在此選擇30km/h的行駛車速進行分析，得到車速30m/h，Ⅲ檔、Ⅳ檔發動機制動和排氣制動作用時，汽車的前、后制動器產生的制動力的理想分配曲線如圖3、4所示。這時，理想分配曲線與實際分配曲線有兩個交點，形成兩個同步附著系數，而同步附著系數與持續制動力、車輛結構參數之間的關系為

式中：h01為低同步附著系數點；h02為高同步附著系數點

4結果分析

由圖4可以看出，由于發動機制動和排氣制動參與工作，原車的制動力分配關系發生了很大的變化。理想分配曲線與實際分配曲線的交點由原來的一個變為兩個，即現在出現兩個同步附著系數，其中一個同步附著系數出現在地面附著系數很小時，而另一個同步附著系數低于原車的同步附著系數。這樣，在附著系數很小或較大時，實際分配曲線在理想分配曲線之上。并且，Ⅳ檔發動機制動，車速30km/h時使得汽車的同步附著系數由原來的0.635減小到0.582，而Ⅳ檔排氣制動，車速30km/h時同步附著系數減小到0.571，Ⅲ檔發動機制動，車速30km/h時同步附著系數減小到0.468，而Ⅲ檔排氣制動，車速30km/h時同步附著系數減小到0.388。這樣，在Ⅲ檔、Ⅳ檔發動機制動、排氣制動工作時，汽車分別在附著系數小于0.582、0.571、0.468和0.388的道路上緊急制動時，才能保證汽車處于穩定狀態。這樣就使得制動過程中后輪首先抱死拖滑的可能性增加，影響汽車的制動安全性。同時，從理想分配曲線和實際分配曲線之間關系還可以看出，當地面附著系數過小時（在冰雪路面上），制動過程中會產生后輪先抱死的不穩定狀態，這是由于后輪上已經有持續制動力作用，而且這個制動力已經非常接近地面附著極限，當主制動器再參與制動過程時，后輪制動力略有增加，就會導致車輪抱死而拖滑的產生。

5結語

本文分析結果表明，由于發動機制動和排氣制動參與制動過程，使汽車產生兩個同步附著系數，并且高同步附著系數點的附著系數值比原來有明顯的下降，Ⅳ檔發動機制動和排氣制動工作，車速30km/h時，分別下降了8.3%和10.1%，Ⅲ檔發動機制動和排氣制動工作，車速30km/h時，分別下降了26.3%和38.9%，其下降的程度與持續制動方式、變速器的檔位和汽車的速度有著直接的關系。所以，駕駛員在使用持續制動系統過程中需要利用主制動器進一步降低車速時，要充分考慮到同步附著系數下降可能帶來的制動不穩定的安全因素。同時，也必須充分注意在地面附著系數很小時，由于持續制動系統的工作，汽車也很容易產生后輪抱死的不穩定制動狀態。

參考文獻：

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