低踏板力刹车阀的开发与应用

邓菲

摘  要：本文主要对我公司生产的刹车阀进行产品改善设计，优化总成结构，通过与国外类似结构对比，创新开发出结构简单、性能可靠、降低刹车阀操纵力的结构，并通过性能特性试验、密封性试验等各项模拟整车使用环境的试验，试验结果完全符合要求，未出现漏气，各运动件未发生阻滞或卡死现象。

关键词：低踏板力;双金属弹簧;活塞面积差

中图分类号：U463.53+       文献标识码：A   文章编号：1005-2550（2021）04-0058-05

Development and Application Of Low Pedal Force Brake Valve

DENG Fei

（Knorr-Bremse DETC Commercial Vehicle Braking Technology Co.， Ltd.R&D Center

Shiyan 442062， China ）

Abstract： This paper mainly to my company's production of brake valve product improvement design optimized assembly structure By comparing with similar structures abroad， the structure with simple structure， reliable performance and lower operating force of brake valve is innovatively developed. And through the performance characteristics test， sealing test and other simulation vehicle using environment test， the test results meet the requirements completely， there is no air leakage， the moving parts did not block or stuck phenomenon.

从汽车诞生之日起，制动系统在车辆安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步、汽车行驶速度的提高以及中国经济的高速增长，众多国外具有先进技术的企业竞相进驻中国，来自发达国家的大量先进技术正在逐步应用到提高商用车制动性能方面，除了高端的电子制动系统外，传统的常规气制动系统技术领域也得到了迅猛地发展，制动系统的操控舒适性、制动安全性和匹配经济性等越来越被人们所关注，国内商用车制动系统配置发生着日新月异的变化，并逐渐向高集成、高效能和高可靠性延伸。其中脚制动阀对整车制动系统匹配变化起决定性作用，在现有的国内市场上，虽然脚制动阀种类繁多，制动特性曲线类型在国外技术的影响下日趋完善，但产品的性能特点大多停留在传统刹车阀的单一功能上，多功能集成、高可靠性与国外技术相比依然差距明显，与之相呼应的制动系统配置也停留在传统布置模式上。传统的刹车阀在汽车行驶过程中需要人用大力踩踏，时间长了脚容易过累疲劳，存在安全隐患。

1    低踏板力剎车阀工作原理简介

制动时，脚踏板施加力，经机构传动作用在挺杆座a上，再经弹簧b推动，活塞c下行，关闭排气门d，打开进气门j，从后桥储气筒来的压缩空气经11口到达A腔，从21口输出，至后桥继动阀或感载阀4口控制后桥的制动，至挂车控制阀41口控制挂车的制动。同时气流经孔D到达B腔，作用在活塞f上，使活塞f下行，关闭排气门h，打开进气门g，由前桥储气筒来的压缩空气经12口到C腔，从22口输出，至前桥快放阀1口或继动阀4口，控制前桥的制动，至挂车制动控制阀42口，控制挂车的制动。

A腔和C腔有气压后，分别反作用在活塞c和活塞f的下方，克服踏板力上行，进气门j和g趋于关闭，减缓21、22口输出气压的增大。

部分制动时，上、下腔的进、排气门都同时关闭，制动达到平衡状态。21、22口的输气压是与踏板力平衡的结果，踏板力越大，21、22口的输气压越大。

全制动时，A腔和C腔的气压力不足以克服踏板力，因此进气门j和g处于全开状态，21、22口输出气压为最大值。

解除制动时，活塞c在回位弹簧作用下上行，排气门d打开，21口的气压经排气门d从排气口3排向大气;活塞f在上下气压差的作用下上行，排气门h打开，22口的气压经排气门h从排气口3排向大气。

当第一回路（上腔）失效时，活塞c经阀门总成e推动活塞f下行，关闭排气门h，打开进气门g，使第二回路（下腔）正常工作。这时后桥不能正常制动，前桥和挂车可正常制动。

当第二回路（下腔）失效时，不影响第一回路（上腔）正常工作。这时前桥不能正常制动，后桥和挂车可正常制动。

2   刹车阀结构性能对比分析

假设在气压6000Pa的状态下：

传统刹车阀的输入力为：F1=S1×P=6000 Pa×2550.5 mm2/10000=1530 N                  （图2）

低踏板力刹车阀输入力为：F2=S2×P=6000 Pa×1734.1mm2/10000=1040 N                   （图3）

对比发现在气压相同的情况下低踏板力的刹车阀，操纵力比传统刹车阀低的多。

传统刹车阀采用的橡胶弹簧的设计，这个弹簧响应时间慢，耐久性差，在10kPa气压下输入压力为1920N，输入压力较大，长时间使用造成脚部疲劳，不利于安全驾驶。

低踏板力刹车阀更改了活塞部分的设计把橡胶弹簧换成了金属弹簧，大大增加了弹簧的使用寿命，另外多增加了一个金属弹簧，输出性能更加贴合整车减速和刹车实际需要，系统气压为1000+50kPa 达到全输出状态时的输入力为1150N左右，踏板操作轻灵，若系统压力高于1000kPa，此阀输出可按设计要求保持1000kPa。当然，若输出设计需求是800kPa，那此阀输出亦可保持800kPa不变。

