改善汽车列车制动稳定性的方法研究

代新鹏，赵浩浩，贺小波

改善汽车列车制动稳定性的方法研究

代新鹏，赵浩浩，贺小波

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

设计列车制动稳定性（牵引车与挂车之间的制动协调性）是列车设计时必须要考虑的重要问题。制动稳定性差的汽车易出现交通事故，从而对人们的生命财产安全造成威胁。汽车列车制动稳定性与各轴制动响应顺序及各轴间制动力分配的合理性密切相关，文章探讨了两种机械气压调整装置在改善汽车列车制动稳定性方面的作用，通过实例验证了该方案的有效性及可行性。

汽车列车制动稳定性；气压独立调整；制动响应时间

引言

从近年发生的多起交通事故来看，汽车列车的大部分事故（整个列车出现折叠、挂车横向摆动或侧翻）均与其紧急制动时的稳定性有关。而影响列车制动稳定性的因素很多，最主要的因素有列车轴间制动力的分配是否合理及制动响应是否协调。近年来发展起来的ABS（刹车防抱死系统）及EBD（电子制动力分配装置）能有效改善汽车列车的制动稳定性，但同时也存在一些缺陷，如在车辆空载或低速行驶时控制效果不佳、可靠性不高，为解决此问题，本文引入两种机械气压调整装置来改善汽车列车的制动稳定性，并通过某牵引杆式挂车列车验证了此种控制方案的有效性及可行性。

1 气压调整装置的介绍

由汽车列车制动稳定性的理论可知，采用气压制动的牵引杆式挂车列车在制动稳定性和协调性不仅和各轴的制动强度（制动气压）有关，还与各轴的制动响应顺序以及牵引车与挂车的载荷分布有着密切的关系，传统的气压制动管路并没有将汽车各轴的制动气压分别调整，造成在某些路况及车速下汽车制动出现各种不稳定现象如侧偏、甩尾等[1]，甚至某些汽车列车在制动时出现折叠、跳起等危险工况，所以有时需单独调整某轴的制动强度（制动气压）及制动响应时刻，以使列车达到最优的车轮抱死顺序，获得良好的制动稳定性。

本文提供的气压调整装置是将两种简单的调整装置组合使用，以解决汽车制动时出现的一些不稳定现象，其中装置一能单独调整各轴的制动强度（制动气压），装置二能调整各轴的制动响应时刻，在不同车辆参数和不同路况的汽车列车制动中可根据实际情况作相应的调整，以下章节将分别介绍这种机械调整装置的功能及操作方法。

1.1 装置一

本装置由Z型支架1、气压调整阀2、六角锁紧螺母3、六角法兰面螺母4、调整螺杆5、板6所组成。其中Z型支架1可安装在需调整气压的某车轴附近车架横梁或纵梁上，气压调整阀2安装在U型支架1上，其自带摆杆穿入板6孔内，板6焊接于调整螺杆5上，如图1所示。

1-Z型支架；2-气压调整阀；3-六角锁紧螺母；4-六角法兰面螺母；5-调整螺杆；6-板。

在本装置中，顺时针旋转六角法兰面螺母4，调整螺杆5向上移动，气压调整阀2摆杆向上摆动，其输出气压随之提高。反之，逆时针旋转六角法兰面螺母4，调整螺杆5向下移动，制动气压降低。当调整输出气压到合适大小后，用六角锁紧螺母3锁紧调整螺杆5位置以固化输出的制动气压数值。

在调整输出制动气压时，还需在对应车轮制动气室上接上气压表，然后按图5操作方法旋转六角法兰面螺母4，直至输出气压满足设计需求为止。

1.2 装置二

本装置是为缩短制动反应时间而开发的一种超前继动阀，和普通继动阀相比，其输出气压（2口气压）和控制气压（4口气压）的比例关系可根据设计需求由厂家开发。普通继动阀输出气压和控制气压的比例一般为1:1（输出曲线斜率为45°），而本装置的输出气压和控制气压比例为1:1.5（输出曲线斜率为60°）。

由于在相同时间内输出气压比控制气压升高的快，所以在制动过程中，越前继动阀的输出气压比普通继动阀的要快，即此装置的制动响应更敏捷迅速。假设制动气压从零升高到最大所需时间约为0.7 s，安装此装置后制动力增长时间可缩短至0.5 s。

加装本装置的汽车列车在制动时能达到制动反应迅速的效果，解除制动时，又能起到快放阀的作用，制动气室的压缩空气能从此阀排出到大气层中，其内部结构如图2。

图2 装置二结构原理图

2 气压调整装置组合应用的实例

2.1 故障现象

本试验样车由满载四轴牵引车和空载三轴挂车组成，牵引车上安装有挂车控制阀，挂车上安装有挂车紧急继动阀，牵引车和挂车分别配备8S/8M ABS系统和6S/6M系统。样车在平坦、干燥的沥青路面上行驶，当速度为40～50 km/h时紧急踩下制动踏板后，ABS基本会起作用，制动侧向及纵向稳定性都较好，但偶尔也出现失效情况，此时挂车出现后轴跳起离地现象，跳离高度20～30 cm（纵向稳定性很差）以及轻微横向摆动现象，但在列车刚起步时（时速5～10 km/h）时，ABS则完全不起作用，此时列车纵向稳定性很差，基本都会出现后轴跳离地面现象，跳离高度最大时可达40 cm左右。

