秦興順

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

1 引 言

我國(guó)西南地區(qū)高速公路受自然條件限制，存在山高路險(xiǎn)，坡陡彎急，自然災(zāi)害不斷等特點(diǎn)，致使其重大交通事故多發(fā)。地處京昆高速(G5)四川段的雅西高速公路是典型的山區(qū)高速公路，該路段沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜，全程共形成3處超長(zhǎng)連續(xù)縱坡，縱坡長(zhǎng)度均在25 km 以上，且部分路段還受冰、雪、雨、霧等惡劣氣候條件影響，運(yùn)營(yíng)安全形勢(shì)嚴(yán)峻。通常情況下，滿載貨車要以理想的速度一次安全通過(guò)該長(zhǎng)下坡路段，行駛過(guò)程中都要通過(guò)給制動(dòng)鼓不斷淋水降溫以阻止制動(dòng)鼓制動(dòng)效能熱衰退，保持其制動(dòng)效能的有效性。但是，在冬季路面溫度低至零度以下時(shí)，不斷淋水會(huì)使路面結(jié)冰，給過(guò)往車輛帶來(lái)更大的危險(xiǎn)性。

2 試驗(yàn)車型選擇與方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)車型選擇

2011年對(duì)四川省高速公路網(wǎng)內(nèi)貨車構(gòu)成的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:2 軸貨車單車比重為67.68%，3、4 軸貨車單車比重為24.08%，半掛列車比重為8.24%，這一車型結(jié)構(gòu)反映了西南山區(qū)高速公路貨車結(jié)構(gòu)的差異性，即:由于山區(qū)高速公路坡陡彎急、氣候多變等交通環(huán)境的限值，2、3、4 軸貨車單車的比重遠(yuǎn)高于平原地區(qū)。同時(shí)，對(duì)西南某山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段的事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，2 軸、3 軸、4 軸貨車單車事交通事故率占總數(shù)的54.4%。

另一方面，考慮到3 軸、4 軸貨車在同樣比功率條件下，3 軸貨車的發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器功率偏低。因此，為保證滿足各類貨車單車配備發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器后輔助制動(dòng)效果的需求，選擇3軸貨車單車作為試驗(yàn)對(duì)象是十分必要的。選用的3 軸貨車主要性能參數(shù)如表1 所示。

表1 3 軸試驗(yàn)貨車主要性能參數(shù)一覽表

2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

由于在26 km 長(zhǎng)下坡路段開展?jié)M載貨車試驗(yàn)具有較大危險(xiǎn)性，且成本較高，為保證用最少的試驗(yàn)次數(shù)獲得最佳的試驗(yàn)效果，本次試驗(yàn)過(guò)程采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是汽車試驗(yàn)時(shí)常用的一種最優(yōu)化試驗(yàn)方法，該方法具有試驗(yàn)次數(shù)最少、結(jié)論最完整的優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)原理如圖1 所示。

圖1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程

表2 3 軸貨車單車正交試驗(yàn)表頭設(shè)計(jì)

根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法原理，試驗(yàn)正交表選擇為L(zhǎng)4(23)合并相關(guān)影響因素后的測(cè)試方案，計(jì)算后共形成4 個(gè)組次，如表3 所示。

表3 3 軸貨車正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.3 測(cè)試儀器

試驗(yàn)過(guò)程中為掌握貨車制動(dòng)器制動(dòng)效能的保持情況，需對(duì)制動(dòng)鼓溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，為此專門開發(fā)了在線式制動(dòng)鼓溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)，為監(jiān)測(cè)車輛的速度、縱坡度、貨車制動(dòng)器使用頻率等參數(shù)，試驗(yàn)過(guò)程中使用高精度行車記錄儀(VboxⅢ)對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(jacobs)制動(dòng)特性測(cè)試

3.1 測(cè)試方法

(1)變速器空擋滑行試驗(yàn)

將試驗(yàn)貨車加速到80 km/h，然后將變速器掛入空擋，汽車自由滑行，用測(cè)試設(shè)備記錄車速隨時(shí)間變化關(guān)系數(shù)據(jù)，試驗(yàn)正反方向各進(jìn)行一次。

(2)變速器掛檔滑行試驗(yàn)

