SR6 118 TH客车制动系的设计与性能分析

2012-08-22郑琦巍吴国坚占国强

客车技术与研究 2012年5期

郑琦巍，吴国坚，占国强

（江西博能上饶客车有限公司，江西上饶 334100）

SR6118TH型客车主要针对公路旅游市场研发。底盘选用两轴设计，前轴采用盘式制动，后轴采用鼓式制动，配电控国Ⅳ发动机，机械式六档变速器，6气囊空气悬架，前、后均装有横向稳定杆，气压双回路制动系统，ABS防抱死制动装置，电涡流缓速器。在SR6118TH制动系统的设计过程中，一些初选的相关参数并不能使制动性能满足法规要求，需对原始参数进行修改，如空载前轴质量，初选时为3 660 kg，绘制利用附着系数与制动强度的关系曲线，发现制动强度Z在0.15～0.3之间时，空载的前轴利用附着系数K＞Z+0.08，不满足法规在K=Z±0.08之间的要求[1-2]。通过对底盘相关部件安装位置的调整（本车将油箱位置由后轴后移至前轴后，电瓶位置也作相应调整），使空载前轴质量变更为3 750 kg后，整车的制动性能满足法规要求。

1 制动系统的设计

为了可靠制动，各国先后采用“冗余技术”，通过法规强制推行双回路制动系，以确保制动系的可靠性，保证行驶安全。双回路制动系统的制动总泵有两个独立的工作腔，分别与各自回路的管路连接，若其中一个回路失效，仍能利用另一完好的回路起制动作用。该车型采用Ⅱ式（前后式）双回路布置[3-4]，制动系统各阀类零件之间的管路按图1在底架上安装。

2 制动性能计算

2.1 制动力分配的计算

1）理想的前、后制动器制动力分配。将该车相应参数分别代入参考文献[5-6]中的相应公式得该车的实际制动力分配系数β=0.51；空载同步附着系数φ0=0.709；满载同步附着系数φ0=0.649；将β曲线及同步附着系数绘制在Ⅰ曲线中，如图2所示。

目前我国的道路附着系数在0.7～0.8左右，对装有ABS的同步附着系数一般应在0.5～1.0为宜。因此，空载时φ0=0.709，满载时φ0=0.649的同步附着系数是合理的，同时较大的同步附着系数还可以降低ABS的工作频次。

2)利用附着系数（K）与制动强度（Z）的关系。利用附着系数越接近制动强度，地面附着条件发挥得越充分，汽车制动力分配的合理程度就越高[7]。通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线（图3）来分析汽车制动力的合理性，最理想的情况是利用附着系数总是等于制动强度这一关系，即图3中的K=Z直线。前、后轴的利用附着系数按下式求得：

式中：K1、K2为前后轴的利用附着系数;G1、G2为汽车前、后轴的重力。

利用式（1）及式（2），按 Z=0.1，0.2…0.8 作图，可绘制出空载及满载状态下前、后轴利用附着系数与制动强度的关系曲线，见图3。

根据GB 12676中附录A《制动力在车轴（桥）之间的分配及牵引车与挂车之间制动协调性要求》[8]关于制动强度的规定，因本客车为M3类汽车[9]，其对这类汽车制动力分配的要求如下：

