一種純電動物流車液壓制動系統設計

摘要：電動物流車市場需求大，一般采用結構簡單、部件少的液壓制動系統。制動系統關系整車安全，而目前對它的研究一般側重在某一方面。據此，以一款純電動物流車為例，根據制動系統的要求，對制動力、制動減速度、制動距離、制動踏板行程、制動踏板力關鍵性能參數計算，研究各個參數對整車制動系統的影響，結果表明各參數均滿足制動系統的相關法規要求，并通過制動試驗進行驗證。研究結論可為相關的設計者提供借鑒和參考。

關鍵詞：純電動物流車；液壓制動系統；制動力

中圖分類號：U463.52收稿日期：2024-11-29

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.018

1前言

為了減少傳統能源的依賴，減輕環境污染，增強可持續發展，國家全面推進新能源戰略。純電動物流車是新能源汽車推廣應用的重點車型，政策要求新增或更新城市物流配送車輛中，新能源汽車比例不低于30%[1]。城市物流配送車輛主要為3T級純電輕型廂式物流車，一般采用結構簡單，部件少的液壓制動系統。目前對此類物流車液壓制動系統研究的文獻一般側重于某一方面，而本文基于整體詳細介紹液壓制動系統的設計。

2整車總體參數

筆者所在公司開發了3T級純電動物流車，該車采用雙回路液壓制動系統、H型布置，前制動器為盤式制動器，后制動器為鼓式制動器，主要參數見表1。

3極限制動力校核

3.1地面附著系數和整車參數決定的極限制動力

假設無ABS控制，路面附著系數[φ]=0.7，滿載工況下計算極限制動力。此時，前后輪都抱死，地面對前后輪的制動力[2]，按下式計算：

[FZ1=GLb+φhg]""""""""""""（1）

[FZ2=GLa-φhg]""""""""""""（2）

[Fxb1=FZ1φ]"""""""""""""""（3）

[Fxb2=FZ2φ]"""""""""""""""（4）

式中，FZ1為地面對前輪的法向反作用力；FZ2為地面對后輪的法向反作用力；G為汽車重力；Fxb1為前輪制動力；Fxb2為后輪制動力。

根據整車參數可得，Fxb1=15159N，Fxb2=6792N。

3.2法規要求制動力

按照GB7258—2017《機動車運行安全技術條件》[3]，總質量小于或等于3500kg的汽車空載平均減速度大于5.6m/s2，根據整車參數，整車制動力大于17920N。

因此，地面附著系數和整車參數決定的極限制動力遠大于法規要求制動力要求。

4駐車制動系統

4.1整車極限坡度

汽車在上坡路上駐車受力如圖1所示[4]。

根據推導可得，汽車在上坡路停駐時的極限坡度角度θu，汽車在下坡路停駐時的極限θd，公式如下：

[θu=arctan=φaφhg]"""""""""""（5）

[θd=arctanφaL+φhg]""""""""""（6）

根據整車參數，[φ]=0.7，空載時，θu=21.5°，θd=15°；滿載時，θu=28°，θd=17.5°，均大于11.3°（20%坡度），滿足法規要求。

4.2整車駐車制動力

根據整車參數，滿載20%坡度，整車駐車制動大于6144N。

5制動器選型

考慮實用性和經濟性，前輪選用制動性能可靠、散熱性能好、直徑297mm的盤式制動器，后輪選用成熟可靠、成本低、直徑270mm的鼓式制動器。真空助力裝置選用10+9[″]雙膜片結構。

