劉成

摘 要：汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)安全系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分之一。其主要功能是控制汽車(chē)在停車(chē)時(shí)有一個(gè)穩(wěn)定減速的過(guò)程，同時(shí)還可以讓汽車(chē)停止時(shí)不受坡道的影響而能夠在斜坡路面上停車(chē)。汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中以氣壓動(dòng)力制動(dòng)最為常見(jiàn)，普遍應(yīng)用于中重型卡車(chē)。該文首先對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的組成與分類(lèi)進(jìn)行介紹，研究汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，分析汽車(chē)制動(dòng)性能，以卡車(chē)為研究對(duì)象優(yōu)化設(shè)計(jì)其汽車(chē)軸間制動(dòng)力的分配，使卡車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)能與整車(chē)之間進(jìn)行良好的匹配。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)系統(tǒng) 氣壓動(dòng)力制動(dòng) 卡車(chē) 軸間制動(dòng)力分配

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）-05（a）-0091-01

目前在中重型卡車(chē)上所應(yīng)用的制動(dòng)系統(tǒng)絕大部分都是使用氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，氣壓制動(dòng)能夠使卡車(chē)這種大型車(chē)量在剎車(chē)到停車(chē)的過(guò)程有一個(gè)緩沖，以降低卡車(chē)行駛慣性。氣壓動(dòng)力制動(dòng)以制動(dòng)閥、制動(dòng)踏板等原件組成，卡車(chē)的氣壓自動(dòng)裝置安裝在汽車(chē)后輪位置，通過(guò)氣壓控制強(qiáng)力彈簧對(duì)汽車(chē)進(jìn)行制動(dòng)。

1 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)工作原理以氣壓制動(dòng)裝置為例，當(dāng)駕駛者未進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，前后制動(dòng)氣室分別經(jīng)制動(dòng)閥和快放閥與大氣相通，而與儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣進(jìn)行隔絕，此時(shí)汽車(chē)正常行駛。當(dāng)駕駛者可以通過(guò)操作制動(dòng)腳踏板控制制動(dòng)閥時(shí)，制動(dòng)閥切斷前后制動(dòng)氣室與大氣相通的通道，同時(shí)接通儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣通道，在壓縮空氣的氣流作用下使汽車(chē)的前后制動(dòng)器與車(chē)輪產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生制動(dòng)。

2 汽車(chē)制動(dòng)性能分析

汽車(chē)制動(dòng)性能主要從制動(dòng)效能、恒定性和穩(wěn)定性三個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）制動(dòng)效能。

汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的功能是能夠讓汽車(chē)在行駛中迅速減速停止和使汽車(chē)可以停留在斜坡之上的裝置。因此，其制動(dòng)效能的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)汽車(chē)制動(dòng)距離和制動(dòng)減少時(shí)間符合汽車(chē)安全性能。

（2）恒定性。

汽車(chē)在高速行駛狀態(tài)下進(jìn)行制動(dòng)和汽車(chē)制動(dòng)裝置連續(xù)工作或者長(zhǎng)時(shí)間工作，其保持性能的恒定性是其主要的評(píng)測(cè)性能之一。

（3）穩(wěn)定性。

汽車(chē)制動(dòng)的效果要求在制動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)不發(fā)生偏移、側(cè)滑、打轉(zhuǎn)等問(wèn)題，所以汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)的穩(wěn)定性對(duì)于汽車(chē)駕駛的安全非常關(guān)鍵。

3 汽車(chē)制動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

卡車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)普遍存在壓力響應(yīng)速度慢的問(wèn)題，因此，在對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行分析后，對(duì)于氣壓制動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)優(yōu)化目標(biāo)可以確定為對(duì)氣壓響應(yīng)速度和最大壓力的響應(yīng)方面的優(yōu)化。

（1）氣壓制動(dòng)優(yōu)化內(nèi)容。

在氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中，分析其工作原理，在忽略漏氣情況下，其前后儲(chǔ)氣筒可視為恒壓源。由此可對(duì)其幾個(gè)基本部件進(jìn)行建模，其中包括雙腔制動(dòng)閥、繼動(dòng)閥、制動(dòng)氣室、氣壓管路四個(gè)部分。

