低踏板力剎車閥的開發與應用

鄧菲

摘? 要：本文主要對我公司生產的剎車閥進行產品改善設計，優化總成結構，通過與國外類似結構對比，創新開發出結構簡單、性能可靠、降低剎車閥操縱力的結構，并通過性能特性試驗、密封性試驗等各項模擬整車使用環境的試驗，試驗結果完全符合要求，未出現漏氣，各運動件未發生阻滯或卡死現象。

關鍵詞：低踏板力;雙金屬彈簧;活塞面積差

中圖分類號：U463.53+? ? ? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1005-2550（2021）04-0058-05

Development and Application Of Low Pedal Force Brake Valve

DENG Fei

（Knorr-Bremse DETC Commercial Vehicle Braking Technology Co.， Ltd.R&D Center

Shiyan 442062， China ）

Abstract： This paper mainly to my company's production of brake valve product improvement design optimized assembly structure By comparing with similar structures abroad， the structure with simple structure， reliable performance and lower operating force of brake valve is innovatively developed. And through the performance characteristics test， sealing test and other simulation vehicle using environment test， the test results meet the requirements completely， there is no air leakage， the moving parts did not block or stuck phenomenon.

從汽車誕生之日起，制動系統在車輛安全方面就扮演著至關重要的角色。近年來，隨著車輛技術的進步、汽車行駛速度的提高以及中國經濟的高速增長，眾多國外具有先進技術的企業競相進駐中國，來自發達國家的大量先進技術正在逐步應用到提高商用車制動性能方面，除了高端的電子制動系統外，傳統的常規氣制動系統技術領域也得到了迅猛地發展，制動系統的操控舒適性、制動安全性和匹配經濟性等越來越被人們所關注，國內商用車制動系統配置發生著日新月異的變化，并逐漸向高集成、高效能和高可靠性延伸。其中腳制動閥對整車制動系統匹配變化起決定性作用，在現有的國內市場上，雖然腳制動閥種類繁多，制動特性曲線類型在國外技術的影響下日趨完善，但產品的性能特點大多停留在傳統剎車閥的單一功能上，多功能集成、高可靠性與國外技術相比依然差距明顯，與之相呼應的制動系統配置也停留在傳統布置模式上。傳統的剎車閥在汽車行駛過程中需要人用大力踩踏，時間長了腳容易過累疲勞，存在安全隱患。

1? ? 低踏板力剎車閥工作原理簡介

制動時，腳踏板施加力，經機構傳動作用在挺桿座a上，再經彈簧b推動，活塞c下行，關閉排氣門d，打開進氣門j，從后橋儲氣筒來的壓縮空氣經11口到達A腔，從21口輸出，至后橋繼動閥或感載閥4口控制后橋的制動，至掛車控制閥41口控制掛車的制動。同時氣流經孔D到達B腔，作用在活塞f上，使活塞f下行，關閉排氣門h，打開進氣門g，由前橋儲氣筒來的壓縮空氣經12口到C腔，從22口輸出，至前橋快放閥1口或繼動閥4口，控制前橋的制動，至掛車制動控制閥42口，控制掛車的制動。

A腔和C腔有氣壓后，分別反作用在活塞c和活塞f的下方，克服踏板力上行，進氣門j和g趨于關閉，減緩21、22口輸出氣壓的增大。

部分制動時，上、下腔的進、排氣門都同時關閉，制動達到平衡狀態。21、22口的輸氣壓是與踏板力平衡的結果，踏板力越大，21、22口的輸氣壓越大。

全制動時，A腔和C腔的氣壓力不足以克服踏板力，因此進氣門j和g處于全開狀態，21、22口輸出氣壓為最大值。

解除制動時，活塞c在回位彈簧作用下上行，排氣門d打開，21口的氣壓經排氣門d從排氣口3排向大氣;活塞f在上下氣壓差的作用下上行，排氣門h打開，22口的氣壓經排氣門h從排氣口3排向大氣。

當第一回路（上腔）失效時，活塞c經閥門總成e推動活塞f下行，關閉排氣門h，打開進氣門g，使第二回路（下腔）正常工作。這時后橋不能正常制動，前橋和掛車可正常制動。

當第二回路（下腔）失效時，不影響第一回路（上腔）正常工作。這時前橋不能正常制動，后橋和掛車可正常制動。

2? ?剎車閥結構性能對比分析

假設在氣壓6000Pa的狀態下：

傳統剎車閥的輸入力為：F1=S1×P=6000 Pa×2550.5 mm2/10000=1530 N? ? ? ? ? ? ? ? ? （圖2）

低踏板力剎車閥輸入力為：F2=S2×P=6000 Pa×1734.1mm2/10000=1040 N? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（圖3）

對比發現在氣壓相同的情況下低踏板力的剎車閥，操縱力比傳統剎車閥低的多。

傳統剎車閥采用的橡膠彈簧的設計，這個彈簧響應時間慢，耐久性差，在10kPa氣壓下輸入壓力為1920N，輸入壓力較大，長時間使用造成腳部疲勞，不利于安全駕駛。

低踏板力剎車閥更改了活塞部分的設計把橡膠彈簧換成了金屬彈簧，大大增加了彈簧的使用壽命，另外多增加了一個金屬彈簧，輸出性能更加貼合整車減速和剎車實際需要，系統氣壓為1000+50kPa 達到全輸出狀態時的輸入力為1150N左右，踏板操作輕靈，若系統壓力高于1000kPa，此閥輸出可按設計要求保持1000kPa。當然，若輸出設計需求是800kPa，那此閥輸出亦可保持800kPa不變。

