车辆制动衰退性能分析

井广红

（南京依维柯汽车有限公司，江苏 南京 210028）

车辆制动衰退性能分析

井广红

（南京依维柯汽车有限公司，江苏 南京 210028）

本文对轻型载货车下长坡制动过程进行研究与分析，通过理论计算和试验数据，得到车辆连接下长坡过程中，随温度升高，制动器制动力矩产生温度衰退，最高可达到15%到20%。同时随着制动次数的增加，真空伺服系统产生真空衰退，引起整车的制动性能衰退达到25%左右。两者相加整车的制动性能达到40%左右。最后提出对于山区轻型载货车加装排气辅助制动系统及提升真空泵的抽真空性能来补偿整车制动性能的衰退。

下长坡制动；温度衰退；真空伺服性能衰退

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-16-04

引言

跃进某一轻卡车型，在开发后期进行道路可靠性试验过程中，驾驶员反馈在定远场内山路下长坡时，制动疲软。本文围绕这一反馈展开相关的道路试验数据采集，并进行数据分析，结合台架试验和理论计算，提出有效的解决措施。为后续的设计提供有效的支持。

1、下长坡过程中的制动衰退分析

对于真空助力式的液压制动车辆，一般情况下，车辆下长坡时，制动性能会受到两个方面的衰退：制动摩擦片的高温衰退和真空伺服性能的衰退。

1.1 制动摩擦片的高温衰退

下长坡时，频繁踩制动，制动蹄片的温度会上升，由于现有的阶段水平，无法精确地计算制动蹄片的温度数值，需要通过道路试验来监测四个车轮温度变化过程。

a）试验数据的采集：

试验场地选择：定远试验场内的山路，其坡道长且陡，极具有代表性，其数据的采集更贴近于车辆山区使用状况，对于我们的理论分析具有真实的参考意义。

试验场地描述：定远试验场内的山路路径如图1所示：红旗位置为车辆起始点，山路总里程约为11km，车辆分别通过坡道1、2、3、4、5。该山路中有很多大小不一的坡道，此处列举的5个坡道是比较典型的坡度，且必须使用制动进行减速，其中坡道3为山路最后一个长坡，也是制动强度最大的一个坡道。

试验里程：按图1进行8个循环，一个循环为11km,8个循环的里程为88km；

采集参数：四个制动器制动蹄片的温度，制动踏板力；

采集结果：制动器蹄片最高温度维持在400- 450度，见图2。而制动踏板力在整个试验过程中，最大制动踏板力不超过200N。

b）温度衰退的分析

根据试验车辆采集的制动温度数据，其最高温度可达到450℃左右，由制动摩擦片的特性得出，制动器蹄片的温度越高，其制动力矩衰退越厉害（即制动蹄片的温度衰退），根据制动器的台架性能试验报告，如图3，所示：100℃下，初速度为60km/h，制动管路压力12MPa下的制动力矩为3500N.m,而在450℃下，60km/h车速，制动管路压力12MPa下的制动力矩为2800N.m,制动力矩的衰退率为20%。而 QC/T239标准要求，在衰退过程中，其制动力矩的衰退量不大于40%均为合格，因此制动器的温度衰退满足法规要求，属于正常的衰退，可暂时不考虑摩擦片性能的改进。

1.2 真空伺服性能的衰退

每一次制动都会消耗真空伺服系统内的真空，使真空伺服性能下降，从而使整车制动性能降低。在真空伺服系统的剩余真空度计算过程中，分两步进行，第一步，不考虑真空泵的作用，每一次纯制动所消耗的真空度；第二步，考虑真空泵的作用，将真空泵的抽真空性能与制动后的真空伺服系统中剩余真空度进行叠加，得出最终的真空伺服系统的真空度。

1）不考虑真空泵作用的情况下：

参考玻意耳定律，一种质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P与体积V成反比。即PV=C。由真空助力器的工作原理得出：踩下制动踏板时的真空度与体积乘积与松开制动踏板时的真空度与体积乘积相同。真空伺服系统的各个容积参数如下：

真空软管的容积V1：0.059 L

真空助力器的容积V2：2.3 L

真空筒的容积V3：5L

真空助力系统的总容积为V总：0.059L+2.3L+5L=7.359 L

真空系统最大真空度为P1：绝压为11.3 KPa （相对气压为-90KPa）

大气压P0：101.3KPa (相对气压为0KPa)

例：第一次制动后剩余真空度为：

按此计算公式得出后续制动的剩余真空度：见表1

2）考虑真空泵作用情况下：

发动机怠速，真空泵的抽真空性能如图所示：

按制动间隔10分钟的频率计算。将真空泵的抽真空性能参数与纯制动剩余真空度进行叠加，例如，首次纯制动剩余真空度为-62.9KPa,其真空泵性能曲线所对应的时间为28秒，到38秒时，真空泵所能达到的真空度为-70KPa.即考虑真空泵的作用下，首次制动后，真空伺服制动系统所剩真空度为-70KPa。按此计算原理推出后续制动的剩余真空度，如表2所示。