雙腔制動(dòng)閥：雙腔制動(dòng)閥是制動(dòng)系統(tǒng)中的主控，在駕駛員進(jìn)行制動(dòng)控制時(shí)，踏板信號(hào)經(jīng)制動(dòng)閥轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)。制動(dòng)閥力學(xué)過(guò)程包括增加階段、保壓階段和減壓階段。制動(dòng)閥模型以影響制動(dòng)閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)為參數(shù)，包括：活塞回位彈簧剛度、閥門(mén)彈簧剛度和排氣間隙等。

繼動(dòng)閥：繼動(dòng)閥是制動(dòng)閥與制動(dòng)氣室連接的控制閥，其包含供氣口、出氣口、排氣口和控制氣口四個(gè)管路接口。

制動(dòng)氣室：制動(dòng)氣室控制室內(nèi)氣壓進(jìn)而推動(dòng)推桿控制制動(dòng)器。制動(dòng)氣室控制方程為：

氣壓管路：氣壓管路為氣體壓力傳輸通道，管路控制方程為：

優(yōu)化汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)是提升氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的壓力響應(yīng)速度和系統(tǒng)的最大壓力響應(yīng)。根據(jù)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化內(nèi)容確定優(yōu)化模型參數(shù)，模型參數(shù)以重卡性能參數(shù)為例。

（2）氣壓制動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)優(yōu)化選取3種仿真數(shù)據(jù)，進(jìn)行比對(duì)分析，分別對(duì)充氣延長(zhǎng)時(shí)間、排氣延長(zhǎng)時(shí)間和最大穩(wěn)定壓力進(jìn)行優(yōu)化比對(duì)。以計(jì)算氣壓制動(dòng)充氣延長(zhǎng)時(shí)間為例：

充氣延長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算：

充氣時(shí)間總和=（0.200+0.355+......+0.167）=5.933；

各水平充氣延長(zhǎng)時(shí)間：

=（0.200+0.355+......+0.407）=3.322；

=（0.202+0.166+......+0.174）=1.480；

=（0.209+0.070+...

...+0.167）=1.131；

壓力響應(yīng)速度優(yōu)化：

目前，卡車(chē)壓力響應(yīng)速度通常為0.5～0.9 s，這一速度使得卡車(chē)的制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于車(chē)輛制動(dòng)的安全性具有一定的影響。

通過(guò)對(duì)氣壓制動(dòng)優(yōu)化模型參數(shù)的優(yōu)化分析，在充氣延長(zhǎng)時(shí)間上，制動(dòng)閥下腔回位彈簧剛度、繼動(dòng)閥回位彈簧剛度對(duì)充氣延時(shí)有重要影響，所以確定制動(dòng)閥下腔回位彈簧剛度值取10N/mm，繼動(dòng)閥回位彈簧剛度值取10N/mm。在排氣延長(zhǎng)時(shí)間上制動(dòng)閥下腔排氣間隙、繼動(dòng)閥排氣間隙對(duì)排氣延遲時(shí)間有重要影響，所以確定制動(dòng)閥下腔排氣間隙值取1.5mm、繼動(dòng)閥排氣間隙間隙值取1.5mm。

最大壓力響應(yīng)優(yōu)化：

通過(guò)對(duì)氣壓制動(dòng)優(yōu)化模型參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)最大壓力響應(yīng)因素主要來(lái)自，前制動(dòng)氣室容積、制動(dòng)閥平衡彈簧強(qiáng)度和制動(dòng)閥上腔排氣間隙。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化模型演示經(jīng)過(guò)優(yōu)化的壓力響應(yīng)速度可降低到0.3～0.5 s，起到了提升壓力響應(yīng)速度優(yōu)化的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)共性能進(jìn)行分析，以卡車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和作用原理為模型進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)化，根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化內(nèi)容包括：雙腔制動(dòng)閥、繼動(dòng)閥、制動(dòng)氣室、氣壓管路。在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)是提升氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的壓力響應(yīng)速度和系統(tǒng)的最大壓力響應(yīng)，通過(guò)模擬優(yōu)化結(jié)果對(duì)提升汽車(chē)的制動(dòng)性能具有一定的可行性。

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