重型貨車行車制動裝置失靈時應急制動裝置設計

蔣開正

（四川職業技術學院 汽車工程系 四川 遂寧 629000）

1.引言

根據公安部交管局統計的全國發生的交通事故原因中，貨車發生交通事故的原因排在第一位的是駕駛違章[1]，其次便是車輛的機械故障，而在各種車輛的機械故障中，制動失靈占據了相當高的比例[2]。重型貨車制動失靈往往導致車毀人亡，甚至危及其他車輛和行人安全，發生重特大交通事故。為了盡可能防止汽車制動失靈[3]，并不斷提高汽車的制動性能，汽車生產廠家不斷對汽車制動系統進行改進，如增加排氣制動器、發動機緩速器、電渦流緩速器、液力緩速器等汽車輔助制動汽車裝置。采用了這些輔助制動裝置后，汽車制動性能得到大大改善，但每年仍然由于制動系統氣壓管路漏氣、制動摩擦片嚴重磨損、車輪制動器連續制動溫度太高制動效能熱衰等原因有大量的汽車出現汽車失靈的現象[4]，產生重大交通事故。汽車發生制動失靈時，駕駛員能夠通過操作變速器強制降檔（或搶檔）利用發動機制動、合理使用手制動或借助地形、障礙物來擦滯等方式以及利用輔助制動裝置使汽車減速停車，但此種操作方式和利用輔助制動裝置使汽車減速停車的只能在比較長的制動距離下才能使車輛停下，如在路窄、下陡坡、車速比較高、以及其他車輛和行人多的情況下通常還是發生交通事故。并且目前絕大部分重型貨車的駐車制動器與驅動車輪行車制動器是共用的，當出現制動摩擦片嚴重磨損、制動器熱衰退產生制動失靈時，用駐車制動裝置來減速停車就不可能了。鑒于以上情況，因此非常有必要在重型貨車上設計汽車制動失靈時的應急制動裝置，當汽車出現制動失靈時，應急制動裝置自動起作用對汽車進行制動,在極短時間內使車輛停車，防止汽車失控，保證行車安全。

2.汽車制動失效時應急制動裝置設計

本設計是在重型貨車原氣壓制動系統基礎上加裝汽車制動失靈時應急制動裝置。

2.1 應急制動裝置系統結構設計

應急制動裝置是在原氣壓制動系統增加的一套應急制動系統，其組成包括應急制動器、應急制動氣壓控制系統和電子控制系統，如圖1所示。

圖1 應急制動系統組成

（1）應急制動器

應急制動器安裝在汽車傳動軸上，采用簡單非平衡式鼓式制動器，由驅動凸輪轉動張開制動蹄壓在制動鼓上對傳動軸產生制動。

（2）應急制動氣壓控制系統

應急制動氣壓系統是在原氣壓制動系統基礎上增加應急制動儲氣筒、應急制動控制閥和應急制動氣室。

①應急制動儲氣筒：用以儲存應急制動時的壓縮空氣，在發動機工作時，空氣壓縮機產生的壓縮空氣經過空氣壓干燥器、四回路保護閥、調壓閥、單向閥進入應急制動儲氣筒。應急儲氣上安裝有氣壓過低報警開關和限壓閥。限壓閥是起保護作用，當應急制動儲氣筒的氣壓過高，高到規定氣壓時，自動打開進行放氣，以防止應急制動儲氣筒氣壓過高。

②應急制動繼動閥：采用行車制動繼動閥式結構，其作用是在汽車行車制動系統失效時，應急制動控制閥向應急制動繼動閥輸出控制氣壓，控制應急制動繼動閥將制動儲氣筒的壓縮空氣輸送給應急制動氣室，使應急制動氣室工作；未應急制動時，將應急制動氣壓及管路壓縮空氣排除。

③應急制動氣室，采用膜片式制動氣室，其作用是：當應急制動控制閥輸送來壓縮空氣，應急制動氣室內壓縮空氣推動膜片運動，膜片推動推桿運動，使應急制動器工作，產生應急作用。

（3）電子控制系統

電子控制系統包括傳感器、ECU（Electric Control Unit）、執行器三部分，如圖2所示。

圖2 電子控制系統組成

①傳感器

制動踏板信號傳感器：采用滑動電阻式傳感器，其作用是檢查駕駛員操作制動踏板的狀態，此信號輸入ECU后經分析，判斷車輛是否處于行車制動狀態，并且還根據此信號強弱及信號的變化速率判定車輛是否處于常規的減速制動還是緊急制動等狀態。

驅動輪轉速傳感器：采用電磁感應式轉速傳感器，其作用是檢測驅動輪轉速信號，此信號送入電腦后，電腦通過分析計算出車輪制動時的減速度。

應急制動儲氣筒氣壓過低報警開關：采用膜片式壓力報警開關，其作用是當應急制動儲氣筒氣壓低于規定氣壓時，報警開關觸點閉合，信號輸入ECU,ECU輸出指令進行報警。

②ECU：其作用是對傳感器輸入來的信號進行處理、分析計算，判定出行車制動系統是否失效，如果行車制動系統失效，ECU輸出信號給應急制動控制閥執行應急制動。ECU組成如圖3所示，由輸入回路、微處理器（單片機）、輸出回路系統通信電路及電源電路組成，其核心器件為單片機。

③執行器

應急制動控制閥：采用電磁閥式結構，其作用是執行ECU輸出的應急制動指令，產生應急制動動著。當應急制動控制閥接收到ECU輸送來的指令時，其內的電磁閥動著，將應急儲氣筒的壓縮空氣輸送到應急制動控制閥，使應急制動繼動閥工作，產生應急制動。同時還可以根據ECU輸出指令的強弱，控制應急制動氣壓管路的大小，即應急制動強弱程度。

2.2 應急制動系統工作原理

在汽車起步之前以及在汽車行車過程中，應急制動儲氣筒充滿恒定氣壓，如ECU監測到應急儲氣筒氣壓傳感器送來信號反應氣壓低于規定值，輸出指令給氣壓報警裝置進行報警，提醒駕駛員及時對應急制動儲氣筒充滿規定氣壓。在汽車行車制動時，電腦首先根據制動踏板信號確定車輛是否處于制動狀態，如果是，再對送來的驅動車輪轉速信號進行分析和計算出車輪制動減速度，同時還依據制動踏板信號的強弱判斷行車制動裝置是否失靈。如果沒有失靈，ECU不輸出信號給應急制動控制閥，應急制動裝置不工作；如果失靈，ECU輸出指令給應急制動控制閥，應急制動控制閥控制應急制動繼動閥，應急制動裝置工作，進行應急制動。在應急制動過程中，ECU根據驅動車輪制動時減速度大小，通過對應急制動控制閥輸出指令信號的強弱，進行急制動管路氣壓大小進行調節，保證應急制動處于安全和最佳狀態下。當應急制動使車輛停車后，駕駛員可以根據需要按下應急制動解除開關，通過ECU輸出指令使應急制動解除。

3.總結

在載貨汽車特別是重型貨車原有氣壓制動裝置的基礎上增設行車制動失靈時的應急制動裝置非常必要，在汽車在行車制動裝置失靈情況時進行應急制動，保證車輛的人員安全。此應急制動裝置在組成及控制原理方面并不復雜，因此切實可行。增加此應急制動裝置會使汽車的制造成本稍有增加，但并不大，但從安全角度上考慮此應急制動裝置產生的價值更大。此應急制動裝置 還可以用于氣壓制動的客車上。