制動減速度與制動響應時間的匹配設計及優化分析

門育鵬 楊慧敏 戴君

摘? 要：制動減速度和制動響應時間作為商用車制動系統兩項重要技術指標，直接影響車輛行車安全。本文通過對某款8×8車型的制動減速度與制動響應時間進行匹配設計、測試分析及設計優化，最終使制動減速度達到理想狀態，制動響應時間大幅縮短，制動性能得到了大幅提升，進一步提高了整車的安全性。

關鍵詞：制動系統;制動減速度;制動響應時間;安全性

中圖分類號：U462? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2021）01-0058-05

Abstract： Braking deceleration and response time affect vehicle driving safety directly， which are two important technical points of commercial vehicle brake system. This paper analyzes matching， test and design optimization between braking deceleration and response time of an 8×8 vehicle， and then the brake deceleration reaches the ideal state， response time is greatly shortened， the brake performance is greatly improved and the driving safety is further improved.

Key Words： Brake System; Brake Deceleration; Response Time; Safety

1? ? 引言

商用車氣制動系統是指用以使行駛中的車輛減速或停車、使已停駛汽車在原地保持靜止不動的機構。隨著商用車行業的發展，制動系統作為車輛的安全件顯得日益重要。制動系統主要指標有制動減速度、制動響應時間、制動釋放時間、儲氣能力、密封性等。

制動減速度及制動響應時間作為制動系統的兩項重要指標直接影響著整車的安全性，同時法規也對其做了明確規定，只有制動減速度及制動響應時間符合法規要求、制動性能良好、制動系統工作可靠的商用車，才能充分體現其安全性能。本文以車型8×8為研究對象，進行制動減速度及制動響應時間匹配設計及優化分析。

2? ? 法規及指標要求

在《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》（GB 12676-2014）中規定商用車輛的制動減速度a需大于等于5m/s2，制動響應時間需滿足下列規定：在0.2s內急踩制動時，從制動踏板動作起至最不利的制動氣室內壓力達到其穩態值的75%時所經歷的時間不得超過0.6s。

3? ? 制動減速度設計分析

3.1? ?分析方法

1）根據制動時的軸荷轉移計算地面能夠提供給各軸的最大制動力;

2）根據各軸制動力，對制動壓力、制動氣室及制動器進行優化選擇，既要防止制動性能不良，也要避免制動性能浪費。

3.2? ?計算過程

3.2.1 車輛所需制動力矩的計算

某8×8車型的相關參數如表1所示：

為簡化計算過程，又不失計算真實性，將四軸車簡化為兩軸車進行制動性能計算，簡化后模型見圖1、參數見表2所示：

根據制動距離計算公式：

附著系數按0.7，計算最大減速度時，前、后軸軸荷分別為：

根據計算出的軸荷，計算前、后軸分別所需的制動力。

根據計算出的制動力，計算前、后軸分別所需的動力矩。

根據公式（2）（3）（4）地面能夠提供給前軸每個車輪平均最大制動力矩為18332N·m;后軸每個車輪平均能夠提供最大制動力矩為12792N·m，地面附著力能夠滿足制動要求。

3.2.2 制動壓力、制動氣室及制動器的匹配

根據制動氣室參數，不同制動壓力、制動氣室、制動器提供的制動力矩見表3：

根據前面計算的地面提供的最大附著力進行制動壓力、制動氣室及制動器的選擇。

對比地面附著力及所需制動力數據，前軸單個制動器制動力矩要求大于18332N·m，后軸單個制動器制動力矩要求大于12792N·m。此車制動氣壓為10bar，為了能夠提供更大的制動力滿足車輛的制動要求，同時滿足20吋輪輞規格的要求，選用規格為20吋的盤式制動器，前軸選擇24吋氣室、后軸選擇20吋氣室。此時前軸單個制動器制動力矩為19000 N·m，后軸單個制動器制動力矩14000 N·m，制動力矩合理。

