发动机缓速器(Jacobs)对货车单车通行山区高速公路长下坡的安全性研究

秦兴顺

(四川交通职业技术学院)

1 引 言

我国西南地区高速公路受自然条件限制，存在山高路险，坡陡弯急，自然灾害不断等特点，致使其重大交通事故多发。地处京昆高速(G5)四川段的雅西高速公路是典型的山区高速公路，该路段沿线地形地质条件复杂，全程共形成3处超长连续纵坡，纵坡长度均在25 km 以上，且部分路段还受冰、雪、雨、雾等恶劣气候条件影响，运营安全形势严峻。通常情况下，满载货车要以理想的速度一次安全通过该长下坡路段，行驶过程中都要通过给制动鼓不断淋水降温以阻止制动鼓制动效能热衰退，保持其制动效能的有效性。但是，在冬季路面温度低至零度以下时，不断淋水会使路面结冰，给过往车辆带来更大的危险性。

2 试验车型选择与方案设计

2.1 试验车型选择

2011年对四川省高速公路网内货车构成的统计结果表明:2 轴货车单车比重为67.68%，3、4 轴货车单车比重为24.08%，半挂列车比重为8.24%，这一车型结构反映了西南山区高速公路货车结构的差异性，即:由于山区高速公路坡陡弯急、气候多变等交通环境的限值，2、3、4 轴货车单车的比重远高于平原地区。同时，对西南某山区高速公路长下坡路段的事故统计结果表明，2 轴、3 轴、4 轴货车单车事交通事故率占总数的54.4%。

另一方面，考虑到3 轴、4 轴货车在同样比功率条件下，3 轴货车的发动机缓速器功率偏低。因此，为保证满足各类货车单车配备发动机缓速器后辅助制动效果的需求，选择3轴货车单车作为试验对象是十分必要的。选用的3 轴货车主要性能参数如表1 所示。

表1 3 轴试验货车主要性能参数一览表

2.2 试验方案设计

由于在26 km 长下坡路段开展满载货车试验具有较大危险性，且成本较高，为保证用最少的试验次数获得最佳的试验效果，本次试验过程采用正交试验方法设计。正交试验设计方法是汽车试验时常用的一种最优化试验方法，该方法具有试验次数最少、结论最完整的优点，试验原理如图1 所示。

图1 正交试验设计流程

表2 3 轴货车单车正交试验表头设计

根据正交试验设计方法原理，试验正交表选择为L4(23)合并相关影响因素后的测试方案，计算后共形成4 个组次，如表3 所示。

表3 3 轴货车正交试验方案设计

2.3 测试仪器

试验过程中为掌握货车制动器制动效能的保持情况，需对制动鼓温度实时监控，为此专门开发了在线式制动鼓温度监测系统，同时，为监测车辆的速度、纵坡度、货车制动器使用频率等参数，试验过程中使用高精度行车记录仪(VboxⅢ)对各种参数进行测量。

3 发动机缓速器(jacobs)制动特性测试

3.1 测试方法

(1)变速器空挡滑行试验

将试验货车加速到80 km/h，然后将变速器挂入空挡，汽车自由滑行，用测试设备记录车速随时间变化关系数据，试验正反方向各进行一次。

(2)变速器挂档滑行试验

他说第一次见她时觉得她太正经，又太纯真，所以不想动她的，可是时间一长，便有些把持不住。你笑起来特别动人。

将车辆加速到5 档最高车速，打开发动机缓速器(Jacobs)开关，汽车自由滑行，用测试设备记录车速随时间变化关系数据，试验正反方向各进行一次。接着依次进行6、7、8档的挂档滑行试验，试验方法与5 档滑行试验相同。

3.2 发动机缓速器( Jacobs) 制动力测试及计算

根据上述试验方法，可精确检测出车辆运行过程中的起点速度(V0)、终点速度(Vt)、运行时间(t)、运行距离(s)、风速(Vw)等参数。根据汽车行驶方程式可知

汽车总行驶阻力∑F

其中，FJac为Jacobs 制动力;Ff为车轮滚动阻力;Fw为空气阻力;δi为相应档位的旋转质量换算系数;m 为车辆总质量;为车辆减速度;Fi为坡度阻力。

由于试验路段无坡度，故坡度阻力Fi为0。所以

根据测试结果，整理数据计算可得到采用发动机缓速器装置制动时，各挡的总制动力随车速的关系曲线，见图2。

图2 Jacobs 发动机缓速器各挡总制动力随车速变化关系曲线

3.3 发动机缓速器( Jacobs) 制动功率测试及计算

根据发动机功率计算公式

可计算得到该车的发动机缓速器(Jacobs)的制动功率，如表4 示。

表4 ISM345 30 型发动机Jacobs 发动机缓速器功率与驱动功率表

3.4 发动机缓速器( Jacobs) 制动对坡度的适应性分析

按照3 轴货车设计标准，其满载时车货总重为25 t，在长下坡使用Jacobs 缓速器制动时，汽车稳定车速与下坡坡度之间的对应关系如图3 所示。

图3 3 轴试验货车缓速器辅助制动时稳定车速与下坡坡度之间的对应关系图

由图3 可知，对于3 轴试验货车总重为25T 时，变速器使用5 档，在不使用行车制动器的情况下，能够以30 km/h左右的车速下8%的坡;变速器使用8 挡，能够用80 km/h 的车速下5%的坡，以60 km/h 的车速下4%的坡。