①对于附着系数在0.2～0.8之间的各类车辆，必须满足 K≤（Z+0.07）/0.85。

②对于制动强度（Z）在0.15～0.3之间，利用附着系数K必须位于K=Z±0.08确定的与理想利用附着系数直线（K=Z）平行的两直线间（见图3）。

③对于制动强度Z≥0.3，后轴利用附着系数曲线必须满足公式K≤（Z-0.018 8）/0.74。

将标准[8]中的上述法规要求绘制在利用附着系数与制动强度的关系曲线中，以便分析，见图3。

由图3可知，在ABS不起作用时，无论是空载，还是满载状态下都能满足标准[8]的要求。

2.2 制动效能的校核

按国标中的M3类车辆选取相应参数。本文的制动效能计算，附着系数都取φ=0.7。

1）行车制动的校核：

①最大制动减速度jmax的计算。前、后轴的制动器最大制动力Fu1max、Fu2max按前、后轴制动器最大制动扭矩计算：

前、后轴地面附着系数决定的制动力 Fφ1max、Fφ2max按满载状态下，求得：

即：Fu1max＞Fφ1max；Fu2max＞Fφ2max。

当制动器制动力比地面附着力大时，对装有ABS的车辆、车轮未抱死、轮胎滚动压印的情况下，最大制动减速度

由于装有ABS的车辆最大制动减速度在空、满载时相同，故在表1中的空、满载都按空载状态校核。

②行车制动中距离的计算。制动距离计算[10]：

式中：S为制动距离，m；t1为制动机构滞后时间，s；t2为制动器制动力增长过程所需的时间，s；V0为制动初速度，km/h。

对气压制动系统，GB7258-2004中7.14.1.3规定[11]，汽车制动的协调时间不大于0.6 s，所以（t1+t）2/2近似取0.6 s（同理本文后面的应急制动及剩余制动也按此取值）。

③行车制动减速度及其制动距离的校核。根据标准[11]要求，附着系数不小于0.7时，在30 km/h初速度下，空载时的制动距离上限为9 m，减速度≥5.4 m/s2；满载时制动距离上限为10 m，减速度≥5.0 m/s2。标准[8]规定在60 km/h初速度下的制动距离上限为/130=36.69 m。见表1。

表1 行车制动减速度及制动距离校核

由表1可知，行车制动减速度及制动距离满足国标的要求。

2）驻车制动的校核：

①地面附着系数决定的极限上、下坡路倾角α1、α2

根据式（4）、（5）分别求出在 φ=0.7时的空、满载状态下客车可能的极限上、下驻坡度，结果见表2。

②按驻车制动系决定的汽车驻坡度：

式中：M为储能制动力矩；g=9.8 N/kg。

根据式（6）求出按制动器制动力矩决定的极限驻坡度，结果见表2。

表2 驻车制动性能校核

③驻坡度的校核。国标要求：由于标准[11]中的要求高于标准[8]，故按标准[11]中的规定校核：驻车极限坡度大于20%，附着系数φ=0.7，且正、反两个方向都能停驻。

由表2比较可知，在φ=0.7的路面，空载驻坡度由地面附着系数按下驻坡状态决定；满载驻坡度由驻车制动系统决定。即本车空、满载时的驻坡度分别为39.9%、28.9%，满足国标大于20%的要求[12-13]。

3）应急制动的校核。当行车制动回路全部失效时，可以操纵手控阀通过弹簧制动来实现应急制动，制动力全部由驻车制动器提供。

①应急制动减速度的计算。由驻车制动系决定的制动减速度：

根据式（7）分别求出空、满载的制动减速度J1空=3.94 m/s2、J1满=2.72 m/s2。

由地面附着系数决定的制动减速度：

根据式（8）分别求出空、满载的制动减速度J2空=3.91 m/s2、J2满=3.84 m/s2。

通过比较，减速度取相对较小的值，即应急制动的空、满载制动减速度分别为J空=3.91 m/s2、J满=2.72 m/s2。

②应急制动距离S的计算。

③应急制动减速度及制动距离的校核。国标要求：根据标准[11]规定附着系数不小于0.7时，空、满载时在规定的30 km/h初速度下的制动距离上限为18 m，制动减速度≥2.5 m/s2；标准[8]中规定在60 km/h初速度下的制动距离上限为/130=64.4 m。结果见表3。

表3 应急制动减速度及制动距离校核

由表3可知，应急制动减速度及制动距离满足国标的要求。

4）剩余制动的校核。客车在行驶中，其中一个管路突然没气的可能性时刻存在,如总泵破裂、气管爆裂、接头松脱等都可造成一个管路泄漏导致没气[14]。由于本车制动回路属Ⅱ型布置，故分别对前制动失效及后制动失效进行分析,由本文行车制动校核中的第①项分析可知，在φ=0.7的地面上，前、后轴的制动器制动力都分别大于地面附着力，即减速度按地面附着力校核。

①后制动失效时，前轮刚要抱死的减速度：

根据式（10）分别求出空、满载的制动减速度J1空=2.75 m/s2、J1满=2.82 m/s2。

②前制动失效时，后轮刚要抱死的减速度：

根据式（11）分别求出空、满载的制动减速度J2空=3.91 m/s2、J2满=3.84 m/s2。

③剩余制动减速度及制动距离的校核：国标要求：根据标准[8]中行车制动的传能装置失效后的剩余制动性能的要求判断是否合格，即行车制动的性能装置若某一零件部件失效，在φ=0.7的地面上，制动减速度≥1.5 m/s2，初速度为60 km/h时，制动距离上限为3 900=101.3 m。结果见表4。