井廣紅

（南京依維柯汽車(chē)有限公司，江蘇 南京 210028）

車(chē)輛制動(dòng)衰退性能分析

井廣紅

（南京依維柯汽車(chē)有限公司，江蘇 南京 210028）

本文對(duì)輕型載貨車(chē)下長(zhǎng)坡制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行研究與分析，通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到車(chē)輛連接下長(zhǎng)坡過(guò)程中，隨溫度升高，制動(dòng)器制動(dòng)力矩產(chǎn)生溫度衰退，最高可達(dá)到15%到20%。同時(shí)隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，真空伺服系統(tǒng)產(chǎn)生真空衰退，引起整車(chē)的制動(dòng)性能衰退達(dá)到25%左右。兩者相加整車(chē)的制動(dòng)性能達(dá)到40%左右。最后提出對(duì)于山區(qū)輕型載貨車(chē)加裝排氣輔助制動(dòng)系統(tǒng)及提升真空泵的抽真空性能來(lái)補(bǔ)償整車(chē)制動(dòng)性能的衰退。

下長(zhǎng)坡制動(dòng)；溫度衰退；真空伺服性能衰退

CLC NO.: U463.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-16-04

引言

躍進(jìn)某一輕卡車(chē)型，在開(kāi)發(fā)后期進(jìn)行道路可靠性試驗(yàn)過(guò)程中，駕駛員反饋在定遠(yuǎn)場(chǎng)內(nèi)山路下長(zhǎng)坡時(shí)，制動(dòng)疲軟。本文圍繞這一反饋展開(kāi)相關(guān)的道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)和理論計(jì)算，提出有效的解決措施。為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供有效的支持。

1、下長(zhǎng)坡過(guò)程中的制動(dòng)衰退分析

對(duì)于真空助力式的液壓制動(dòng)車(chē)輛，一般情況下，車(chē)輛下長(zhǎng)坡時(shí)，制動(dòng)性能會(huì)受到兩個(gè)方面的衰退：制動(dòng)摩擦片的高溫衰退和真空伺服性能的衰退。

1.1 制動(dòng)摩擦片的高溫衰退

下長(zhǎng)坡時(shí)，頻繁踩制動(dòng)，制動(dòng)蹄片的溫度會(huì)上升，由于現(xiàn)有的階段水平，無(wú)法精確地計(jì)算制動(dòng)蹄片的溫度數(shù)值，需要通過(guò)道路試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)四個(gè)車(chē)輪溫度變化過(guò)程。

a）試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集：

試驗(yàn)場(chǎng)地選擇：定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的山路，其坡道長(zhǎng)且陡，極具有代表性，其數(shù)據(jù)的采集更貼近于車(chē)輛山區(qū)使用狀況，對(duì)于我們的理論分析具有真實(shí)的參考意義。

試驗(yàn)場(chǎng)地描述：定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的山路路徑如圖1所示：紅旗位置為車(chē)輛起始點(diǎn)，山路總里程約為11km，車(chē)輛分別通過(guò)坡道1、2、3、4、5。該山路中有很多大小不一的坡道，此處列舉的5個(gè)坡道是比較典型的坡度，且必須使用制動(dòng)進(jìn)行減速，其中坡道3為山路最后一個(gè)長(zhǎng)坡，也是制動(dòng)強(qiáng)度最大的一個(gè)坡道。

試驗(yàn)里程：按圖1進(jìn)行8個(gè)循環(huán)，一個(gè)循環(huán)為11km,8個(gè)循環(huán)的里程為88km；

采集參數(shù)：四個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)蹄片的溫度，制動(dòng)踏板力；

采集結(jié)果：制動(dòng)器蹄片最高溫度維持在400- 450度，見(jiàn)圖2。而制動(dòng)踏板力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，最大制動(dòng)踏板力不超過(guò)200N。

b）溫度衰退的分析

根據(jù)試驗(yàn)車(chē)輛采集的制動(dòng)溫度數(shù)據(jù)，其最高溫度可達(dá)到450℃左右，由制動(dòng)摩擦片的特性得出，制動(dòng)器蹄片的溫度越高，其制動(dòng)力矩衰退越厲害（即制動(dòng)蹄片的溫度衰退），根據(jù)制動(dòng)器的臺(tái)架性能試驗(yàn)報(bào)告，如圖3，所示：100℃下，初速度為60km/h，制動(dòng)管路壓力12MPa下的制動(dòng)力矩為3500N.m,而在450℃下，60km/h車(chē)速，制動(dòng)管路壓力12MPa下的制動(dòng)力矩為2800N.m,制動(dòng)力矩的衰退率為20%。而 QC/T239標(biāo)準(zhǔn)要求，在衰退過(guò)程中，其制動(dòng)力矩的衰退量不大于40%均為合格，因此制動(dòng)器的溫度衰退滿足法規(guī)要求，屬于正常的衰退，可暫時(shí)不考慮摩擦片性能的改進(jìn)。