按照GB7258—2017《機動車運行安全技術條件》，行車制動最大踏板力不允許超過500N。真空助力器輸入力Fvi如下：

[Fvi=ipηpFp]=2232.5N

式中，ip為制動踏板杠桿比，取4.7；ηp為制動踏板效率，取0.95；Fp為制動踏板力，取500N。

根據真空助力器和總泵輸入輸出特性曲線，此值遠大于真空助力器最大輸入力1600N，如圖2所示，取總泵最大輸出壓力8.5MPa。

假如不考慮ABS控制，系統壓力相等，則制動系統能夠提供的前后最大制動力[5]：

[Ff=2Pfπd2f4BFfrfR]=16117N

[Fr=2Prπd2r4BFrrrR]=6917N

式中，Ff為前制動器制動力;Pf為前輪缸制動壓力，取8.5MPa;df為前制動器輪缸直徑，2×45mm；BFf為前制動器效能因數，0.76；rf為前輪有效制動半徑，取127.5mm。Fr為后制動器制動力；Pr為后輪缸制動壓力，取8.5MPa；dr為后制動器輪缸直徑，23.81mm；BFr為后制動器效能因數，取2.2；rr為后輪有效制動半徑，取135mm。

經計算對比，地面附著系數為0.7時，制動系統所能提供的制動力大于地面所需的摩擦力，滿足制動要求。

6前后制動器制動力分配

制動系統決定制動力分配系數β，公式如下：

[β=FfFf+Fr=d2fBFfrfd2fBFfrf+d2rBFrrr]""""""（7）

計算出制動力分配系數β=0.7。

同步附著系數[φ0]為：

[φ0=（Lβ-b）/hg]""""""""""""（8）

根據整車參數，空載和滿載同步附著系數分別為：

[φ0空=0.578，φ0滿=0.725]

7制動減速度和制動距離

7.1制動減速度

地面附著系數和整車參數決定了制動減速度，假設路面附著系數[φ]=0.7。

空載情況下，[φ]＞[φ]0空，制動時，后輪先抱死，后輪剛抱死時，后輪制動力計算如下[2]：

[Fxb2=-φhgL+φhgFxb1+φGaL+φhg]""""""""（9）

[Fxb2=1-ββFxb1]""""""""""""（10）

[Fxb1=-φGaβL+φhg1-β+βφhg]"""""""（11）

根據整車參數：

Fxb1=8910N，Fxb2=3823N

制動減速度：

[dudt=Fxb1+Fxb2m=6.5m/s2]

滿載情況下，[φ]＞[φ]0空，制動時，前輪先抱死，前輪剛抱死時，后輪制動力計算如下[2]：

[Fxb2=L-φhgφhgFxb1-Gbhg]""""""""（12）

[Fxb2=1-ββFxb1]"""""""""""（13）

得：

[Fxb1=GbφβL-φhgβ+β-1φhg]""""""""（14）

根據整車參數：

Fxb1=12910N，Fxb2=8910N

制動減速度：

[dudt=Fxb1+Fxb2m=6.85m/s2]

滿足GB7258—2017《機動車運行安全技術條件》的空載減速度大于5.6m/s2，滿載減速度大于5.2m/s2的要求。

7.2制動距離

制動距離S的計算公式如下：

[S=13.6τ2+τ22v+v225.92dudt]""""""（15）

式中，[v]為制動初速度；[τ2+τ22]為制動器的作用時間，0.2～0.9s，取0.25s。

[v]取30km/h時，則S空=7.34m，S滿=7m。滿足GB7258—2017《機動車運行安全技術條件》，制動初速度30km/h，空載檢驗制動距離要求小于等于8m，滿載檢驗制動距離要求小于等于9m的要求。

[v]取60km/h時，則S空=25m，S滿=24m。滿足GB12676—2014《商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法》[6]，制動初速度60km/h，空滿載檢驗制動距離要求小于等于37m的要求。

8制動踏板行程

制動總泵行程包含自由行程、工作行程和制動軟管膨脹制動總泵增加的行程。

制動總泵空行程（1.8±0.2）mm，取δ1=2mm[7]。

制動總泵第一腔行程17.5mm，第二腔行程16mm。

制動總泵工作行程：

[δ2=2nfd2fδf+2nrd2rδrd2m]=7.7mm

式中，nf為前制動器輪缸數，取2；δf為前制動器摩擦片間隙0.3～0.4mm，根據試驗[8]，液壓8.5MPa，輪缸行程0.8mm左右，取0.8mm；nr為后制動器輪缸數，取1；δr為后制動器摩擦片間隙0.5～0.7，根據試驗，液壓8.5MPa，輪缸行程1.2mm左右，取1.2mm；dm為制動主缸直徑，取32mm。

