中重型商用车制动系统匹配计算

康厚芬

（北京福田戴姆勒汽车有限公司，中国 北京101400）

0 前言

目前，国内车辆制动系统相关标准主要有GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》和GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》。但作为国内主机厂研发人员设计的依据主要为GB12676，且GB12676的主要内容是引用欧洲的主要制动法规ECE R13，因此有广泛的使用性和实用性。根据机动车型分类，中重型商用车应划分为N2、N3和O类车辆。因此本规范主要是为了符合GB12676对N2、N3和O类车辆的制动性能的规定。同时为了使车辆的制动性能满足我国路况，要求在匹配计算过程中充分考虑用户试验数据，使设计车辆制动性能实用性更好，满足客户使用需求。

1 制动系统匹配计算

图1 制动时的车辆受力图

1.1 制动匹配计算相关参数的确立

1.1.1 整车质量m(kg)

由于国内中重型商用车超载现象比较普遍，因此需根据国情把超载考虑进去。

定义：空载质量m1;满载质量质量m2;超载质量m3

1.1.2 车辆轴距L(m)

对于双前桥或双后桥，由于制动时载轴转移计算复杂，为简化起见，将双前桥或双后桥合并为一桥，轴距测量点为两桥中心点。

1.1.3 车辆质心距后轴距离

质心距后轴距离可在整车三维数模上得出，但为了数据准确，可以对空载车辆各轴称重，得出L21;L22，L23通过公式(1-1)、(1-2)得出：

1.1.4 车辆质心高hg(m)

空载质心高hg1可在整车三维数模上得出，也可以通过悬吊法测得。而hg2和hg3通过公式(1-3)、(1-4)得出：

1.1.5 轴荷mL(kg)

空载前后轴荷可通过称重获得，而满载和超载前后轴荷可通过公式(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)得出：

1.1.6 轴制动扭矩Tf(N.m)

轴制动扭矩值与气压值成正比关系，因此气压值的选择合理与否关系到制动匹配计算的实用性。根据大量测量数据显示，由于制动阀体和管路等阻力作用，当制动系统管路工作气压为0.85MPa时，制动气室气压约为0.72MPa;因此前后轴制动扭矩取气压为0.72MPa时的值。

Tf1、Tf2——前、后轴制动扭矩。

1.1.7 路面附着系数φ

GB12676要求试验时在水泥路面，其附着系数为0.8，但考虑到我国路面实际情况，路面附着系数一般取值0.7；

1.1.8 制动器驻车制动扭矩TP(N.m）

根据带驻车的制动气室的性能曲线图(见图2）可计算或实测。

图2 气室曲线图

1.1.9 车轮滚动半径r(m)

1.1.10 制动器制制动力分配系数β

制动器制制动力分配系数β为前制动器制动力Ff1与总制动器制动力Ff之比，

1.2 制动重要性能参数分析与匹配计算

1.2.1 选取合理的同步附着系数φ0

1）理想的前后制动器制动力分配曲线，简称I曲线

I曲线是根据公式2-1汇成的，见图2;

3）前后轴同时抱死时路面附着系数为同步附着系数φ0，见图3

图3 某货车制动分配的I曲线和β线图

4）同步附着系数φ0的选取

当汽车在不同附着系数φ的路面上制动时，可能有以下3种情况：

(1)当φ＜φ0时，β曲线位于I曲线下方，制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；

(2)当φ＞φ0时，β曲线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死，这时容易发生甩尾现象；

(3)当φ=φ0时，制动时前后轮同时抱死，这是最好的稳定情况。

通过分析，第(3)种情况是最好的，但现实中的车辆很难达到，第(2)种情况会产生甩尾现象，这是我们最不想看到的，因此我们希望设计的车辆满足第(1)种情况。这样φ0就要求比车辆行使路面的附着系数高，根据公式 2-2，要提高 φ0，就要求提高 L、β 或降低 L2、hg,然而受车辆结构和客观因素影响，不可能完全使车辆在所有路面都满足φ＜φ0，因此综合各种因素，有文献推荐满载时φ0≥0.5。当然，不同行驶路况的车辆选择是有差异的，在好路面行驶车辆的φ0取值比矿区的要适当的高些。