他說(shuō)第一次見她時(shí)覺得她太正經(jīng)，又太純真，所以不想動(dòng)她的，可是時(shí)間一長(zhǎng)，便有些把持不住。你笑起來(lái)特別動(dòng)人。

將車輛加速到5 檔最高車速，打開發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(Jacobs)開關(guān)，汽車自由滑行，用測(cè)試設(shè)備記錄車速隨時(shí)間變化關(guān)系數(shù)據(jù)，試驗(yàn)正反方向各進(jìn)行一次。接著依次進(jìn)行6、7、8檔的掛檔滑行試驗(yàn)，試驗(yàn)方法與5 檔滑行試驗(yàn)相同。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器( Jacobs) 制動(dòng)力測(cè)試及計(jì)算

根據(jù)上述試驗(yàn)方法，可精確檢測(cè)出車輛運(yùn)行過(guò)程中的起點(diǎn)速度(V0)、終點(diǎn)速度(Vt)、運(yùn)行時(shí)間(t)、運(yùn)行距離(s)、風(fēng)速(Vw)等參數(shù)。根據(jù)汽車行駛方程式可知

汽車總行駛阻力∑F

其中，F(xiàn)Jac為Jacobs 制動(dòng)力;Ff為車輪滾動(dòng)阻力;Fw為空氣阻力;δi為相應(yīng)檔位的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);m 為車輛總質(zhì)量;為車輛減速度;Fi為坡度阻力。

由于試驗(yàn)路段無(wú)坡度，故坡度阻力Fi為0。所以

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，整理數(shù)據(jù)計(jì)算可得到采用發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器裝置制動(dòng)時(shí)，各擋的總制動(dòng)力隨車速的關(guān)系曲線，見圖2。

圖2 Jacobs 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器各擋總制動(dòng)力隨車速變化關(guān)系曲線

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器( Jacobs) 制動(dòng)功率測(cè)試及計(jì)算

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式

可計(jì)算得到該車的發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(Jacobs)的制動(dòng)功率，如表4 示。

表4 ISM345 30 型發(fā)動(dòng)機(jī)Jacobs 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器功率與驅(qū)動(dòng)功率表

3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器( Jacobs) 制動(dòng)對(duì)坡度的適應(yīng)性分析

按照3 軸貨車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其滿載時(shí)車貨總重為25 t，在長(zhǎng)下坡使用Jacobs 緩速器制動(dòng)時(shí)，汽車穩(wěn)定車速與下坡坡度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3 所示。

圖3 3 軸試驗(yàn)貨車緩速器輔助制動(dòng)時(shí)穩(wěn)定車速與下坡坡度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

由圖3 可知，對(duì)于3 軸試驗(yàn)貨車總重為25T 時(shí)，變速器使用5 檔，在不使用行車制動(dòng)器的情況下，能夠以30 km/h左右的車速下8%的坡;變速器使用8 擋，能夠用80 km/h 的車速下5%的坡，以60 km/h 的車速下4%的坡。

4 雅西高速公路26 km 長(zhǎng)下坡發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器制動(dòng)效果分析

4.1 貨車超載30%條件下開啟發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器長(zhǎng)下坡行駛安全測(cè)試

貨車超載30%條件下，開啟發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器，使用7～8檔(高檔)下坡，環(huán)境溫度為10 ℃。貨車整個(gè)下坡過(guò)程中右前輪制動(dòng)鼓溫度(RF)、后橋右前輪制動(dòng)鼓溫度(RR1)、后橋左后輪制動(dòng)鼓溫度(LR2)、車速(speed)如圖4 所示。

圖4 貨車超載30%(32.5T)開啟發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器條件下26 km 長(zhǎng)下坡溫度速度變化圖

貨車整個(gè)下坡過(guò)程平均車速59.4 km/h，最高車速73.5 km/h，基本達(dá)到了高速公路規(guī)定的車輛最低行駛速度60 km/h的要求。下坡過(guò)程中，由于貨車使用了較高的檔位，車速較快，急彎路段仍需制動(dòng)器控制車速以保持安全狀態(tài)，全程制動(dòng)器使用時(shí)間占總行駛時(shí)間的比例為47.1%，但制動(dòng)力強(qiáng)度不大。下坡開啟發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器后，輔助制動(dòng)力感覺明顯，貨車制動(dòng)鼓溫度也上升較慢，右前輪制動(dòng)鼓溫度(RF)最高尚未達(dá)到50 ℃，后橋由于載重量較大，制動(dòng)器作用時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度也較大，右后橋前輪制動(dòng)鼓最高溫度均在150 ℃以內(nèi)，制動(dòng)效能沒有明顯熱衰退。

