重型车辆持续制动性研究

2014-02-20王鹏

汽车实用技术 2014年7期

关键词：速器下坡路液力

王鹏

（长安大学，陕西西安 710064）

重型车辆持续制动性研究

王鹏

（长安大学，陕西西安 710064）

通过分析行车制动系统在山区公路长大下坡路段制动效能的不适应性，提出使用持续制动装置的必要性，并指出目前几种持续制动装置的优劣以及其影响持续制动性能的因素，提出持续制动装置联合作用以获取较好持续制动效能的控制方式。

长大下坡；持续制动效能；联合制动

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-64-04

引言

近几年，我国大力加强多山偏远的西部地区高速公路建设。在西部地区，由于自然条件的限制，其所修建的高速公路多是依山傍水，道路行驶条件不能与平原地区的道路相比，山区高速公路很明显的一个特点就是存在很多长大下坡路段，在这些特殊路段，为了使车辆以稳定的车速行驶，驾驶员需要频繁的使用行车制动系统控制车速。在这个过程中制动器中制动鼓与摩擦片频繁摩擦产生大量的热量,若这些热量不能及时的散发，制动器的温度急剧上升并导致制动器制动效能下降。因此研究分析车辆在长大下坡路段制动效能的持续性并提出改进方式，对于提高车辆在长大下坡路段的行车安全性具有重大意义。

1、行车制动系统特性分析

1.1 行车制动系统对持续制动过程适应性差

对于在长大下坡路段行驶的车辆，如果不进行制动，其自身由于重力的作用会处理加速行驶状态。因此，一方面要求车辆在整个下坡路段具有持续制动能力以保证车辆维持稳定车速，另一方面，为了从根本保证车辆安全应该确保车辆驶入平路时其行车制动系统还可以提供足够的制动性能.但是,根据山区交通事故统计数据,很大部分山区交通事故是由于汽车在长大下坡路段制动失效导致车速失控引起的,这一点尤其体现在中型、重型货车和客车的事故案例中。

如图1所示为某车型在持续制动过程中车轮轮毂表面温度以及各个制动系统吸收功率随制动时间的变化曲线[1]，由曲线可知，随着制动时间的增长，车轮轮毂表面的温度在开始一段时间急速上升，达到一定温度后，上升速度减缓，但此时温度已经很高。同时，在制动初期，车轮制动器可以吸

收很大的功率，然而在随后的制动过程中，车轮制动器吸收功率的快速减少。在制动试验后期，由于轮毂表面温度增长速度的减小，车轮制动器吸收功率的衰减速率也在下降，但此时期吸收功率已经相对很小，车轮主制动器的制动效能已经无法满足持续制动效能的要求。

通过以上分析可知，行车制动系统作为紧急制动装置是非常有效的，但不适合作为持续制动装置。

1.2 行车制动系统持续制动效能增强无良策

目前,为了解决车辆在长大下坡路段由于持续制动而导致车轮制动器温度过高的问题，很多山区客车、货车驾驶员常用淋水法，即当车辆驶入长大下坡路段时，驾驶员转动开关，将水通过喷头淋到车轮制动毂上，使制动毂温度保持在合理的范围内从而为车辆提供一定的持续制动力。但是采用用淋水法对制动毂冷却存在一定缺陷：一方面可能会产生较大局部应力而导致轮毂表面破裂，另一方面在冬季时冷却水由于无回收而流到路面上，会长时间覆盖在公路表面甚至结冰，成为更大的交通安全隐患。

因此，为了增强车辆持续制动效能，重型商用车必须使用持续制动装置，利用持续制动装置辅助制动作用，为车辆提供稳定的制动功率,从而有效地分担主制动系统的负荷,提高了车辆的制动稳定性与安全性,是一种安全可靠的制动方式。

2、持续制动装置特性分析

目前，很多重型商用车都已经使用持续制动装置，常用的主要包括：液力缓速器、电涡流缓速器、发动机制动装置。

2.1 液力缓速器

液力缓速器是通过改变注入到工作腔内的充油量来实现对力矩的控制，当工作腔内只注入部分油液时，为保持制动力稳定，必须保持工作腔内油液量的动态平衡，所以液压系统必须具备流量大和快速动态响应的特性。

为了分析液力缓速器特性，采用某型号液力缓速器进行制动性试验。在试验系统中加入惯量飞轮组。在不向减速器内充油的状态下，起动动力装置，将减速器内的残余油液甩净。然后调节减速器动轮转速至500r/min，起动供油泵站，在向减速器供油的同时切断动力，分别记录在节流阀全开和半开工况下的减速器动态转速和动态转速下产生的相应制动力矩。将减速器动轮转速调节为800r/min，重复上述试验，记录试验数据。