1.2.2 制动力分配的合理性分析

制动力分配的合理性通常用利用附着系数与制动强度的关系曲线来评定。

GB12676和ECE R13对此都做了要求：(1)对于R值在0.2～0.8之间的各类车 Z≥0.1十0.85（k-0.2）;(2)对于制动强度在0.15～0.30之间，若各车轴的附着系数利用曲线位于公式k=Z±0.08确定的与理想附着系数利用直线平行的两条直线之间，则认为满足要求。对于制动因数Z≥0.3，若后轴附着系数利用曲线能满足公式Z≥0.3+0.74（k-0.38），则认为满足要求。

1）利用附着系数φ计算

利用附着系数就是在某一制动强度q下，不发生任何车轮抱死所要求的最小路面附着系数。

2）制动效率E计算

制动效率为车轮不抱死的最大制动减速度与车轮和低面间摩擦系数之比。

3）绘制利用附着系数与制动强度的关系曲线和相关参数的分析调整。

为了更直观的看清楚各参数的关系和法规符合性，将利用附着系数与制动强度的关系绘制成曲线，并将法规要求也加入进去，见图4。

从图4可看出，该车满载是的利用附着系数与制动强度的关系基本满足制动法规需求，但是同步附着系数约为0.26，偏低，有必要对车型参数进行调整，使φ0达到合理值。

1.2.3 制动距离和制动减速度计算和其法规符合性

1）法规要求：

GB12676的发动机脱开的O型试验性能要求：N2、N3类车辆在初速度为60km/h时的制动距离为36.7m,平均减速度为5m/s2。

2）计算地面制动力FΦ(N)

图4 某重型商用车满载的利用附着系数与制动强度的关系曲线

3）计算制动器制动力Ff(N)

制动器制动力为前轴制动器发挥作用的制动力Fa1和后轴制动器发挥作用的制动力Fa2之和：

若前轴制动器制动力被充分利用，则Fa1等于Ff1,根据公式2-1得出：

若后轴制动器制动力被充分利用，则Fa2等于Ff2,将Fa2代入公式2-1 得出 Fa1：

4）确定司机反应时间t1(s)和制动反应时间t2(s)：

GB12676规定：在0.2s内急踩制动时，从开始促动控制装置到最不利的车轴上的制动力达到规定的相应的制动性能时所经历的时间不得超过0.6s。因此可认为：

5）计算平均制动减速度a(m/s2)

根据GB12676要求，平均制动减速度a≥5 m/s2

6）计算初速度V0为60km/h的制动距离S(m)

根据GB12676要求，制动距离S≤36.7m

1.2.4 车辆驻车坡度tgα(α为坡度极限角)计算

GB12676规定：驻车制动系必须使满载车辆停在18%坡道上(上坡或下坡）。

1）汽车在上坡时的驻车坡度极限角α1(度)

2）汽车在下坡时的驻车坡度极限角α2(度)

3）驻车制动扭矩TP能够满足的驻车极限坡度α3(度)

4）车辆驻车坡度极限角 α 应为 α1、α2、α3三者最小值，

根据 GB12676要求，tgα≤18%（列车 12%）。

2 结束语

上述匹配计算包括的参数，基本包含了GB12676对中重型商用车的主要制动性能要求，且计算得到的数据基本与实测数据一致。因此如果按上述计算方法所得到的参数计算结果都符合要求，那么我们基本可以认为车辆的制动性能是合格的。

本计算方法简单易行，通过简单的培训，设计人员能够较容易地掌握其使用方法。当然，为了能更简便计算，笔者推荐将其计算转化为EXCEL格式。

［1］刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算.清华大学出版社，2004,9.

［2］余志生.汽车理论[M].2 版.机械工业出版社，1989,4.