由此可見，在使用發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(Jacobs)的條件下，貨車單車即使超載30%下坡行駛，也能夠保證制動(dòng)系統(tǒng)的有效性，使車輛以較快的速度安全下長(zhǎng)坡。

4.2 貨車超載30%條件下關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器長(zhǎng)下坡行駛安全測(cè)試

在與第一次試驗(yàn)試驗(yàn)裝載、下坡檔位等工況條件相同的情況下，下坡時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(Jacobs)，其下坡過(guò)程中車輛的各參數(shù)如圖5 所示。

圖5 貨車超載30%(32.5T)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器條件下26 km 長(zhǎng)下坡溫度、速度變化圖

貨車整個(gè)下坡過(guò)程中，平均車速55.6 km/h，制動(dòng)器使用時(shí)間占總行駛時(shí)間的比例為69.2%;由于前橋負(fù)載較輕，因此右前輪制動(dòng)鼓溫升變化較小，溫度保持在100 ℃以下。而后橋負(fù)荷較大，因而溫升較快，下坡行駛13.3 km 以后，后橋右后輪制動(dòng)鼓溫度就已上升到260 ℃以上，緊急制動(dòng)情況下制動(dòng)鼓局部最高溫度達(dá)472.7 ℃。

根據(jù)交通部西部項(xiàng)目研究結(jié)論，制動(dòng)鼓溫度達(dá)到260 ℃時(shí)，車輛將喪失緊急制動(dòng)能力。因此，在山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段，重載貨車在制動(dòng)器不淋水、且無(wú)輔助制動(dòng)裝置條件下，制動(dòng)器制動(dòng)效能很容易因制動(dòng)器過(guò)熱降低到極限值，從而導(dǎo)致車輛失控發(fā)生交通事故。

根據(jù)對(duì)試驗(yàn)貨車超載30%時(shí)，開啟或關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器條件下在雅西高速公路26 km 長(zhǎng)下坡路段行駛安全性能測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(Jacobs)能夠滿足該條件下貨車安全下長(zhǎng)坡的需求，同時(shí)說(shuō)明貨車標(biāo)準(zhǔn)裝載時(shí)，也能滿足。

5 結(jié) 論

(1)貨車單車按照規(guī)定裝載，使用發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器(Jacobs)，在制動(dòng)器不淋水的條件下，可以安全通過(guò)山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段，車速控制在60 km 左右比較適宜。

(2)由于目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器系統(tǒng)的廠家較多，產(chǎn)品質(zhì)量也有差別，因此，建議貨車單車行走山區(qū)高速公路，淋水器水箱里儲(chǔ)存適量水，以備不時(shí)之需。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)技術(shù)在歐美國(guó)家已普遍使用，且已成為商用車的標(biāo)準(zhǔn)配置，此系統(tǒng)大大提高了商用車輛山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡的安全性。但是，由于目前我國(guó)卡車發(fā)動(dòng)機(jī)功率相對(duì)歐美偏，發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)功率與發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率密切相關(guān)，所以，其只能解決貨車單車制動(dòng)器不淋水條件下下長(zhǎng)坡的安全問(wèn)題。而對(duì)于大型半掛車輛，還需加裝液力緩速器輔助制動(dòng)系統(tǒng)，才能確保其行車安全，其作用效果還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

［1］王劍波，陳斌，秦興順，等.雅西山區(qū)高速公路特殊路段運(yùn)營(yíng)安全保障技術(shù)研究［R］.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2012:1－3.

［2］汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法(GB12676－1999)［S］.

［3］機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件(GB7258－2012)［S］.

［4］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京;機(jī)械工業(yè)出版社，2009:36－45.

［5］余強(qiáng).汽車下坡持續(xù)制動(dòng)性能研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2000:45－52.

［6］余強(qiáng)，陳蔭三，馬建，等.客車發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器下坡能力［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003(3):95－97.