1.2 真空伺服性能的衰退

每一次制動(dòng)都會(huì)消耗真空伺服系統(tǒng)內(nèi)的真空，使真空伺服性能下降，從而使整車(chē)制動(dòng)性能降低。在真空伺服系統(tǒng)的剩余真空度計(jì)算過(guò)程中，分兩步進(jìn)行，第一步，不考慮真空泵的作用，每一次純制動(dòng)所消耗的真空度；第二步，考慮真空泵的作用，將真空泵的抽真空性能與制動(dòng)后的真空伺服系統(tǒng)中剩余真空度進(jìn)行疊加，得出最終的真空伺服系統(tǒng)的真空度。

1）不考慮真空泵作用的情況下：

參考玻意耳定律，一種質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)P與體積V成反比。即PV=C。由真空助力器的工作原理得出：踩下制動(dòng)踏板時(shí)的真空度與體積乘積與松開(kāi)制動(dòng)踏板時(shí)的真空度與體積乘積相同。真空伺服系統(tǒng)的各個(gè)容積參數(shù)如下：

真空軟管的容積V1：0.059 L

真空助力器的容積V2：2.3 L

真空筒的容積V3：5L

真空助力系統(tǒng)的總?cè)莘e為V總：0.059L+2.3L+5L=7.359 L

真空系統(tǒng)最大真空度為P1：絕壓為11.3 KPa （相對(duì)氣壓為-90KPa）

大氣壓P0：101.3KPa (相對(duì)氣壓為0KPa)

例：第一次制動(dòng)后剩余真空度為：

按此計(jì)算公式得出后續(xù)制動(dòng)的剩余真空度：見(jiàn)表1

2）考慮真空泵作用情況下：

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，真空泵的抽真空性能如圖所示：

按制動(dòng)間隔10分鐘的頻率計(jì)算。將真空泵的抽真空性能參數(shù)與純制動(dòng)剩余真空度進(jìn)行疊加，例如，首次純制動(dòng)剩余真空度為-62.9KPa,其真空泵性能曲線所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為28秒，到38秒時(shí)，真空泵所能達(dá)到的真空度為-70KPa.即考慮真空泵的作用下，首次制動(dòng)后，真空伺服制動(dòng)系統(tǒng)所剩真空度為-70KPa。按此計(jì)算原理推出后續(xù)制動(dòng)的剩余真空度，如表2所示。

由計(jì)算結(jié)果可以得出，連續(xù)制動(dòng)后的真空伺服系統(tǒng)穩(wěn)定真空度達(dá)到-52KPa,由于山路上最大制動(dòng)踏板力為200N,而制動(dòng)踏板杠桿比為4.2，則相對(duì)應(yīng)的真空助力器推桿輸入力為200N×4.2=840N。由真空助力器性能曲線（圖5）可以看出，在840N輸入力下，-90KPa相對(duì)應(yīng)的輸出壓力為82 bar,而-52KPa真空度相對(duì)應(yīng)的輸出壓力為61 bar。由此可以得出真空伺服性能衰退率為25.6%。

1.3 下長(zhǎng)坡過(guò)程中，總的制動(dòng)衰退率

綜上所示，制動(dòng)器溫度衰退與真空度損失衰退情況下，制動(dòng)總衰退率為：

1-（1-20%）×（1-25.6%）=40.48%。若車(chē)輛衰退前的制動(dòng)減速度為7m/s2，則下長(zhǎng)坡時(shí)，制動(dòng)減速度由原有的7m/s2變?yōu)?.17m/s2。

一、制動(dòng)衰退的補(bǔ)償措施

1.增加排氣輔助制動(dòng)器

a）排氣輔助制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)減速度

排氣輔助制動(dòng)器工作原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣阻力，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣和壓縮等行程的功率損失來(lái)使汽車(chē)減速。其排氣輔助制動(dòng)器的標(biāo)定必須滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的最大允許排氣背壓，否則會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴及進(jìn)排氣門(mén)的損壞。對(duì)于Sofim發(fā)動(dòng)機(jī)，其排氣背壓不允許超過(guò)300KPa（相對(duì)壓力）。根據(jù)整車(chē)的排輔轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)定，整車(chē)打開(kāi)排輔，發(fā)動(dòng)機(jī)處于3檔，在發(fā)動(dòng)機(jī)允許背壓300kPa下，車(chē)速為50km/h，此時(shí)測(cè)出后軸的最大輪鼓功率47KW。由后軸的最大轉(zhuǎn)鼓功率，求整車(chē)后車(chē)軸產(chǎn)生的最大制動(dòng)力F及所產(chǎn)生的制動(dòng)減速度：