2.2 原因分析

2.2.1各车轴抱死顺序对制动稳定性的影响

全挂列车制动力建立的时间顺序对全挂列车的制动稳定性会产生一定的影响，其原理如下[2]：

全挂列车，若牵引架（杆）在制动时受拉力，则可使制动协调性及稳定性得以提高。牵引杆挂车列车直线制动时的方向稳定性，总是与轴的抱死顺序有关。如果牵引车的前轴首先制动抱死，如图3(a)，只要驾驶员正确地操纵车辆，则列车基本上是稳定的；如果牵引车后轴先制动抱死，如图3(b)，则产生折叠现象，出现严重的不稳定，此时牵引车绕转向架主销转动，而挂车则转过一个较小的角度；挂车前轴首先制动抱死时，见图3(c)，牵引架横向摆动，是一种不稳定的状态；若挂车后轴首先制动抱死时，见图3(d)，挂车出现甩尾，但列车仍处于“拉直”状态，在挂车甩尾不大时，放松制动，还可能恢复稳定。

图中涂黑车轴为首先抱死车轴，其他状态的稳定性见图3及说明。

由以上分析可知，制动力出现或“建立”的时间顺序最好是：挂车前轴—挂车后轴—牵引车前轴—牵引车后轴。

通常使用挂车制动作用时间“提前”，制动解除“滞后”，在整个制动过程中使牵引杆一直处于受拉状态，以此来保持列车的制动稳定性。

2.2.2牵引车与挂车制动强度对制动稳定性的影响

牵引杆挂车列车车轴的制动抱死顺序主要取决于各车轴的制动力分配，也与牵引车与挂车的制动强度有关。若1与2分别代表牵引车与挂车的制动强度，则：

2=1−F/ (2) （1）

由式（4）可知，若1>2，则F>0，牵引车受到压力，列车会发生折叠现象。若1<2，则F<0，牵引车受到拉力，列车稳定情况较好。因此在牵引杆式列车设计时，最好使挂车的制动强度大于牵引车的制动强度。

以上理论分析表明，改善全挂列车制动稳定性方面主要途径是列车设计时，应使牵引车和挂车各车轴间具有合理的抱死顺序，通常使用挂车制动作用时间“提前”，制动解除“滞后”，在整个制动过程中使牵引杆一直处于受拉状态，以此来保持列车的制动稳定性；在载荷分配时，尽量满足理想的载荷分配公式和选择合适的制动力分配系数，最好使挂车的制动强度大于牵引车的制动强度。

2.3 解决方案

图4 组合制动调整装置气路改装示意图

注：实线部分表示新增加的阀类及管路，双点划线部分表示原车现有管路。

由以上理论可知，调小挂车的制动气压以及使挂车制动早于牵引车制动可改善样车的制动稳定性，因此我们在样车挂车上同时加装了两种机械气压调整装置，装置一主要功能是调小挂车的制动气压和制动力，装置二主要功能是调整挂车的制动反应时间，使挂车早于牵引车制动。然后按照装置一的调整方法调整了挂车各轴的制动气压（制动强度）。调整装置二中的弹簧刚度调整挂车各轴的制动反应时间。

以挂车气路原理图为例，介绍在挂车上加装此调整装置的气路改装方法如图4所示。

2.4 效果对比

加装制动调整装置前后制动强度及制动反应时间见表1。

表1 制动强度及响应时间对比表

各轴制动强度 调整前状态调整后状态 挂车一轴0.7g0.4g 挂车二轴0.7g0.3g 挂车三轴0.7g0.3g 各轴制动响应时间/s 挂车一轴0.700.50 挂车二轴0.740.54 挂车三轴0.740.51

本样车在加装调整装置前，因为挂车制动慢于牵引车制动，牵引架所受到压力极大，表现为挂车顶撞牵引车，严重时挂车出现后轴跳起离地，制动协调性很差。在安装本组合调整装置后，挂车各轴的制动强度和制动反应时间可根据需求手动调整，调整后的列车制动协调性得到极大改善，挂车和牵引车基本同步制动，各轴制动强度分配合理，制动平稳，未出现过挂车跳离地面的现象。

3 结论

安装纯机械调整装置能有效改善列车制动协调性及稳定性，对比ABS、EBS[3]等电子控制气操纵装置，此调整装置能有效弥补电子控制装置的不足，使车辆不论在高速行驶或低速行驶时都能发挥出最佳的制动性能，且具有可靠性高、操作简单、环境适应性好、造价低、易于推广等优点，所以可将这种机械控制技术作为目前主流电子控制技术的一种补充及完善，其缺点及不足是控制精度不如电子控制装置，但因其造价低和高可靠性，所以可以在普通的重型挂车列车上应用。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 郭正康.现代汽车列车设计与使用[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

[3] 黄锐,王森,乔华,等.浅析汽车制动防抱死系统(ABS)[J].时代汽车,2018(07):133-134.

Mechanical Adjustment Applied to Truck Combination Stability

DAI Xinpeng, ZHAO Haohao, HE Xiaobo

( Shaanxi Heavy Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

Brake stability is very important in truck combination design. A bad brake stability can lead to serious accident threatening the safety of driver and causes economic losses. There are many factors that can cause bad brake stability such as brake force distribution and build-up time of braking force. This article first introduces the general working principle of the braking system, secondly introduces the principle of the ABS system and the EBD system, then introduces two mechanical adjustment on truck combination brake stability. Then validated the feasibility and effectiveness of the scheme by instance.

Truck combination brake stability; Pressure regulate; Build-up time of braking force

U462

A

1671-7988(2021)24-105-04

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1671-7988(2021)24-105-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.024

代新鹏，男，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，研究领域为汽车底盘设计。