4 雅西高速公路26 km 长下坡发动机缓速器制动效果分析

4.1 货车超载30%条件下开启发动机缓速器长下坡行驶安全测试

货车超载30%条件下，开启发动机缓速器，使用7～8档(高档)下坡，环境温度为10 ℃。货车整个下坡过程中右前轮制动鼓温度(RF)、后桥右前轮制动鼓温度(RR1)、后桥左后轮制动鼓温度(LR2)、车速(speed)如图4 所示。

图4 货车超载30%(32.5T)开启发动机缓速器条件下26 km 长下坡温度速度变化图

货车整个下坡过程平均车速59.4 km/h，最高车速73.5 km/h，基本达到了高速公路规定的车辆最低行驶速度60 km/h的要求。下坡过程中，由于货车使用了较高的档位，车速较快，急弯路段仍需制动器控制车速以保持安全状态，全程制动器使用时间占总行驶时间的比例为47.1%，但制动力强度不大。下坡开启发动机缓速器后，辅助制动力感觉明显，货车制动鼓温度也上升较慢，右前轮制动鼓温度(RF)最高尚未达到50 ℃，后桥由于载重量较大，制动器作用时制动强度也较大，右后桥前轮制动鼓最高温度均在150 ℃以内，制动效能没有明显热衰退。

由此可见，在使用发动机缓速器(Jacobs)的条件下，货车单车即使超载30%下坡行驶，也能够保证制动系统的有效性，使车辆以较快的速度安全下长坡。

4.2 货车超载30%条件下关闭发动机缓速器长下坡行驶安全测试

在与第一次试验试验装载、下坡档位等工况条件相同的情况下，下坡时关闭发动机缓速器(Jacobs)，其下坡过程中车辆的各参数如图5 所示。

图5 货车超载30%(32.5T)关闭发动机缓速器条件下26 km 长下坡温度、速度变化图

货车整个下坡过程中，平均车速55.6 km/h，制动器使用时间占总行驶时间的比例为69.2%;由于前桥负载较轻，因此右前轮制动鼓温升变化较小，温度保持在100 ℃以下。而后桥负荷较大，因而温升较快，下坡行驶13.3 km 以后，后桥右后轮制动鼓温度就已上升到260 ℃以上，紧急制动情况下制动鼓局部最高温度达472.7 ℃。

根据交通部西部项目研究结论，制动鼓温度达到260 ℃时，车辆将丧失紧急制动能力。因此，在山区高速公路长下坡路段，重载货车在制动器不淋水、且无辅助制动装置条件下，制动器制动效能很容易因制动器过热降低到极限值，从而导致车辆失控发生交通事故。

根据对试验货车超载30%时，开启或关闭发动机缓速器条件下在雅西高速公路26 km 长下坡路段行驶安全性能测试的结果来看，发动机缓速器(Jacobs)能够满足该条件下货车安全下长坡的需求，同时说明货车标准装载时，也能满足。

5 结 论

(1)货车单车按照规定装载，使用发动机缓速器(Jacobs)，在制动器不淋水的条件下，可以安全通过山区高速公路长下坡路段，车速控制在60 km 左右比较适宜。

(2)由于目前国内生产发动机缓速器系统的厂家较多，产品质量也有差别，因此，建议货车单车行走山区高速公路，淋水器水箱里储存适量水，以备不时之需。

(3)发动机辅助制动技术在欧美国家已普遍使用，且已成为商用车的标准配置，此系统大大提高了商用车辆山区高速公路长下坡的安全性。但是，由于目前我国卡车发动机功率相对欧美偏，发动机辅助制动系统的制动功率与发动机驱动功率密切相关，所以，其只能解决货车单车制动器不淋水条件下下长坡的安全问题。而对于大型半挂车辆，还需加装液力缓速器辅助制动系统，才能确保其行车安全，其作用效果还需进一步试验研究。

［1］王剑波，陈斌，秦兴顺，等.雅西山区高速公路特殊路段运营安全保障技术研究［R］.四川交通职业技术学院，2012:1－3.

［2］汽车制动系统结构、性能和试验方法(GB12676－1999)［S］.

［3］机动车运行安全技术条件(GB7258－2012)［S］.

［4］余志生.汽车理论［M］.北京;机械工业出版社，2009:36－45.

［5］余强.汽车下坡持续制动性能研究［D］.西安:长安大学，2000:45－52.

［6］余强，陈荫三，马建，等.客车发动机缓速器下坡能力［J］.长安大学学报(自然科学版)，2003(3):95－97.