其中：F---為后軸的制動(dòng)力 N

V---車(chē)輛的車(chē)速 Km/h

P---發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 KW

打開(kāi)排輔，整車(chē)所能產(chǎn)生的最大減速度為：

b）排氣輔助制動(dòng)器使用后，行車(chē)制動(dòng)系的制動(dòng)器溫度變化

車(chē)輛在下長(zhǎng)坡過(guò)程中，排氣輔助制動(dòng)器打開(kāi)后，駕駛員減少了踩制動(dòng)踏板的次數(shù)，制動(dòng)器的摩擦片溫度降低，經(jīng)道路試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，其制動(dòng)器摩擦片溫度最高僅達(dá)到230℃（如圖6所示），而此溫度相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)器制動(dòng)力矩為3500Nm(系統(tǒng)壓力為12MPa下)，其制動(dòng)力矩?zé)o明顯的溫度衰退。

2、提升真空伺服系統(tǒng)真空泵的抽真空能力

由圖6所示，原狀態(tài)真空泵達(dá)到-80KPa所需要的時(shí)間為56s，而提升后的真空泵達(dá)到-80KPa所需要的時(shí)間為46S，性能提升了18%。按此前計(jì)算原理，得出連接踩制動(dòng)后真空伺服制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定真空度為-60KPa,由真空性能曲線得到840N輸入力，在-60KPa的真空度下，輸出壓力為71 bar,改進(jìn)后的真空伺服性能與首次制動(dòng)時(shí)的真空伺服性能相比衰退13.4%，與原狀態(tài)的真空伺服性能相比提升了16%。如表3所示：

3、結(jié)論

（1）改進(jìn)前后制動(dòng)效能的對(duì)比

（2）根據(jù)改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出增加排氣輔助制動(dòng)器能夠有效地補(bǔ)償下長(zhǎng)坡時(shí)的制動(dòng)性能衰退，且能夠滿足法規(guī)GB12676的排氣輔助制動(dòng)器的相關(guān)規(guī)定。

（3）根據(jù)改進(jìn)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比，提升真空泵的抽真空性能，可以有效地減小下長(zhǎng)坡時(shí)的制動(dòng)性能衰退。且能夠滿足法規(guī)GB12676關(guān)于連續(xù)制動(dòng)后的減速度相關(guān)規(guī)定。

[1] 陳士杰. 轎車(chē)整車(chē)動(dòng)態(tài)真空度試驗(yàn)與分析 . 機(jī)械制造與研究.2011.06:15-17.

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經(jīng)過(guò)系列整改后，空載前失效制動(dòng)距離由105m減小到65.9m，減小了39.1m。

5、結(jié)論

1）經(jīng)以上分析，影響前失效制動(dòng)性能的因素為后制動(dòng)器行車(chē)效能因數(shù)、后分泵油壓、整車(chē)質(zhì)心參數(shù)。因整車(chē)質(zhì)心參數(shù)不易整改，排除其帶來(lái)的影響，通過(guò)提升后制動(dòng)器行車(chē)效能因數(shù)和優(yōu)化、調(diào)整ABS油壓調(diào)節(jié)，前失效制動(dòng)性能明顯提升。

2）本文對(duì)最大減速度分析時(shí)，只對(duì)整車(chē)參數(shù)的影響進(jìn)行了分析，未將輪胎的滾動(dòng)摩擦性能等影響考慮在內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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The brake fading analysis

Jing Guanghong
( Nanjing IVECO automobile Co. Ltd., Jiangsu Nanjing 210028)

The thesis analyses and studies the brake performance of light truck applied on the long slope. Through abstractly calculation and testing value, it conclude that during the long slope driving, the higher is the brake, the less is the brake torque, the decay ration can be 15%-20%.At the same time, constant braking can lead to vacuum fade, The related brake performance can decay 25%. Both can cause that total brake performance will decay 40%. At last, it suggests the useful solution: using the brake valve and increase the performance of vacuum pump.

long slope brake; temperature brake fade; vacuum fade

U463.5

A

1671-7988(2015)06-16-04

井廣紅，底盤(pán)設(shè)計(jì)，主要從事底盤(pán)開(kāi)發(fā)工作，就職于南京依維柯汽車(chē)有限公司。