氣壓制動系統(tǒng)響應(yīng)時間優(yōu)化設(shè)計

高溫杰，王旭東，郇浪浪，靳連兵，柳建國

氣壓制動系統(tǒng)響應(yīng)時間優(yōu)化設(shè)計

高溫杰，王旭東，郇浪浪，靳連兵，柳建國

（陜西汽車集團有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

隨著商用車的發(fā)展，消費者對車輛安全性的要求越來越高。制動響應(yīng)時間是評價氣壓制動系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，研究縮短制動響應(yīng)時間的方案意義重大。試驗表明，通過優(yōu)化氣壓制動系統(tǒng)的選型及布置能有效提升制動響應(yīng)時間，縮短制動距離，提高整車安全性。文章從氣壓制動系統(tǒng)管路布置及優(yōu)化選型等多方面進行分析，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)論證影響制動響應(yīng)時間的因素，固化一些優(yōu)化方案。

制動響應(yīng)時間；管路優(yōu)化；制動系統(tǒng)；制動距離

引言

近年來，我國交通運輸和物流業(yè)的快速發(fā)展，促進了掛車運輸行業(yè)的技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)進步，客戶也對安全性提出了更高要求。制動系統(tǒng)作為車輛安全性的保障顯得尤為重要[1-2]。

目前，大部分商用車采用氣壓制動，氣壓制動系統(tǒng)是由發(fā)動機驅(qū)動空壓機輸出的壓縮空氣為制動能源，由控制管路連接各種控制閥，執(zhí)行管路連接相關(guān)制動執(zhí)行單元組成的全車制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制裝置、傳輸裝置和制動器組成，系統(tǒng)設(shè)計的各項性能指標(biāo)應(yīng)符合國家強制性標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。

對于ABS系統(tǒng)，氣壓制動系統(tǒng)的制動響應(yīng)時間大約為0.5 s～0.9 s，這個數(shù)據(jù)下的制動距離對駕駛者的生命安全造成極大威脅，不利于行車安全，因此優(yōu)化制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間意義重大。

1 氣壓制動系統(tǒng)響應(yīng)時間理論分析

GB 12676中對制動響應(yīng)時間的定義為：從開始促動行車制動系統(tǒng)控制裝置到最不利的車軸上的制動力達到規(guī)定的相應(yīng)制動效能所經(jīng)歷的時間。其中規(guī)定，從開始促動制動系統(tǒng)控制裝置至制動氣室的壓力達到穩(wěn)態(tài)最大壓力值的75%時所經(jīng)歷的時間不應(yīng)超過0.6 s。

制動響應(yīng)時間受多方面因素影響[3-4]，具體見表1（本文不討論環(huán)境溫度對制動響應(yīng)時間的影響）。

表1 影響因素

序號影響因素 1制動踏板空行程 2制動管路長度 3制動管路內(nèi)徑 4管路接頭形式 5管路壓力

1.1 制動踏板空行程

制動踏板空行程過長，制動響應(yīng)時間隨之增大，制動踏板空行程過小，行車過程中會出現(xiàn)因振動導(dǎo)致不必要的制動介入，影響司機正常駕駛。合適的空行程可適當(dāng)縮短制動響應(yīng)時間，重型卡車氣壓制動系統(tǒng)制動踏板空行程一般在17 mm～25 mm。

1.2 制動管路長度

制動管路長短對制動響應(yīng)時間有較小影響，主要與閥類部件布置等多方面因素有關(guān)。當(dāng)然，制動管路過長在一定程度上會使制動響應(yīng)時間延長[5]，所以在閥體布置時，應(yīng)使制動管路盡可能短。

1.3 管徑的大小

ABS系統(tǒng)與EBS系統(tǒng)工作原理不同，其控制管的管徑對制動響應(yīng)時間的影響也存在差異。對于ABS系統(tǒng)，采用氣控氣型式，制動時，制動總閥通道開啟，氣體從總閥輸出口至前后模塊控制口；對于EBS系統(tǒng)，采用電控氣（氣控備用）型式，制動時，前后模塊內(nèi)置電磁閥直接導(dǎo)通，模塊進、出氣口通道開啟，實施制動。