前制動軟管膨脹量：

V1=2kM1=1056mm3

式中，k為軟管變形系數，取1.1mL/m[9]；M1為前制動軟管長度，0.48m。

后制動軟管膨脹量：

V2=2kM2=1056mm3

式中，M2為后制動軟管長度，0.48m。

制動主缸增加排量：

V=V1+V2=2102mm3

制動主缸增加行程：

[δ3=4Vπd2m=2.6mm]

制動踏板總行程：

δ=δ1+δ2+δ3=12.3mm

制動踏板行程：

S3=δip/ηp=60mm

式中，ip為制動踏板杠桿比-4.7，踏板全行程St，取150mm。

由上可知，制動踏板行距S3占踏板全行程St的比例S3/St=40%。

因此，滿足GB7258—2017《機動車運行安全技術條件》制動踏板行程小于150mm，小于全行程的4/5。

對于單腔失效踏板行程，取踏板行程最大情況來計算。

前輪缸數量多，輪缸直徑大，對應總泵行程大，假設后輪缸失效，整個踏板行程最大，前腔失效行程δ4=17.5mm。

后腔失效時，制動主缸行程：

[δ5=2nfd2fδfd2m]=6.3mm

前制動軟管膨脹排量：

[δ6=4V1πd2m]=1.3mm

制動主缸總行程：

δ失=δ1+δ4+δ5+δ6=26.3mm

制動踏板行程：

S失=δ失ip/ηp=130mm

單個輪缸失效時，踏板行程小于踏板的全行程，滿足制動要求，制動踏板行程與踩踏板的快慢及管路中是否還有殘留的空氣有關[10]。

9制動踏板力

車輛滿載在附著系數[φ]=0.7的路面制動時，[φ]lt;[φ]0，前輪先抱死，前輪制動力與前制動器制動力相等。則：

Fxb1=Ff=12910N

[Ff=2Pfπd2f4BFfrfR]

Pf=6.8MPA

根據真空助力器和總泵輸入輸出特性曲線，制動總泵輸入力FP=800N，則：

[F=Fpipηp=165N]

因此，滿足GB7258—2017《機動車運行安全技術條件》制動踏板行程小于500N的要求。

10駐車制動計算

駐車制動力滿足國家標準要求，可參考文獻[11]。

11試驗測試

試驗設備：筆記本電腦/壓力傳感器/采集設備/V-BOX/陀螺儀。場地：襄陽東風汽車試驗場。滿載，初速度60km/h，制動距離23m，實驗結果略小于理論計算，原因是試驗場路面附著系數大于0.7。

12結語

通過上述計算，筆者所在單位開發的3T級純電動物流車制動系統滿足法規相關要求。隨著純電動物流車市場需求增大，更多的廠家將投入開發此類車型。本文結合純電動物流車制動系統的設計開發，全面介紹了液壓制動系統各個方面，為相關的設計者提供參考與借鑒。

參考文獻：

[1]交通運輸部.交運發〔2015〕34號：交通運輸部關于加快推進新能源汽車在交通運輸行業推廣應用的實施意見[EB/OL]（2015-3-13）.[2024-11-29].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2015/content_2883248.htm.

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[7]中國國家標準化管理委員會.QC/T307—2016汽車用真空助力器性能要求及臺架試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2017.

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[11]孫榮軍，陳慧清.純電動物流車手制動駐車裝置設計與校核[J].客車技術與研究，2022（2）：30-32.

作者簡介：

何國華，男，1977年生，高級工程師，研究方向為新能源商用車及專用車。