由计算结果可以得出，连续制动后的真空伺服系统稳定真空度达到-52KPa,由于山路上最大制动踏板力为200N,而制动踏板杠杆比为4.2，则相对应的真空助力器推杆输入力为200N×4.2=840N。由真空助力器性能曲线（图5）可以看出，在840N输入力下，-90KPa相对应的输出压力为82 bar,而-52KPa真空度相对应的输出压力为61 bar。由此可以得出真空伺服性能衰退率为25.6%。

1.3 下长坡过程中，总的制动衰退率

综上所示，制动器温度衰退与真空度损失衰退情况下，制动总衰退率为：

1-（1-20%）×（1-25.6%）=40.48%。若车辆衰退前的制动减速度为7m/s2，则下长坡时，制动减速度由原有的7m/s2变为4.17m/s2。

一、制动衰退的补偿措施

1.增加排气辅助制动器

a）排气辅助制动器产生的制动减速度

排气辅助制动器工作原理是利用发动机排气阻力，以增加发动机进排气和压缩等行程的功率损失来使汽车减速。其排气辅助制动器的标定必须满足发动机的最大允许排气背压，否则会造成发动机喷油嘴及进排气门的损坏。对于Sofim发动机，其排气背压不允许超过300KPa（相对压力）。根据整车的排辅转鼓台架试验标定，整车打开排辅，发动机处于3档，在发动机允许背压300kPa下，车速为50km/h，此时测出后轴的最大轮鼓功率47KW。由后轴的最大转鼓功率，求整车后车轴产生的最大制动力F及所产生的制动减速度：

其中：F---为后轴的制动力 N

V---车辆的车速 Km/h

P---发动机的功率 KW

打开排辅，整车所能产生的最大减速度为：

b）排气辅助制动器使用后，行车制动系的制动器温度变化

车辆在下长坡过程中，排气辅助制动器打开后，驾驶员减少了踩制动踏板的次数，制动器的摩擦片温度降低，经道路试验监测，其制动器摩擦片温度最高仅达到230℃（如图6所示），而此温度相对应的制动器制动力矩为3500Nm(系统压力为12MPa下)，其制动力矩无明显的温度衰退。

2、提升真空伺服系统真空泵的抽真空能力

由图6所示，原状态真空泵达到-80KPa所需要的时间为56s，而提升后的真空泵达到-80KPa所需要的时间为46S，性能提升了18%。按此前计算原理，得出连接踩制动后真空伺服制动系统的稳定真空度为-60KPa,由真空性能曲线得到840N输入力，在-60KPa的真空度下，输出压力为71 bar,改进后的真空伺服性能与首次制动时的真空伺服性能相比衰退13.4%，与原状态的真空伺服性能相比提升了16%。如表3所示：

3、结论

（1）改进前后制动效能的对比

（2）根据改进前后的数据对比，可以看出增加排气辅助制动器能够有效地补偿下长坡时的制动性能衰退，且能够满足法规GB12676的排气辅助制动器的相关规定。

（3）根据改进前后的数据对比，提升真空泵的抽真空性能，可以有效地减小下长坡时的制动性能衰退。且能够满足法规GB12676关于连续制动后的减速度相关规定。

[1] 陈士杰. 轿车整车动态真空度试验与分析 . 机械制造与研究.2011.06:15-17.

[2] 方泳龙.汽车制动理论与设计.北京: 国防工业出版社,2005.

[3] 池海，林晖. 青藏铁路列车制动系统高原性能的分析及试验研究.铁道机车车辆，2006.03 :4-9.

[4] 程源，高玉振，卢森林，刘培培.高原高寒环境对汽车制动性能的影响. 汽车工程师，2013.03 :41-43.

经过系列整改后，空载前失效制动距离由105m减小到65.9m，减小了39.1m。

5、结论

1）经以上分析，影响前失效制动性能的因素为后制动器行车效能因数、后分泵油压、整车质心参数。因整车质心参数不易整改，排除其带来的影响，通过提升后制动器行车效能因数和优化、调整ABS油压调节，前失效制动性能明显提升。

2）本文对最大减速度分析时，只对整车参数的影响进行了分析，未将轮胎的滚动摩擦性能等影响考虑在内。

参考文献

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[4] 陈杰. 一款微型货车制动系统的匹配计算[J]. 汽车实用技术，2014，（8）：9-14.

The brake fading analysis

Jing Guanghong
( Nanjing IVECO automobile Co. Ltd., Jiangsu Nanjing 210028)

The thesis analyses and studies the brake performance of light truck applied on the long slope. Through abstractly calculation and testing value, it conclude that during the long slope driving, the higher is the brake, the less is the brake torque, the decay ration can be 15%-20%.At the same time, constant braking can lead to vacuum fade, The related brake performance can decay 25%. Both can cause that total brake performance will decay 40%. At last, it suggests the useful solution: using the brake valve and increase the performance of vacuum pump.

long slope brake; temperature brake fade; vacuum fade

U463.5

A

1671-7988(2015)06-16-04

井广红，底盘设计，主要从事底盘开发工作，就职于南京依维柯汽车有限公司。