商用車用內(nèi)呼吸氣室駐車制動力衰減原因分析及解決方案

馬生彪，劉 飛，唐仁鵬，李智超

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

為適應(yīng)國內(nèi)商用車的運行環(huán)境，降低車輛制動系統(tǒng)故障率，商用車用制動氣室逐步由外呼吸結(jié)構(gòu)發(fā)展為內(nèi)呼吸結(jié)構(gòu)。內(nèi)呼吸氣室解決了氣室駐車腔空氣清潔度的問題，提升了整車制動系統(tǒng)的可靠性。隨著ABS控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，內(nèi)呼吸氣室結(jié)構(gòu)同時帶來了駐車制動力衰減的問題。

針對內(nèi)呼吸氣室所帶來的駐車制動力衰減問題，本文對駐車制動力衰減的原因進(jìn)行了分析，最后提出了駐車制動力衰減的解決方案。

1 氣室結(jié)構(gòu)分析

制動氣室分為膜片氣室和膜片彈簧氣室[1]。膜片氣室只有一個行車腔，主要用在車輛前軸，見圖 1。膜片彈簧制動氣室行車腔與膜片氣室相同，區(qū)別在于膜片彈簧氣室增加了駐車腔，主要用于車輛驅(qū)動橋（部分車輛前軸也會采用膜片彈簧復(fù)合氣室），駐車腔中包含駐車彈簧及推桿；車輛正常行駛時駐車腔經(jīng)12口通入壓縮空氣，解除駐車制動；在駐車時駐車腔的壓縮空氣經(jīng)12口進(jìn)行釋放，駐車彈簧彈力釋放推動行車腔的推桿動作，帶動制動器產(chǎn)生制動，該動作就是商用車制動系統(tǒng)中的彈簧儲能斷氣制動，見圖2。

圖1 膜片制動氣室示意圖

膜片彈簧復(fù)合氣室在駐車制動時，彈簧腔在彈簧作用下容積變大[2]，導(dǎo)致彈簧腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，若駐車腔無呼吸裝置，則彈簧腔負(fù)壓會抵消一部分彈簧力，進(jìn)而降低駐車制動力。為了解決駐車腔負(fù)壓的問題，目前采用兩種方案：外呼吸結(jié)構(gòu)和內(nèi)呼吸結(jié)構(gòu)。

1.1 外呼吸氣室

外呼吸氣室是將駐車腔與行車腔（復(fù)位彈簧側(cè)）用氣管進(jìn)行連接，由于行車腔（復(fù)位彈簧側(cè)）與大氣相通，因此外呼吸氣室可以保證駐車制動時駐車腔彈簧側(cè)腔體與大氣相通，可以有效避免駐車時由于駐車腔有負(fù)壓而產(chǎn)生的駐車制動力衰減[3]，見圖3所示。

圖3 膜片彈簧復(fù)合制動氣室結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 內(nèi)呼吸氣室

為了取消呼吸氣管，提升制動氣室的可靠性，內(nèi)呼吸氣室開始廣泛應(yīng)用。內(nèi)呼吸氣室的原理是在駐車腔推桿內(nèi)部增加呼吸閥，在駐車腔執(zhí)行駐車操作時，駐車腔從行車腔 11口吸氣，避免駐車腔由于膜片推出而產(chǎn)生背壓。

1.3 內(nèi)外呼吸氣室優(yōu)劣勢分析

外呼吸氣室的呼吸管直接將駐車腔和大氣相連，因此其優(yōu)勢在于駐車腔壓力始終為 0，駐車腔無背壓產(chǎn)生，無駐車制動力衰減的問題，其劣勢是氣室駐車功能失效率增加；內(nèi)呼吸氣室的駐車腔需要從行車腔吸氣，由于駐車腔不與大氣直接相通，其優(yōu)勢在于外界的雜物無法進(jìn)入駐車腔，氣室可靠性提升[4]，劣勢在于駐車腔是否有背壓與11口連接的管路相關(guān)。