从测试曲线可以看出当气压在6kPa的时候传统刹车阀的输出在1500N左右，抵踏板力的刹车阀输出在1000N左右。

低操纵力：目前国内各大主机厂采用的刹车阀在800kPa的输入气压下，达到全输出时的输入力大部分为1900N左右，制动踏板操纵沉重，采用小缸径活塞设计，同等条件下的操控力为1150N左右，将会大大降低踏板力，改善整车驾驶强度。

金属性能弹簧：从汽车制动操纵需灵敏易控、轻松自如的设计角度出发，采用双金属簧代替原来的橡胶弹簧，保证整车制动更加稳定、可靠。

双级性能曲线：采用双折线特性代替传统的曲线类型，双折线输出特性在产品结构中易于调整，可根据各主机厂对整车制动的不同要求进行结构调整，方便的为不同类型的整车进行实时制动匹配，并通过活塞限位的结构形式保证总成输出稳定。

3    低踏板力刹车阀技术创新点

1）创新设计性能曲线。打破国内传统的曲线型刹车阀静特性设计，采用双折线特性输出并限定顶杆操纵行程，在刹车阀多种多样的静特性大家族中增加新成员，对商用汽车制动系统的性能完善起着重要的作用。

2）实现产品性能快速调整。针对不同客户对产品性能输出的不同要求，在总成性能弹簧空间设计中通过增减垫片高度的形式，需对总成的输出性能可进行微量的调整，以快速满足客户对产品性能的特殊要求。

3）优化整车制动系统布置。整车行车制动系统中需通过采用低踏板力刹车阀总成实现高压向低压的转换同时降低踏板操纵力，并保证行车制动系统压力稳定输出、简化管路布置，降低整车设计成本。

4）考虑整车匹配灵活性。此阀总成在设计中需考虑从外部联接到内部结构的通用性和整车安装、毛坯换型、零件加工和装配等各环节的互换性，为后续产品变型和整车配装创造条件。

4    试验验证

为进一步了解产品性能，顺应国内市场的不同需要，我司积极对低踏板力刹车阀结构进行了研究，在原有基础上进行了制动性能和功能集成拓展，不仅可通过调整弹簧参数和行程限位等满足客户性能输出要求，并且对微动开关、接口型式、联接方式等国内主机厂关注度较高的环节进行了最大限度的集成选装预留，为后续不同市场不同整车制动系统的匹配做好了充分的技术储备。

为保证产品性能的可靠性，启动了多轮总成性能台架试验，并将试验结果及时与客户进行分享，同步协助中心完成了各自的系统仿真台架试验。从试验结果来看，在1300kPa系统压力下，低踏板力式刹车阀的输出气压可根据要求保持在设计所需范围内，其密封性、可靠性、耐久性等各项性能指标均可達到汽车行业标准的要求，并且总成制动操纵力轻灵，可有效降低整车制动踏板力，产品性能达到了客户的预期要求。

5    取得效果

由东科克诺尔与东风商用车、东风柳汽等主机厂合作进行的低踏板力刹车阀制动系统匹配的运用开发，不仅创新了整车制动系统布置，提供了简化整车制动系统管路布置的新方法，为主机厂快速满足法律法规气压提升的整车要求降低了成本，并且通过项目合作，尽快从欧洲引入了低踏板力刹车阀技术，为国内刹车阀市场增添新性能新产品把握了机会。

此低踏板力刹车阀可根据匹配车型的不同从结构上方便的进行参数调整，为整车制动系统匹配研究积累了经验、拓宽了思路，对目前常规制动系统改善提供了性价比更高的方案，直接带动了整车制动系统和刹车阀市场的升级和拓展，对国内商用车制动系统行业技术水平快速提升起到了积极推动作用。

6    结论

通过对同类产品的比较分析，同等整车环境下，传统刹车阀和低踏板力刹车阀在整车制动性能对比试验中显示：低踏板力型刹车阀制动系统无论是从制动气压上升速度还是前后桥制动响应时间均比普通型制动系统要快，顺应了目前商用汽车制动效能提升的迫切要求。2019年订单7万多，创造了1000多万的产值。

由东科克诺尔与东风商用车、东风柳汽等主机厂合作进行的低踏板力型刹车阀系统匹配的运用开发，不仅可创新整车制动系统布置，提供简化整车制动系统管路布置的新方法，为主机厂快速满足法律法规气压提升的整车要求降低成本，并且可尽快从欧洲引入了低踏板力刹车阀技术，为国内刹车阀市场增添新性能新产品把握机会，对制动系统改善提供性价比更高的方案，预计可直接带动整车制动系统和刹车阀市场的升级和拓展。

参考文献：

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