4? ? 制動響應時間匹配設計及優化分析

影響制動響應時間的主要因素有管路規格、接頭的型式及閥的布置位置等。按照目前習慣性的匹配設計，對該車型進行管路、接頭、閥的狀態設計，如下：

制動第一回路：儲氣筒出通過三通接頭給制動閥11口和后軸繼動閥1口進行供氣，供氣管路規格均為φ12×1.5，制動閥21口控制后軸繼動閥4口，控制管路規格為φ8×1，后軸繼動閥2口連接后軸制動氣室，管路規格為φ12×1.5，接頭為直角接頭。繼動閥布置在橫梁上。

制動第二回路：儲氣筒通過三通接頭給制動閥12口和前軸繼動閥1口進行供氣，供氣管路規格均為φ12×1.5，制動閥22口控制前軸繼動閥4口，控制管路規格為φ8×1，前軸繼動閥2口連接前軸制動氣室，管路規格為φ12×1.5，接頭為直角接頭。繼動閥布置在縱梁上。

對該狀態的制動響應時間按照法規要求及測試方法在臺架試驗臺上進行測試，共測得八組數據，測試結果見表4所示。

從表4中可以看出，制動響應時間整體偏高，同時左右兩側制動響應時間差別過大，在緊急情況下會出現制動跑偏。其中第8次測試，促動時間<0.2 s，響應時間超出了法規要求的0.6 s。

針對上述情況，為了提高前后軸的響應時間，對整車氣路進行第一次優化設計，優化內容為：1）將出氣管路對稱布置;2）將繼動閥供氣管路改為φ15x1.5;3）將繼動閥出氣口接頭改為直通接頭，如圖2所示：

經過上述優化后，進行第二次臺架測試，共測得八組數據，測試結果見表5所示：

從表5可以看出，通過第一次優化后，整車的制動響應時間明顯提升，促動時間小于0.2 s時，制動響應時間都<0.6 s，已滿足法規要求;且左右兩端制動響應時間差別過大情況改善。雖然第4次和第8次測試，制動響應時間超出了0.6 s，但從促動完成時計算，響應時間<0.4 s，要優于優化前的測試數據。

針對上述情況，進行了二次設計優化：1）制動閥和繼動閥都采用單獨的供氣管路;2）縮短后軸繼動閥供氣管路，如圖3所示：

經過上述優化后，進行了第三次測試，共測得八組數據，測試結果見表6所示：

從表6中可以看出，通過第二次設計優化后，各輪制動響應時間全部滿足法規要求，同時也更為均衡。

通過對該車型制動響應時間進行匹配及優化設計，得出可以通過以下方法提高制動響應時間：

1）優化制動左右出氣管路，實現出氣管路對稱布置;

2）加大繼動閥供氣管路直徑;

3）繼動閥出氣口采用直通接頭;

4）縮短繼動閥供氣管路;

5）為保證繼動閥供氣，制動閥和繼動閥均采用單獨的供氣管路。

通過對管路和接頭的型式、閥的布置位置優化等，能夠有效降低制動響應時間，達到法規要求;只有制動響應時間得到降低，制動系統才能有達到更好的制動性能，并有效縮短制動距離。

5? ?結論

通過對8×8車型制動減速度和制動響應時間進行匹配及優化設計，制動系統得到優化，制動性能合理制動減速度達到理想值，同時又沒有過度浪費，同時制動響應時間得到了明顯提高，滿足了法規0.6 s的要求，提升了行車的安全性。

參考文獻：

[1]王霄峰.汽車底盤設計[M].清華大學出版社.2010 .

[2]余志生.汽車理論.北京.機械工業出版社.2004.

[3]王望予.汽車設計.北京.機械工業出版社.2004.

[4]B.布勒伊爾（德）.制動技術手冊.北京.機械工業出版社.2006.

[5]程軍.汽車防抱死制動系統的理論與實踐.北京.北京理工大學出版社.1999.

[6]司利增.汽車防滑控制系統-ABS與ASR.北京.人民交通出版社.1996.

[7]陳立中.汽車制動器對摩擦材料的質量要求.長春.吉林工業大學學報.1994.