張吉康

（武漢科技大學(xué) 武漢，430081）

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車日漸成為現(xiàn)代生產(chǎn)勞動(dòng)和生活不可或缺的交通工具。汽車制動(dòng)性能直接關(guān)系到交通安全。在汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題就是如何確定汽車前后軸的制動(dòng)力分配。當(dāng)在前輪先抱死拖滑，后輪后抱死拖滑情況下制動(dòng)時(shí)，附著條件無(wú)法充分利用，易喪失轉(zhuǎn)向能力；當(dāng)在后輪先抱死拖滑，前輪后抱死拖滑的情況下制動(dòng)時(shí)，附著率低，工況不穩(wěn)定，易出現(xiàn)側(cè)滑?？梢?jiàn)，汽車前后軸的制動(dòng)力分配比例直接影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度。

正因?yàn)槠嚽昂筝S制動(dòng)力分配情況對(duì)汽車制動(dòng)時(shí)的工況影響很大，故研究與分析汽車前后軸的制動(dòng)力分配，并針對(duì)汽車運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題研制出相應(yīng)的對(duì)策，從而對(duì)制動(dòng)力分配加以改善，是具有實(shí)際意義的，也是非常有必要的。

1 前后軸制動(dòng)力分配方式的特點(diǎn)分析

1.1 現(xiàn)有制動(dòng)力分配方式的不足

1.1.1 固定制動(dòng)力分配比的分配方式

汽車的前后軸制動(dòng)器制動(dòng)力之比為一固定值。

該種制動(dòng)力分配方法控制的汽車，只有在一種附著系數(shù)，即同步附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)才能使前后車輪同時(shí)抱死，得到最佳的制動(dòng)力分配比。這種方式不僅沒(méi)有考慮到汽車運(yùn)行過(guò)程中裝載質(zhì)量的變化，也沒(méi)有考慮汽車運(yùn)行過(guò)程中道路附著條件的多變性，因此很難滿足制動(dòng)力分配比的要求。

1.1.2 電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD）

EBD使用特殊的ECU功能來(lái)分配前軸和后軸之間的制動(dòng)力。當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，中央處理器根據(jù)接收到的輪速信號(hào)、載荷信號(hào)、踏板行程信號(hào)以及發(fā)動(dòng)機(jī)等有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后向電磁閥和軸荷調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令，使各軸的制動(dòng)力得到合理分配。

EBD的主要缺點(diǎn)在于其造價(jià)昂貴，在國(guó)外也只配備在較高檔的新款汽車中，難以推廣和普及，難以投入實(shí)際應(yīng)用。

1.2 基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配方式特點(diǎn)

目前在對(duì)制動(dòng)力分配比的研究中，很少有考慮到汽車實(shí)際使用過(guò)程中裝載質(zhì)量的變化對(duì)制動(dòng)力分配的影響。而對(duì)于同一汽車在同意附著條件下，其裝載質(zhì)量對(duì)制動(dòng)力分配的影響是不容忽視的。

基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配方式在目前的制動(dòng)力分配方式的基礎(chǔ)上將汽車的實(shí)際裝載質(zhì)量考慮進(jìn)去，從而設(shè)計(jì)出一種使汽車具有更加良好的制動(dòng)穩(wěn)定性和制動(dòng)效能的制動(dòng)力分配方式。

2 基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配方式原理

2.1 制動(dòng)力分配系統(tǒng)的主要構(gòu)成

如圖1所示，基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配系統(tǒng)主要由車速傳感器、載荷傳感器等相關(guān)的傳感器，電子控制單元（ECU），以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)即電磁閥和軸荷調(diào)節(jié)器等組成。

2.2 制動(dòng)力分配系統(tǒng)的工作原理

2.2.1 制動(dòng)力分配系統(tǒng)的工作流程

如圖2所示，為基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配系統(tǒng)的工作流程圖。制動(dòng)力分配系統(tǒng)對(duì)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪速度、載重情況等運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并由ECU根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況計(jì)算出最佳的制動(dòng)力分配比β，并檢測(cè)出實(shí)際的制動(dòng)力分配比β1，電子控制單元將β與β1進(jìn)行比較，若β=β1則說(shuō)明制動(dòng)力分配比正處于最佳值，無(wú)需調(diào)整；若β≠β1，則說(shuō)明制動(dòng)力分配比需要調(diào)整。

2.3 制動(dòng)力分配系統(tǒng)計(jì)算模型

2.3.1 制動(dòng)力分配比的確定

汽車前后軸制動(dòng)力分配比可用以下公式確定：

其中 Fμ1、Fμ2分別表示前、 后制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)μ表示汽車總制動(dòng)力。

2.3.2 載重系數(shù)的定義

為了敘述方便，在此引進(jìn)汽車載重系數(shù)，用k表示。其值可用以下公式確定：

其中，m為實(shí)際載物質(zhì)量，M為額定載物質(zhì)量。前后輪同時(shí)剛要抱死的情況可以獲得最佳制動(dòng)力分配比，設(shè)此時(shí)減速度為=zg，則：

