商用車和掛車氣壓行車制動反應時間測試研究

孫勇　李飛　許志光

摘要：行車制動反應時間是評價氣壓制動系統響應特性的重要指標，決定著行車制動的安全性。該文分析制動管路、部件布置和管路氣壓3個關鍵因素對制動反應時間的影響，基于ECE R13法規和GB 12676標準闡述商用車和掛車制動反應時間的測試方法，測試方法體現兩者的不同，掛車反應時間測試需要單獨額外的模擬裝置。該文分別選用商用機動車（牽引汽車）和掛車相關測試樣車，重點闡述氣壓行車制動反應時間的測試流程及注意事項，對數據處理的具體過程做詳細解釋。測試數據表明：商用車和掛車兩測試樣車的行車制動反應時間均符合ECE R13法規和GB 12676標準的要求，對進一步完善制動系統測試評價提供基礎。

關鍵詞：氣壓制動；行車制動；反應時間；測試

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2018）02-0026-05

0引言

近年來，商用車輛和掛車運輸飛快發展，對提高道路運輸效率發揮重大作用，顯著促進了國民經濟的發展。與此同時，由于商用和掛車載貨重、制動系統較弱等原因，商用車和掛車的道路危險事故數目也不斷攀升，其制動安全性成為大家關注的重點。

目前商用車輛和掛車的制動系統絕大多數采用常規氣壓制動形式，評價氣壓制動系統性能響應特性優劣的一個重要指標是行車制動系統的反應時間。氣壓行車制動系統的反應時間是指從開始促動行車制動系統控制裝置到最不利的車軸上的制動力達到規定的相應制動效能所經歷的時間。若反應時間過大，車輛的制動距離會延長，直接導致制動效能降低，危及行車安全性，因此制動反應時間是制動系統設計研發測試需重點考慮的因素之一。

ECE R13《M、N和O類車輛制動系統型式認證的統一規定》對制動反應時間的要求以及測試方法同國家強制標準GB 12676——2014《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》一致。雖然標準已經規定了其測試方法，但目前企業對行車制動反應時間重視度不高，具體測試研究還較少。本文依據ECE R13和GB 12676——2014規定的測試方法，分別選用商用機動車（牽引汽車）和掛車進行氣壓行車制動反應時間測試，詳細介紹了兩者在測試方法上的區別和聯系，結合商用車和掛車兩樣車的實車測試流程，對數據處理的具體過程做了詳細解釋，解決了多數標準研究者對測試方法以及數據處理程序感到模糊以及晦澀等問題，對于國內商用車及掛車制動法規認證以及企業的研發測試工作具有積極的指導意義。

1反應時間影響因素分析

制動系統設計中，許多因素都會對行車制動反應時間產生影響，主要體現在以下3個方面：

1）制動管路

制動管路的管徑大小、管路長短、管路的布局、管路連接頭的形式等都對制動反應時間存在影響。管路的通徑增大會使管路的截面流量增加，氣流通過速度增大，時間縮短。管路的大小直接決定了控制閥體的內通徑，數據表明：選用內通徑為西13mm的繼動閥比內通徑為φ7mm的繼動閥可縮短反應時間90ms。制動管路多重因素優化匹配后對降低反應時間有一定的積極作用。如：管路盡量短、布置多直通、少彎路等。

2）部件布置

儲氣筒、繼動閥等制動系統部件盡可能地靠近制動氣室附近，這樣間接縮短了制動管路長度，可在一定程度上降低制動延遲。如整車軸距較大時，縮短后回路繼動閥進氣管長度，后回路儲氣筒布置在距離后回路繼動閥較近的位置。

3）管路氣壓

目前國內商用車及掛車的氣壓儲能器的額定壓力一般在0.8-0.9mPa，而國外的行車制動氣壓在1MPa左右，試驗表明：管路壓力提高后可加快部分回路的建壓時間，直接影響車輛的制動性能。

2行車制動反應時間測試

行車制動系統的反應時間應該在靜止車輛上、位置最不利的制動器的制動氣室進氣口處進行壓力測量。對于裝有感載閥的車輛，感載閥應處于“滿載”狀態。GB 12676——2014要求制動系統的每一個獨立的回路中，在易于接近制動氣室的位置安裝氣壓測試連接器，如圖1所示。

2.1商用車輛

每次試驗開始時儲能裝置的壓力應等于調壓閥恢復向制動系統供氣時的壓力。對于未裝備調壓閥的制動系統，每次試驗開始時儲能裝置的壓力應為符合制造商規定并確保達到規定的行車制動性能能量水平壓力值的90%。

對于采用氣壓制動系統的車輛，當促動時間為0.2s，從開始促動制動系統控制裝置至制動氣室的壓力達到穩態最大壓力值的X%時，所經歷的時間不應超過ECE R13和GB 12676——2014規定的相應的限值要求，如表1所示。

選擇牽引汽車一輛，進行行車制動反應時間的測試。促動制動系統控制裝置的反應時間隨促動時間變化關系通過一系列全行程制動來確定，即以最短的促動時間開始制動并將促動時間逐漸增大至0.4s，在曲線圖上通過線性插值的算法獲得對應促動時間為0.2s時的反應時間，此即為標準所要求的行車制動反應時間。圖2跟圖3是促動時間分別為0.141s、0.280s時的各氣壓曲線圖（1bar=100kPa）。

從圖2和圖3的曲線圖可以看出，促動時間是以踏板行程的變化時間作為評價尺度的，踏板行程在達到相應的促動時間后，掛車控制管路氣壓、前橋氣室氣壓和后橋氣室氣壓隨之逐漸升壓到穩態，且后橋氣室比前橋氣室升壓速率要快，先達到穩態氣壓，這是由于后橋比前橋先升壓可防止車輛前輪先抱死失去轉彎能力引起的制動不穩定，并可提高重載荷狀態下的制動穩定性。

