城市客车驻车制动系统的应急解除设计

梁会仁， 王恩前

(山东沂星电动汽车有限公司，山东 临沂 276000)

客车驻车制动系统一般采用气压制动，正常行车过程中，驻车制动储能弹簧气室持续充满高压气体[1]，一旦突发气体泄漏或制动元件故障将导致气压过低，虽然驾驶室仪表盘会发出声、光报警，但车辆仍将不受控地自动制动，若此时驾驶员无法及时、有效解除制动，将造成堵车或交通事故，所以其设计的合理性是决定客车制动性能的关键。

1 驻车制动系统

驻车制动系统主要由储气筒、手制动阀、差动继动阀、制动气室、制动器及相关管路等组成。行车过程中，只需拉动驻车制动手柄接通差动继动阀即可解除驻车。异常状态下，如行车过程中，驻车储气筒突然泄漏、差动继动阀内泄、管路损坏等导致气压过低，此时驻车制动将不受控地自动驻车，对车辆运转及维修带来不便，甚至引发严重的交通事故。鉴于此安全隐患，国标GB 7258-2017[2]机动车运行安全技术条件第7.4.5条规定，采用弹簧储能制动装置做驻车制动时，应保证在失效状态下能方便地解除驻车状态，同时，国标GB 12676-2014[3]商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法也对驻车解除作了规定。

对于部分商用车，发生以上故障时，可待车辆停稳后，靠近后桥制动气室，使用专用工具将气室顶端的解除制动螺栓旋出，此时压缩膜片及弹簧使气室推杆收回，其功能相当于膜片弹簧气室进气口充气，驻车制动解除。但是此方法受到维修空间、时间等很多因素影响，对于城市客车特别是低地板城市客车，更是没有足够的维修空间，且维修过程中，故障车始终停靠在行车道，阻碍交通甚至引起交通事故。这就需要一套应急装置使驾驶员在此情况下能快速解除驻车制动，将车驶向安全地点进行检修。

2 应急解除系统设计与测试

2.1 应急解除系统的控制

基于以上安全隐患，对于低地板城市客车，本文设计一种客车驻车应急解除控制系统，如图1所示，在常规驻车制动系统基础上增加双通单向阀8、应急解除阀9、应急储气筒10、单向阀11等部件，双通单向阀装在制动气室12口，原驻车制动系统由双通单向阀进口1进入气室，解除系统由双通单向阀进口2接入气室，应急储气筒与原系统干燥器直接相连，在驾驶员附近位置增加应急解除阀9，控制应急储气筒至双通单向阀之间气体的接通与关闭，其位置、形状应明显区别于手制动阀2，并增加操作提示铭牌，避免误操作。

同时，为防止干燥器及相关管路泄漏导致应急储气筒气体泄漏，在储气筒进口处增加单向阀11，防止高压气体回流，另外在储气筒上安装气压传感器12，其接入整车CAN通讯，将储气筒压力时时显示在驾驶室仪表盘上，当其压力低于警报压力0.55 MPa(厂定起步压力)时向驾驶员发出警报信息。

图1 应急解除系统原理图

系统工作原理图如图1所示，正常行车过程中，高压气体依次由空压机6、干燥器7、驻车储气筒1、手制动阀2、差动继动阀3、双通单向阀8的进口1进入制动气室，从而解除驻车制动力，车辆行驶。突发故障时，如上述任一部件损坏，车辆将不受控自动驻车，此时驾驶员按下应急解除阀9，应急储气筒10内的高压气体将通过双通单向阀的进口2进入驻车制动气室，临时为驻车系统提供压缩气体，此时车辆可暂时移动，避免给车辆运转和维修带来不便。而起步时用手制动阀2无法正常解除驻车制动时，驾驶员也可按下应急解除阀9，为驻车制动气室临时提供压缩气体，将车驶向安全地点进行检修。另外，解除设计仅用于驻车异常制动时解除车轮抱死状况，如遇其他故障需要停车时，驾驶员仍需踩下制动踏板进行紧急制动，如果驾驶员误按下应急解除阀9，不管驻车气室腔是否有气，此时应急储气筒10会继续为气室12口充气直至充满，而与行车制动回路的气体进入气室11口产生制动力无任何干扰[4-7]。

2.2 应急解除储气筒容积计算

应急解除储气筒容积可依据理想气体定律方程[8]式PV/T=常数进行计算。

当驻车制动系统突然断气后轮抱死时，按下应急解除阀解除驻车制动，首先计算能使驻车制动解除的最小容积Vmin[9]。系统额定工作气压P=0.8 MPa， 20″制动气室(左右各一个)容积V20″=0.83 L，储能弹簧气室解除压力P0=0.55 MPa，压力损失综合取值10%。将上述方程变形为：

P×Vmin=P0×(Vmin+2×V20″×1.1)

将相关参数代入上式计算得Vmin=4 L,即应急储气筒容积为4 L时理论上刚好可解除驻车制动。为了保证安全，考虑到设计余量，参考国标GB 7258[4]中关于驻车制动系统至少能够进行3次“制动-解除制动”操作的要求，使应急储气筒容积V可满足解除制动3次后压力仍不低于储能弹簧气室解除压力P0，即：

将参数代入上式计算得V≥13 L。综合实车安装工艺性、经济性及储气筒通用性，将应急储气筒容积设计为15 L，经校核3次“制动-解除制动”后储能弹簧气室压力为0.57 MPa，满足不低于解除压力P0的设计要求。

2.3 应急解除系统整车台架测试

按照图1 应急解除系统原理图，在试验样车上加装相关阀件、解除制动储气筒及相关管路等，将样车放置在举升试验台架，举升机支撑各轮胎前后处边纵梁上，且不接触轮胎，前后分别用两套固定支架支撑在中间纵梁上。启动空压机为全部储气筒充气，待仪表盘显示气压达到额定气压后，样车熄火关闭空压机。放开手刹，用手转动前、后轮轮胎，车轮可自由转动，然后快速将行车、驻车储气筒压缩气体放出，即行车制动失效、驻车制动自动作用，用手转动后轮轮胎，车轮无法转动，此工况模拟行车过程中驻车回路各种因素下压力过低且无法充气的工况，此时按下应急解除阀，再次用手转动后轮轮胎，车轮可自由转动，此时可将车辆牵引至安全位置。依次按下、拉起3次应急解除阀，仪表盘显示解除制动储气筒压力为0.60 MPa>0.55 MPa，同时与设计计算值相比，计算误差(0.60-0.57)/0.57=5%，说明解除制动储气筒容积与设计计算值基本相符，并满足使用要求。

再次启动空压机将全部储气筒充到额定气压，熄火关闭空压机，放开手刹，车轮可自由转动，按下应急解除阀，车轮仍可自由转动，踩下脚制动阀，车轮制动，此时按下应急解除阀，车轮仍制动中，说明不管行车过程中还是制动过程中，误操作应急解除阀不会影响车辆状态[10]。

3 结束语

依据驻车制动原理及国标对驻车制动解除的要求，设计了适合于低地板城市客车的驻车制动应急解除控制系统，并对系统储气筒容积进行计算，可为同类气制动底盘的相关设计提供参考。