2 ABS電磁閥導(dǎo)致的背壓分析

根據(jù)法規(guī)要求，目前的車輛均需要配置ABS系統(tǒng)，因此在制動回路中需要增加ABS電磁閥來實現(xiàn)制動力調(diào)節(jié)，原理見圖4所示。

圖4 ABS電磁閥連接管路圖

當(dāng)制動氣室11口與繼動閥2口之間無ABS電磁閥時，駐車腔可以通過氣室11口從行車?yán)^動閥3口吸氣，氣室駐車腔無背壓；而當(dāng)回路中增加ABS電磁閥時，電磁閥本身的特性使得駐車腔無法通過ABS電磁閥來進(jìn)行呼吸，導(dǎo)致駐車腔產(chǎn)生背壓。

因此當(dāng)制動系統(tǒng)配置ABS控制系統(tǒng)時，由于ABS電磁閥的特性，氣室的內(nèi)呼吸回路被隔斷，導(dǎo)致駐車腔產(chǎn)生背壓，影響整車的駐車制動性能。

3 內(nèi)呼吸氣室制動力衰減試驗

為了驗證在行車回路中增加 ABS電磁閥后制動力衰減程度，需要搭載試驗臺架進(jìn)行試驗。

3.1 試驗臺架原理

模擬整車管路連接原理，設(shè)計臺架原理，將氣室11口增加ABS電磁閥，在12口接入駐車曲線測試氣源，在氣室推桿上連接推桿里測試裝置，對氣室推力進(jìn)行測量。

試驗過程：試驗過程按照氣室駐車制動力特性曲線測量方法進(jìn)行，試驗過程ABS進(jìn)氣口與大氣相通。

3.2 試驗對比分析

經(jīng)過對比試驗可知，在增加ABS后，推桿行程在45 mm時駐車制動力衰減超過 10%。由此可知，增加 ABS后整車的駐車制動性能降低幅度較大。

4 解決方案

針對配置ABS且采用內(nèi)呼吸氣室的車輛，降低駐車腔背壓，對提升駐車制動力效果明顯，可通過以下措施消除或降低駐車腔的背壓。

4.1 駐車回路取消差動功能

當(dāng)主車回路中采用非差動功能的繼動閥時，在松腳剎時駐車腔推桿已推出，當(dāng)行車制動氣壓降低到呼吸閥打開時，駐車腔可以通過行車腔吸入足夠的空氣來消除駐車腔背壓；采用非差動式繼動閥可有效緩解復(fù)合氣室的駐車腔背壓問題。

4.2 駐車回路增加單向閥

在駐車?yán)^動閥3口和氣室行車腔之間增加一條回路，同時在該回路中同時增加單向閥，保證氣流只能從駐車?yán)^動閥3口流向氣室11口，而在行車制動時，由于單向閥的作用，壓縮空氣只能進(jìn)入氣室行車腔，無法從駐車?yán)^動閥 3口排氣。

在行車制動時由于單向閥的作用，在行車制動過程中無影響；當(dāng)執(zhí)行駐車制動時，駐車腔可以通過氣室11口、單向閥，從駐車?yán)^動閥3口進(jìn)行呼吸，確保駐車腔中無背壓。

經(jīng)試驗，更改前駐車腔回路的壓力為－50 kPa，而在駐車回路增加單向閥至駐車?yán)^動閥3口的管路后，駐車腔壓力為+8 kPa，駐車力衰減問題得到有效降低。

5 結(jié)論

（1）對內(nèi)呼吸結(jié)構(gòu)氣室及ABS電磁閥特性分析，得出駐車制動力衰減的原因，為解決內(nèi)呼吸氣室的制動力衰減提供參考依據(jù)。

（2）提出兩項改善措施，經(jīng)驗證改善效果明顯，措施可行。