如下图2分别为在节流阀全开情况下减速器动轮转速从500r/min和800r/min制动的特性曲线。图3分别为在节流阀半开情况下减速器动轮转速从500r/min和800r/min制动的特性曲线。

调节节流阀的开度就是调节了液力减速器的充液量，节流阀半开时液力减速器的充液量要大于节流阀全开的充液量。分析图2-图3曲线,可以得出下表1:

表1 液力缓速器不同状态下的制动特性曲线

分析以上数据可得出，同一制动初速下，液力减速器的充液量越大，产生的制动力矩就越大，减速器动轮的转速下降就越快[3]。另一方面，制动初速越高，制动效果就越明显，因为液力缓速器的制动力矩与其转速的平方成正比,故当转子转速逐渐增高时,液力缓速器的制动力矩增加幅度更大，从而也说明了液力减速器在高转速和大充液量下使用制动效果好。

2.2 电涡流缓速器

电涡流缓速器是利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为热能而散发掉，从而实现汽车的减速和制动，本文同样采用台架试验法，对电涡流缓速器特性进行研究。

图5（a）是在试验台架上测得的某电涡流缓速器四个不同档位上产生的制动力矩随转子转速变化的特性曲线，从特性曲线上可以看出力矩随转速的增加而迅速增大，达到一定转速时有极大值，而后随着转速增加制动力矩有所下降。

图5（b）是实验过程中电涡流缓速器在转速为700r/min下制动力矩随制动时间的变化曲线，从图中可以看出，制动力矩随制动时间的延长而逐渐下降。其主要原因是励磁组通电后要发热，这样出现大幅度的退磁现象，从而引起制动力矩的下降。

2.3 发动机制动

发动机制动装置按工作原理的不同又可以分为排气蝶阀制动（排气制动）、泄气式制动和压缩释放式制动三大类型。其中：压缩释放式发动机制动的效果最好，泄气式制动次之，排气蝶阀制动效果最差。

2.3.1 排气蝶阀制动

排气蝶阀制动是目前在国内卡车上广泛使用的发动机制动技术。它的工作原理是在发动机排气歧管上安装一个蝶形阀，当发动机制动工作时，关闭蝶形阀来阻塞排气通道，阻止气缸中的气体向外流动，从而增大排气背压和排气阻力，增强发动机的制动效果。如下图6是某型号发动机排气制动特性曲线。

由图6的特性曲线可知，发动机排气制动转矩随发动机转速的增加而增大，在接近最高转速时达到最大值。

2.3.2 压缩释放式制动

压缩释放式制动通过改变发动机排气门的配气相位，使车辆减速。其实质是将产生能量的柴油发动机转变成为吸收能量的空气压缩机。如上图7是装有压缩释放式制动器的某发动机制动特性（该发动机额定转速为1900r/min）。从该发动机制动特性曲线可见，制动功率随发动机转速的增加而增加，接近最高转速 2300r/min 时达到最大值。这一转速高于最大驱动功率对应的转速 1900r/min。在额定转速 1900r/min时，制动功率为 229kw，相当于最大驱动功率的 75%，每升制动功率为 23.4kW；在最高转速 2300r/min 时，制动功率为272kW，相当于最大驱动功率的89%[2]。

2.3.3 泄气式制动

泄气式发动机制动建立在传统排气蝶阀制动的基础之上。其工作原理是：当排气蝶阀关闭时，柴油机在汽车重力的拖动下类似于压缩机工作，排气通道中的废气压力急剧上升，相邻气缸的排气产生的压力波会导致处于吸气冲程下止点附近气缸的排气门不受控制地打开。排气门制动装置（EVB）就是利用排气门在制动过程中被压力波自动打开的现象，通过增加一套控制排气门行程的执行机构，实现排气门在发动机制动过程中保持打开一个空隙来提高发动机的制动效率[4]。

The study of heavy vehicle persistent brake

Wang Peng
（Chang 'an University, Shaanxi Xi’an 710064）

By analyzing the inadaptability of vehicle braking system on the long-distance downgrade in the mountainous highway, the paper puts forward the necessity of continuous braking device and pointes out the advantages and disadvantages several continuous braking devices as well as the influencing factors of continuous braking performance, it is concluded that the combination of many continuous brake devices gains access to better continuous braking efficiency.

The long-distance downgrade；continuous braking efficiency；combination of many continuous brake devices