商用车用内呼吸气室驻车制动力衰减原因分析及解决方案

马生彪，刘 飞，唐仁鹏，李智超

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

前言

为适应国内商用车的运行环境，降低车辆制动系统故障率，商用车用制动气室逐步由外呼吸结构发展为内呼吸结构。内呼吸气室解决了气室驻车腔空气清洁度的问题，提升了整车制动系统的可靠性。随着ABS控制系统的广泛应用，内呼吸气室结构同时带来了驻车制动力衰减的问题。

针对内呼吸气室所带来的驻车制动力衰减问题，本文对驻车制动力衰减的原因进行了分析，最后提出了驻车制动力衰减的解决方案。

1 气室结构分析

制动气室分为膜片气室和膜片弹簧气室[1]。膜片气室只有一个行车腔，主要用在车辆前轴，见图 1。膜片弹簧制动气室行车腔与膜片气室相同，区别在于膜片弹簧气室增加了驻车腔，主要用于车辆驱动桥（部分车辆前轴也会采用膜片弹簧复合气室），驻车腔中包含驻车弹簧及推杆；车辆正常行驶时驻车腔经12口通入压缩空气，解除驻车制动；在驻车时驻车腔的压缩空气经12口进行释放，驻车弹簧弹力释放推动行车腔的推杆动作，带动制动器产生制动，该动作就是商用车制动系统中的弹簧储能断气制动，见图2。

图1 膜片制动气室示意图

膜片弹簧复合气室在驻车制动时，弹簧腔在弹簧作用下容积变大[2]，导致弹簧腔内产生负压，若驻车腔无呼吸装置，则弹簧腔负压会抵消一部分弹簧力，进而降低驻车制动力。为了解决驻车腔负压的问题，目前采用两种方案：外呼吸结构和内呼吸结构。

1.1 外呼吸气室

外呼吸气室是将驻车腔与行车腔（复位弹簧侧）用气管进行连接，由于行车腔（复位弹簧侧）与大气相通，因此外呼吸气室可以保证驻车制动时驻车腔弹簧侧腔体与大气相通，可以有效避免驻车时由于驻车腔有负压而产生的驻车制动力衰减[3]，见图3所示。

图3 膜片弹簧复合制动气室结构简图

1.2 内呼吸气室

为了取消呼吸气管，提升制动气室的可靠性，内呼吸气室开始广泛应用。内呼吸气室的原理是在驻车腔推杆内部增加呼吸阀，在驻车腔执行驻车操作时，驻车腔从行车腔 11口吸气，避免驻车腔由于膜片推出而产生背压。

1.3 内外呼吸气室优劣势分析

外呼吸气室的呼吸管直接将驻车腔和大气相连，因此其优势在于驻车腔压力始终为 0，驻车腔无背压产生，无驻车制动力衰减的问题，其劣势是气室驻车功能失效率增加；内呼吸气室的驻车腔需要从行车腔吸气，由于驻车腔不与大气直接相通，其优势在于外界的杂物无法进入驻车腔，气室可靠性提升[4]，劣势在于驻车腔是否有背压与11口连接的管路相关。

2 ABS电磁阀导致的背压分析

根据法规要求，目前的车辆均需要配置ABS系统，因此在制动回路中需要增加ABS电磁阀来实现制动力调节，原理见图4所示。

图4 ABS电磁阀连接管路图

当制动气室11口与继动阀2口之间无ABS电磁阀时，驻车腔可以通过气室11口从行车继动阀3口吸气，气室驻车腔无背压；而当回路中增加ABS电磁阀时，电磁阀本身的特性使得驻车腔无法通过ABS电磁阀来进行呼吸，导致驻车腔产生背压。

因此当制动系统配置ABS控制系统时，由于ABS电磁阀的特性，气室的内呼吸回路被隔断，导致驻车腔产生背压，影响整车的驻车制动性能。

3 内呼吸气室制动力衰减试验

为了验证在行车回路中增加 ABS电磁阀后制动力衰减程度，需要搭载试验台架进行试验。

3.1 试验台架原理

模拟整车管路连接原理，设计台架原理，将气室11口增加ABS电磁阀，在12口接入驻车曲线测试气源，在气室推杆上连接推杆里测试装置，对气室推力进行测量。

试验过程：试验过程按照气室驻车制动力特性曲线测量方法进行，试验过程ABS进气口与大气相通。

3.2 试验对比分析

经过对比试验可知，在增加ABS后，推杆行程在45 mm时驻车制动力衰减超过 10%。由此可知，增加 ABS后整车的驻车制动性能降低幅度较大。

4 解决方案

针对配置ABS且采用内呼吸气室的车辆，降低驻车腔背压，对提升驻车制动力效果明显，可通过以下措施消除或降低驻车腔的背压。

4.1 驻车回路取消差动功能

当主车回路中采用非差动功能的继动阀时，在松脚刹时驻车腔推杆已推出，当行车制动气压降低到呼吸阀打开时，驻车腔可以通过行车腔吸入足够的空气来消除驻车腔背压；采用非差动式继动阀可有效缓解复合气室的驻车腔背压问题。

4.2 驻车回路增加单向阀

在驻车继动阀3口和气室行车腔之间增加一条回路，同时在该回路中同时增加单向阀，保证气流只能从驻车继动阀3口流向气室11口，而在行车制动时，由于单向阀的作用，压缩空气只能进入气室行车腔，无法从驻车继动阀 3口排气。

在行车制动时由于单向阀的作用，在行车制动过程中无影响；当执行驻车制动时，驻车腔可以通过气室11口、单向阀，从驻车继动阀3口进行呼吸，确保驻车腔中无背压。

经试验，更改前驻车腔回路的压力为－50 kPa，而在驻车回路增加单向阀至驻车继动阀3口的管路后，驻车腔压力为+8 kPa，驻车力衰减问题得到有效降低。

5 结论

（1）对内呼吸结构气室及ABS电磁阀特性分析，得出驻车制动力衰减的原因，为解决内呼吸气室的制动力衰减提供参考依据。

（2）提出两项改善措施，经验证改善效果明显，措施可行。