通過不同促動時間下的全行程制動獲得測量數值，如表2所示，通過線性插值的算法獲得對應促動時間為0.2s時的反應時間測試結果如表3所示。

從表2和表3的測試結果來看，該牽引汽車的行車制動反應時間指標滿足ECE R13和GB 12676標準規定的限值要求。

對于允許掛接有氣制動系統的O3或O4類掛車的機動車輛，需要模擬控制管路失效，測量供能管路的壓力泄漏到0.15mPa的時間。促動制動系統控制裝置的反應時間隨促動時間變化關系通過一些列全行程制動來確定，即以最短的促動時間開始制動并將促動時間逐漸增大至約0.4s，在曲線圖上通過線性插值的算法獲得對應促動時間為0.2s時的反應時間，某牽引汽車促動時間為0.403s測試結果如圖4所示。

通過不同促動時間下的全行程制動獲得測量數值，如圖5所示，通過線性插值的算法獲得對應促動時間為0.2s時供能管路的壓力泄漏到0.15mPa的時間為0.91s。

從圖4和圖5的計算結果可以看出，模擬控制管路失效時，供能管路壓力泄露到0.15mPa的時間為0.91s，完全滿足ECE R13和GB 12676標準規定的時間應≤2s的要求。

2.2掛車

掛車行車制動反應時間的測量應在未與機動車輛連接的情況下進行。試驗需要提供一個模擬裝置代替機動車輛，與供能管路、氣壓控制管路接頭測試連接器相連接，其中供能管路的壓力為0.65mPa。通過模擬裝置，可以減少由于人為踩踏制動踏板產生的不穩定因素，提高制動一致性。模擬裝置如圖6所示。

對裝有氣壓控制管路的掛車，模擬裝置從控制管路中產生的壓力達到0.065mPa起、至掛車制動氣室壓力達到目標壓力的75%所經歷的時間不應超過0.4s。某掛車制動反應時間測試結果如圖7所示。

從圖中測試結果可以得出，該掛車制動反應時間為0.37s，滿足ECE R13和GB 12676標準規定的時間不應超過0.4s限值要求。

3制動反應時間與主掛協調性的關系

近年來我國高速公路以及貨物運輸車快速發展，牽引車與掛車組成的甩掛運輸大大提高了運輸效率，與此同時，由于牽引車和掛車存在復雜的運動耦合關系，加上甩掛運輸載貨量大，在列車制動過程中，不安裝ABS的車輛極易出現車輪抱死情況，根據不同車軸車輪抱死時間順序不同，列車存在的危險工況一般可分為：側滑跑偏（牽引車前軸車輪先抱死）、折疊（牽引車后軸車輪先抱死）、甩尾（掛車車輪先抱死）等。

當汽車列車車輪都未發生抱死時，若牽引車車輪比掛車車輪率先制動，因慣性因素會導致掛車作用在牽引車鞍座上的力給牽引車一推力，即“掛車推頭”現象，當列車滿載時導致列車制動距離明顯增大，情況十分危險。若掛車車輪比牽引車車輪率先制動時間過長，掛車作用在牽引車鞍座上的力給牽引車一拖拉力，即“掛車拖頭”現象，會導致車輪磨損嚴重，帶來經濟損失：只有實現牽引車和掛車同時制動或者牽引車與掛車的制動時間控制在適度合理范圍之內，可保證車輛制動的方向穩定性。

研究表明：當牽引車和列車都裝配ABS系統時，列車制動將保持穩定運動姿態霸。GB 12676——2014要求不超過四軸的N3類機動車、O3和O4類掛車應裝備符合GB 13594——2003要求的防抱死制動系統（ABS）。為了保證ABS系統失效后車輛的穩定性，GB 13594——2003第5章規定：對于允許掛接掛車的牽引車和氣制動掛車，在滿載時應滿足GB12676提出的制動協調性要求。但是ABS只有在制動車輪鄰近抱死的情況下才起作用，平時正常行駛過程中出現抱死是少數情況，多數以小強度制動為主。在小強度制動工況下，當牽引車和列車的制動反應時間都滿足GB 12676或ECE R13的相關要求時，即可實現任意牽引車和掛車的匹配。對于未裝配ABS系統的列車的制動協調性在ECE R13附件10中有明確的要求，牽引車和掛車的制動強度與壓力的關系應符合各自的曲線要求。

電子制動控制系統是面向未來更為先進的制動產品，相比傳統的機械制動，EBS可大大縮短制動反應時間，提高主掛車同步制動，明顯改善主掛協調性。

由此可以看出，只要嚴格按照GB 12676——2014或ECE R13中牽引車和掛車制動反應時間的要求，牽引車和掛車的制動協調一致性可以得到解決，汽車列車不論是緊急制動失穩還是在小強度制動工況，都有良好的制動效果。如果采用EBS系統，主掛車制動協調性可得到進一步的改善。

4結束語

1）根據ECE R13和GB 12676——2014闡述了行車制動反應時間測試方法，并進行了實車驗證，所選的牽引車和掛車的行車制動反應時間滿足標準法規的要求。

2）探討了制動反應時間與主掛協調性的關系，嚴格按照標準法規要求設計的牽引車和掛車制動反應時間可以解決主掛協調性問題。

3）配置電控管路以及電控制動系統的車輛因條件限制未進行考慮，EBS系統作為未來商用車和掛車未來的重要發展方向，其需要進一步的深入研究。