表2 常見制動管路外徑

常用管徑/mm 控制管6,8 供能管12,16

管徑的增大會使截面流量增大，氣體流經(jīng)管路所用的時間減少，但實際儲氣筒至閥體的管路與控制管路較長時，大管徑所需要的用氣量增加，制動響應(yīng)時間也會增大。根據(jù)實車測試，管徑大小不同，制動響應(yīng)時間差異在80 ms～250 ms[6]。

目前，重型卡車儲氣筒至前、后模塊進氣口多采用雙管設(shè)計，前橋管路直徑12 mm，后橋管路直徑16 mm，ABS系統(tǒng)控制管路管徑采用直徑12 mm，以縮短行車制動時壓縮氣體至氣室的時間。儲氣筒至前、后模塊進氣口管路在連接儲氣筒時，由于儲氣筒接口數(shù)量有限需要增加三通接頭時，應(yīng)避免兩根管路連接同一三通接頭。有相關(guān)試驗表明，圖1中的管路布置較圖2對響應(yīng)時間的效果差一些，若圖中直徑16的供氣管路分別從兩個儲氣筒取氣效果會更好。

圖1 儲氣筒相同口取氣

圖2 儲氣筒不同口取氣

1.4 管路接頭形式

制動管路是制動系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，主要對制動元件的連接，考慮制動管路可靠性與拆裝便利性，氣壓制動管路普遍采用快插式制動管路接頭。快插式制動管路接頭有VOSS230與VOSS232兩種系列，VOSS230接頭是由接頭、六角接頭座、卡環(huán)、密封圈組成，VOSS232由接頭和集成式六角接頭座組成。

快插式管路接頭根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為3種形式：直通接頭、彎通接頭、直角接頭，其余類似T型接頭、H型接頭、Y型接頭等均可歸為以上三類。不同類型的接頭氣阻不同。為縮短氣阻，在管路設(shè)計的過程中不可一度布置追求美觀性，應(yīng)盡量采用直通接頭連接管路。有相關(guān)試驗表明，直角接頭較直通接頭氣阻約增大1倍。

1.5 管路壓力

隨著車輛電氣化普及與國家排放標(biāo)準(zhǔn)的實施，整車的布置受到極大的挑戰(zhàn)。為此，國內(nèi)主流主機廠多通過提高整車制動壓力來解決該問題[7]。目前，重卡車型制動系統(tǒng)壓力可達1.2 MPa，管路壓力提高后，可加快部分管路建壓時間，制動響應(yīng)時間明顯提升，但同時也對空氣壓縮機與管路的強度、密封性提出了比較高的要求。

2 氣壓制動系統(tǒng)響應(yīng)時間優(yōu)化

本文通過試驗對多種制動響應(yīng)時間優(yōu)化方案進行驗證，分析中橋與后橋在不同設(shè)計狀態(tài)下制動響應(yīng)時間的差異。

2.1 設(shè)計狀態(tài)分析

試驗車為我司新開發(fā)的某6×4牽引車，設(shè)計狀態(tài)制動系統(tǒng)采用四通道ABS系統(tǒng)，后橋控制模塊采用單供能管，管徑為16 mm，中、后橋ABS電磁閥進氣口采用直角接頭，如圖3所示。按照GB 12676規(guī)定的測試方法，用0.2 s左右的時間急踩制動，測取制動氣室氣壓達到規(guī)定值所需要的時間，并進行重復(fù)試驗，擬合制動踏板最大行程所需時間與氣室氣壓達到規(guī)定值所需時間的關(guān)系曲線。試驗結(jié)果如表3所示。

圖3 中、后橋ABS閥接頭設(shè)計狀態(tài)

表3 設(shè)計狀態(tài)響應(yīng)時間結(jié)果

傳感器位置響應(yīng)時間/s 中橋左氣室0.68 中橋右氣室0.65 后橋左氣室0.63 后橋右氣室0.66

原設(shè)計狀態(tài)下，中橋與后橋的制動響應(yīng)時間均大于0.6 s，不滿足法規(guī)要求。對原車方案進行優(yōu)化并測試，具體方案如下。

2.2 優(yōu)化方案一

對后橋模塊按照圖4所示結(jié)構(gòu)增加一個供能管進行論證[8-9]，車輛狀態(tài)如表4所示。

表4 方案一管路狀態(tài)