從測試曲線可以看出當氣壓在6kPa的時候傳統剎車閥的輸出在1500N左右，抵踏板力的剎車閥輸出在1000N左右。

低操縱力：目前國內各大主機廠采用的剎車閥在800kPa的輸入氣壓下，達到全輸出時的輸入力大部分為1900N左右，制動踏板操縱沉重，采用小缸徑活塞設計，同等條件下的操控力為1150N左右，將會大大降低踏板力，改善整車駕駛強度。

金屬性能彈簧：從汽車制動操縱需靈敏易控、輕松自如的設計角度出發，采用雙金屬簧代替原來的橡膠彈簧，保證整車制動更加穩定、可靠。

雙級性能曲線：采用雙折線特性代替傳統的曲線類型，雙折線輸出特性在產品結構中易于調整，可根據各主機廠對整車制動的不同要求進行結構調整，方便的為不同類型的整車進行實時制動匹配，并通過活塞限位的結構形式保證總成輸出穩定。

3? ? 低踏板力剎車閥技術創新點

1）創新設計性能曲線。打破國內傳統的曲線型剎車閥靜特性設計，采用雙折線特性輸出并限定頂桿操縱行程，在剎車閥多種多樣的靜特性大家族中增加新成員，對商用汽車制動系統的性能完善起著重要的作用。

2）實現產品性能快速調整。針對不同客戶對產品性能輸出的不同要求，在總成性能彈簧空間設計中通過增減墊片高度的形式，需對總成的輸出性能可進行微量的調整，以快速滿足客戶對產品性能的特殊要求。

3）優化整車制動系統布置。整車行車制動系統中需通過采用低踏板力剎車閥總成實現高壓向低壓的轉換同時降低踏板操縱力，并保證行車制動系統壓力穩定輸出、簡化管路布置，降低整車設計成本。

4）考慮整車匹配靈活性。此閥總成在設計中需考慮從外部聯接到內部結構的通用性和整車安裝、毛坯換型、零件加工和裝配等各環節的互換性，為后續產品變型和整車配裝創造條件。

4? ? 試驗驗證

為進一步了解產品性能，順應國內市場的不同需要，我司積極對低踏板力剎車閥結構進行了研究，在原有基礎上進行了制動性能和功能集成拓展，不僅可通過調整彈簧參數和行程限位等滿足客戶性能輸出要求，并且對微動開關、接口型式、聯接方式等國內主機廠關注度較高的環節進行了最大限度的集成選裝預留，為后續不同市場不同整車制動系統的匹配做好了充分的技術儲備。

為保證產品性能的可靠性，啟動了多輪總成性能臺架試驗，并將試驗結果及時與客戶進行分享，同步協助中心完成了各自的系統仿真臺架試驗。從試驗結果來看，在1300kPa系統壓力下，低踏板力式剎車閥的輸出氣壓可根據要求保持在設計所需范圍內，其密封性、可靠性、耐久性等各項性能指標均可達到汽車行業標準的要求，并且總成制動操縱力輕靈，可有效降低整車制動踏板力，產品性能達到了客戶的預期要求。

5? ? 取得效果

由東科克諾爾與東風商用車、東風柳汽等主機廠合作進行的低踏板力剎車閥制動系統匹配的運用開發，不僅創新了整車制動系統布置，提供了簡化整車制動系統管路布置的新方法，為主機廠快速滿足法律法規氣壓提升的整車要求降低了成本，并且通過項目合作，盡快從歐洲引入了低踏板力剎車閥技術，為國內剎車閥市場增添新性能新產品把握了機會。

此低踏板力剎車閥可根據匹配車型的不同從結構上方便的進行參數調整，為整車制動系統匹配研究積累了經驗、拓寬了思路，對目前常規制動系統改善提供了性價比更高的方案，直接帶動了整車制動系統和剎車閥市場的升級和拓展，對國內商用車制動系統行業技術水平快速提升起到了積極推動作用。

6? ? 結論

通過對同類產品的比較分析，同等整車環境下，傳統剎車閥和低踏板力剎車閥在整車制動性能對比試驗中顯示：低踏板力型剎車閥制動系統無論是從制動氣壓上升速度還是前后橋制動響應時間均比普通型制動系統要快，順應了目前商用汽車制動效能提升的迫切要求。2019年訂單7萬多，創造了1000多萬的產值。

由東科克諾爾與東風商用車、東風柳汽等主機廠合作進行的低踏板力型剎車閥系統匹配的運用開發，不僅可創新整車制動系統布置，提供簡化整車制動系統管路布置的新方法，為主機廠快速滿足法律法規氣壓提升的整車要求降低成本，并且可盡快從歐洲引入了低踏板力剎車閥技術，為國內剎車閥市場增添新性能新產品把握機會，對制動系統改善提供性價比更高的方案，預計可直接帶動整車制動系統和剎車閥市場的升級和拓展。

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