制動系統(tǒng)響應(yīng)速度影響因素分析

馬亞亞，李智超，唐仁鵬，陳 沖

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：氣壓制動響應(yīng)速度；制動距離；影響因素

引言

隨著我國商用車高端化發(fā)展，用戶對車輛安全、性能方面的要求越來越高，汽車具有良好的制動性能是安全行駛的重要保障，直接關(guān)系到道路交通和人員安全[1-2]，為設(shè)計出滿足市場需求的車輛，在車型設(shè)計時對制動性能的研究顯得尤為重要。

車輛制動距離是衡量制動性能的重要指標(biāo)之一，其中制動響應(yīng)時間直接影響制動距離和駕駛時的制動感受，在車型設(shè)計階段應(yīng)綜合考慮匹配使整車制動感受和性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

1 氣壓制動系統(tǒng)

1.1 氣壓制動系統(tǒng)響應(yīng)時間要求

關(guān)于氣制動響應(yīng)時間，GB 7258—2017《機(jī)動車安全運(yùn)行條件》7.2.10中要求采用氣壓制動的汽車，按照GB 12676規(guī)定的方法進(jìn)行試驗時，從踩下踏板到最不利制動氣室響應(yīng)時間應(yīng)小于或等于0.6 s[3]。

1.2 氣壓制動工作過程

t1為駕駛員反應(yīng)時間，t2為氣壓制動系統(tǒng)響應(yīng)延遲時間，t3為制動加速度增加時間，t4為完全制動過程時間，t5為制動力解除時間。

車輛行駛中，當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)緊急情況需要制動時，駕駛員立即開始踩制動踏板，制動系統(tǒng)壓縮空氣通過制動總閥等作用后傳至制動氣室，氣室推桿在壓力作用下動作使摩擦片與制動鼓接觸產(chǎn)生摩擦力，在一定時間下進(jìn)行減速至完全停車，過程如圖1所示[4]。

圖1 制動過程示意圖

2 制動響應(yīng)速度影響因素分析

2.1 制動總閥特性曲線

制動總閥靜特性曲線越陡、曲線越靠前，在相同踏板行程下制動壓力越大制動距離越短。

制動總閥頂桿行程與踏板行程直接相關(guān)，因此制動總閥靜特性曲線的變化對駕駛感受會產(chǎn)生非常明顯的影響。為滿足車輛在不同工況下的制動需求，設(shè)計時需合理選取制動總閥，制動總閥靜特性曲線如圖2。

圖2 某制動總閥特性曲線

2.2 制動踏板及總閥的空行程

現(xiàn)有商用車的制動踏板頂桿通常預(yù)留一定的空行程（約0.5 mm）、制動總閥預(yù)留一定的空行程（約2 mm），制動時踏板動作首先克服空行程，空行程的大小會影響從踩下制動踏板開始到制動總閥有壓力輸出所需要的時間和駕駛員制動時的操作感受。因此，在滿足工藝和設(shè)計要求情況下空行程應(yīng)越小制動時響應(yīng)時間越短，踏板空行程可按式（1）計算。

式中：s為制動踏板空行程，mm；k為制動踏板杠桿比（按車型確定）；h1為踏板頂桿空行程，mm；h2為制動總閥頂桿空行程，mm。

2.3 制動閥類通氣效率

商用車制動系統(tǒng)中包含制動總閥、繼動閥等閥類，制動閥類的通氣效率影響制動時氣室壓力的建立快慢從而直接影響制動響應(yīng)時間，在閥類設(shè)計時需根據(jù)整車制動性能合理匹配閥類的通氣效率使制動性能更優(yōu)。

2.4 繼動閥的斜率

氣壓制動系統(tǒng)中繼動閥的曲線斜率對氣室建壓時間影響較大，常用繼動閥曲線斜率約等于1，在制動系統(tǒng)設(shè)計時可分區(qū)間調(diào)整繼動閥曲線斜率，綜合設(shè)計出滿足需求的繼動閥縮短制動系統(tǒng)響應(yīng)時間，繼動閥特性曲線如圖3。

圖3 某繼動閥特性曲線

2.5 控制管長度及管徑

氣壓制動系統(tǒng)中各制動閥類和氣室之間主要通過聚酰胺管連接，連接制動氣室的管路越長氣流在管路中的消耗越多制動時氣室壓力建立時間長。因此在制動系統(tǒng)設(shè)計時盡可能地縮短制動管路長度，同時確保到前軸后橋氣室的管路長度差異最小。

制動管路的管徑影響通過管路截面的流體流量，不同規(guī)格的管徑通過一定氣量所需的時間不同，商用車制動系統(tǒng)中通常輔助用氣管路用?6，控制管路用?8，供氣管路用?12或?16，因此在制動系統(tǒng)設(shè)計時需綜合衡量氣體運(yùn)動時間和壓力建立時間，合理選擇管路直徑和長度確保制動響應(yīng)時間，壓縮氣體在管路的運(yùn)動時間可按式（2）計算。

式中：t為氣體在管路運(yùn)動所需時間，s；ρ為氣體在管路中的密度，kg/m3；f為管道內(nèi)壁摩擦因數(shù)；l為管路長度，m；d為管徑，m；△p為壓縮氣體在管路傳輸中的壓力損失，kPa。

2.6 制動管路接頭

氣壓制動系統(tǒng)中各閥類和管路連接時使用不同結(jié)構(gòu)的接頭，一般有直通（一型）、直角（L型）、三通（T型/h型）等，不同結(jié)構(gòu)的接頭對管路中氣體通過時的阻力大小不同，通常直角和三通接頭對氣體通過的阻力較大。因此在制動管路走向設(shè)計時應(yīng)盡量減少直角和三通接頭的使用，或使用h型三通等結(jié)構(gòu)制動接頭降低氣體通過時的阻力來縮短制動響應(yīng)時間，常用制動接頭形式如圖4。

圖4 制動接頭類型

2.7 制動氣室

制動氣室的規(guī)格會影響氣室壓力建立的時間，氣室規(guī)格越大壓力建立所需時間越長，但是制動氣室規(guī)格也影響制動力的大小，因此在制動系統(tǒng)設(shè)計時需綜合考慮選擇制動氣室規(guī)格，目前常用的氣室規(guī)格有24''、27''、30''。

2.8 電控制動（EBS）

電子制動系統(tǒng)（EBS）制動時根據(jù)制動總閥行程通過ECU控制判斷駕駛員的制動意圖，快速調(diào)節(jié)制動氣室壓力使車輛達(dá)到滿足需求的制動減速度。電控氣壓相比氣控氣壓調(diào)節(jié)更準(zhǔn)確，同時壓力建立時間更短。隨著商用車電器化和智能化的集成應(yīng)用，為達(dá)到更安全的行車控制，EBS的應(yīng)用會越來越多，試驗測得某6×4商用車匹配EBS時相對ABS配置制動響應(yīng)時間縮短27%。

3 結(jié)束語

商用車制動系統(tǒng)多采用氣壓雙回路制動，不同車型制動系統(tǒng)中儲氣筒、制動閥類、制動管路等的布置也不同，為確保各類車型設(shè)計完成后制動響應(yīng)時間滿足法規(guī)要求，因此在整車制動系統(tǒng)設(shè)計時需結(jié)合理論和試驗數(shù)據(jù)綜合分析匹配滿足需求的制動閥類、管路、氣室等，另外如電子制動系統(tǒng)（EBS）的應(yīng)用會更加準(zhǔn)確地控制制動反應(yīng)時間和制動減速度，有效提升制動性能。