管路形式管路管徑/mm 后橋控制模塊雙供能管16+16（雙管） 中、后橋ABS入口接頭直角接頭

按照2.1中的測試方法進行測試，得出制動響應(yīng)時間結(jié)果如表4所示。將表3與表5的數(shù)據(jù)進行對比，中橋響應(yīng)時間縮短0.09 s，后橋響應(yīng)時間縮短0.07 s，且已滿足法規(guī)要求。試驗共采集六組有效數(shù)據(jù)進行分析，后橋左氣室響應(yīng)時間擬合曲線如圖4所示。

表5 方案一制動響應(yīng)時間結(jié)果

傳感器位置響應(yīng)時間/s 中橋左氣室0.58 中橋右氣室0.55 后橋左氣室0.59 后橋右氣室0.56

圖4 后橋左氣室測試數(shù)據(jù)

試驗證明，通過增加后橋控制模塊供能管可有效縮短制動響應(yīng)時間。EBS車型后橋模塊更改為雙供能管后較單供能管可縮短制動響應(yīng)時間約0.1 s。對同平臺車型前橋模塊雙供能管與單供能管制動響應(yīng)時間進行測試，數(shù)據(jù)對比可知前模塊采用雙供能管也可有效縮短制動響應(yīng)時間。

2.3 優(yōu)化方案二

以方案一后橋控制模塊雙供能管的狀態(tài)為基礎(chǔ)，將中、后橋ABS控制閥入口處接頭由直角接頭改為135°彎通接頭進行測試，測試狀態(tài)如表6所示，測試結(jié)果見表7。

圖5 中、后橋ABS閥接頭優(yōu)化狀態(tài)

表6 方案二管路狀態(tài)

管路形式 后橋控制模塊雙供能管16+16（雙管） 中、后橋ABS入口接頭135°彎通接頭

表7 方案二制動響應(yīng)時間結(jié)果

傳感器位置響應(yīng)時間/s 中橋左氣室0.53 中橋右氣室0.51 后橋左氣室0.54 后橋右氣室0.50

將表5與表7的數(shù)據(jù)進行對比，中、后橋制動響應(yīng)時間均縮短0.06 s，后橋左氣室響應(yīng)時間擬合曲線如圖6所示。試驗表明，將直角接頭更換為135°彎通也可有效縮短制動響應(yīng)時間。

圖6 后橋左氣室測試數(shù)據(jù)

對兩種優(yōu)化方案狀態(tài)下的試驗車滿載以初速度60 m/s進行制動距離測試，測試結(jié)果如表8所示。試驗表明，縮短制動響應(yīng)時間可一定程度縮短制動距離，提高行車安全性。

表8 制動距離測試結(jié)果

車輛狀態(tài)制動距離/m 設(shè)計狀態(tài)27.9 優(yōu)化方案一27.4 優(yōu)化方案二26.8

3 結(jié)論

通過對該6×4牽引車進行多角度優(yōu)化，分析影響氣壓制動系統(tǒng)制動響應(yīng)時間的因素，并進行理論及試驗測試分析，可得到縮短制動響應(yīng)時間的較優(yōu)方案，滿足法規(guī)0.6 s要求，提升行車安全性。通過本次制動響應(yīng)時間的優(yōu)化，為后續(xù)車型的設(shè)計積累了寶貴的經(jīng)驗，對氣壓制動系統(tǒng)的設(shè)計有重要意義。

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Optimal Design of Response Time of Pneumatic Braking System

GAO Wenjie, WANG Xudong, HUAN Langlang, JIN Lianbing, LIU Jianguo

( Shaanxi Automotive Group Technology Center, Shaanxi Xi’an 710200 )

With the development of commercial vehicles, consumers are increasingly demanding vehicle safety. Braking response time is an important indicator for evaluating the performance of pneumatic braking systems, and it is of great significance to study solutions to shorten the braking response time. The test shows that by optimizing the selection and layout of the pneumatic braking system, the braking response time can be effectively improved, the braking distance can be shortened, and the safety of the entire vehicle can be improved. The article analyzes the pipeline layout and optimization of the pneumatic brake system, and combines the test data to demonstrate the factors that affect the braking response time, and solidify some optimization schemes.

Brake response time; Pipeline optimization; Brake system; Braking distance

U463.5

A

1671-7988(2022)02-65-04

U463.5

A

1671-7988(2022)02-65-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.002.016

高溫杰，男，就職于陜西汽車集團有限公司技術(shù)中心，從事重卡制動系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)相關(guān)工作。