其中，F(xiàn)Xb1、FXb2分別為前后輪地面制動(dòng)力，z為制動(dòng)強(qiáng)度。

當(dāng)考慮到汽車的實(shí)際載重時(shí)，車重G就與載重系數(shù)存在函數(shù)關(guān)系：

由（3）、（4）兩式可得：

取z、k為自變量，β為變量，可建立函數(shù)：

其中，φf(shuō)m、φf(shuō)k分別為前輪在滿載和空載時(shí)的附著系數(shù)，φrm、φrk分別為后輪在滿載和空載時(shí)的附著系數(shù)。

大量研究表明，附著系數(shù)φ在0.15≤z≤0.8范圍內(nèi)，盡可能接近防止車輪抱死所需要的附著系數(shù)，亦即φ=z時(shí)，地面的附著條件發(fā)揮得越充分，汽車前后軸制動(dòng)力分配比為最佳。

故可取 φmax=0.8，φmin=0.15。因此，（6）式可寫為：

2.3.3 約束條件

根據(jù)ECE法規(guī)對(duì)汽車制動(dòng)力分配的要求可得如下幾個(gè)約束條件：

1）當(dāng) 0.15≤z≤0.3，應(yīng)滿足 z-0.08≤φr≤z+0.08；

2）當(dāng) z≥0.3 時(shí)，應(yīng)滿足 φr≤；

3）0≤k≤1；

4）附著系數(shù)利用率 ε＞0.7。

3 實(shí)例分析與驗(yàn)證

為檢驗(yàn)基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配方式的正確性及實(shí)用性，特別引用實(shí)例加以分析和驗(yàn)證。

下面以某雙軸貨車為例，其原始設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 某雙軸貨車原始設(shè)計(jì)參數(shù)

由實(shí)例可知，在調(diào)整之前，即當(dāng)β=0.39時(shí)，汽車前后軸在某載重情況下利用附著系數(shù)φ與制動(dòng)強(qiáng)度z的關(guān)系如圖3所示。其中，φr和φf(shuō)分別表示汽車的前、后軸相應(yīng)的曲線。

在其他條件均不變的情況下，按照基于實(shí)際載重的制動(dòng)力分配方式調(diào)整制動(dòng)力分配比之后，利用附著系數(shù)φ與制動(dòng)強(qiáng)度z的關(guān)系如圖4所示。

由圖3和圖4對(duì)比，可見(jiàn)經(jīng)調(diào)整后，汽車前后輪在相同的制動(dòng)強(qiáng)度下可以獲得更高的利用附著系數(shù)，并且在較低的制動(dòng)強(qiáng)度下，前后車輪即可達(dá)到相同的利用附著系數(shù)，容易實(shí)現(xiàn)前后軸同時(shí)抱死，獲得前后軸最佳制動(dòng)力分配比。

另外，對(duì)該制動(dòng)力分配系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

由表2可見(jiàn)，隨著載重系數(shù)k的增大，最佳制動(dòng)力分配比減小，即后輪地面制動(dòng)力Fxb2比前輪地面制動(dòng)力Fxb1增長(zhǎng)速度快，可以保證汽車處于后輪先抱死或前后輪同時(shí)抱死的工作狀態(tài)。后輪先抱死雖然也存在一定的不足，但基本能夠滿足行駛安全性要求，前后輪同時(shí)抱死則是理想的制動(dòng)力分配狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車在生活及生產(chǎn)中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用決定了汽車的重要地位，汽車前后軸制動(dòng)力分配方式也因其對(duì)制動(dòng)安全性不可忽視的影響而受到廣受關(guān)注。汽車前后軸制動(dòng)力分配的方式有很多種，一些新興的控制手段也正在不斷地發(fā)展和完善之中。由于汽車在實(shí)際應(yīng)用中，其載重也是制動(dòng)力分配的影響因素之一，故在研究制動(dòng)力分配時(shí)將其考慮進(jìn)去是非常有必要的，對(duì)今后的研究也是有著深遠(yuǎn)意義的。

從上文的理論模型的建立到試驗(yàn)分析與驗(yàn)證可以看出，在制動(dòng)力分配的研究中，將汽車實(shí)際載重情況考慮進(jìn)去是可行的，具有實(shí)際意義，可使得前后軸制動(dòng)力分配更加切合實(shí)際使用情況，可提高制動(dòng)力分配控制的準(zhǔn)確性。

［1］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］吳光強(qiáng).汽車?yán)碚摚跰］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］許洪國(guó).汽車運(yùn)用工程基礎(chǔ) ［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［4］許洪國(guó).汽車運(yùn)用工程［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［5］蔣勵(lì).基于理想制動(dòng)力分配曲線的復(fù)合制動(dòng)設(shè)計(jì)［J］.汽車科技，2006（04）：19-22.

［6］張耀舉，龔紅，范鵬.制動(dòng)力分配優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.汽車科技，2010（06）：33-37.