冷　彪，柳　帥

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林　長春　130011）

Leng Biao，Liu Shuai

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基于ECE法規(guī)的輕型載貨汽車制動系統(tǒng)設(shè)計

冷彪，柳帥

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林長春130011）

Leng Biao，Liu Shuai

摘要：以國內(nèi)某輕型載貨汽車出口車型為研究對象，分析了國內(nèi)與國外制動法規(guī)的差異性，開展了針對出口車制動系統(tǒng)法規(guī)適應(yīng)性設(shè)計方面的研究，提出了針對出口輕卡制動系統(tǒng)的設(shè)計要點，歸納了出口車制動系統(tǒng)認證流程，對今后國產(chǎn)出口車新產(chǎn)品的開發(fā)和認證具有積極的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：出口車；制動系統(tǒng)；ECE；適應(yīng)性

0　引　言

目前，在世界各國和地區(qū)的汽車技術(shù)法規(guī)體系中，以歐洲（UN/ECE）和歐盟（EEC）的汽車技術(shù)法規(guī)體系最具代表性。相比之下，我國現(xiàn)行的強制性標準GB12676-2014主要依據(jù)ECER13-10系列法規(guī)制定，要比現(xiàn)行UN/ECER13-11法規(guī)寬松。從2014年11月起，所有歐盟成員國成員進行N2類車型認證時，必須裝備車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)。在歐盟貿(mào)易區(qū)，我國當前N2類整車生產(chǎn)水平仍存在一定的技術(shù)瓶頸，從以往數(shù)據(jù)來看，N2類車型海外市場主要集中在俄羅斯、印度、南非、巴西和東南亞等汽車產(chǎn)業(yè)欠發(fā)達地區(qū)，多采用CKD或海外建廠方式。這些地區(qū)的制動法規(guī)都可接受（或等效）ECE法規(guī)認證，文中以ECER13-11Supplement9版本法規(guī)為例（不包括車輛穩(wěn)定性控制裝置部分），研究非歐盟成員國地區(qū)出口車制動系統(tǒng)的法規(guī)適應(yīng)性設(shè)計[1-2]。

1　制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性設(shè)計

現(xiàn)階段UN/ECER13法規(guī)，除了正文的12項內(nèi)容外，還包括21個附件，而部分附件又包含了多個對不同具體車型的附錄要求。針對N2類車型制動認證試驗，除檢查項外，需動態(tài)和靜態(tài)測量的項目就包含9大項，29小項的內(nèi)容，認證項目復(fù)雜、耗時長是制動系統(tǒng)認證的主要特點。因此，針對出口車制動法規(guī)的研究和制動系統(tǒng)的法規(guī)適應(yīng)性設(shè)計，不僅能提高車輛制動性能，有效控制成本，還有助于保證認證工作的順利完成。為了降低成本，提高零部件通用性，應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有平臺，文中以某輕型載貨汽車為例，研究出口車制動法規(guī)適應(yīng)性設(shè)計[3-5]，主要涉及以下幾個方面。

1）廠定壓力P2的確定方法

在整個認證試驗和認證文件編制過程中，需涉及廠定壓力的取值，該參數(shù)是生產(chǎn)廠對車輛制動系統(tǒng)提供的關(guān)鍵參數(shù)之一。

依據(jù)ECE法規(guī)附件7中第1.2.2.1條規(guī)定，儲能裝置的初始壓力由生產(chǎn)商定義并且需將該值記錄到認證文件中，該壓力值應(yīng)能達到保證行車制動系統(tǒng)所要求的性能。廠定壓力P2的數(shù)值定義過高，將不利于制動供能試驗性能；數(shù)值過小，則會影響儲能裝置容積試驗的效果。因此，廠定壓力的取值，應(yīng)以空氣處理單元（APU）的壓力參數(shù)為依據(jù)，定義在合理范圍內(nèi)，即以不大于最低供氣壓力Pcut-in作為廠定壓力P2的取值。

表1為計算空氣處理單元卸荷閥壓力參數(shù)，得到APU卸荷閥的切斷壓力最小值PcutoutMIN=830kPa，而卸荷閥工作范圍最大值為dPMAX=120kPa，P2=PcutoutMIN-dPMAX= 710 kPa。

表1　卸荷閥壓力數(shù)值kPa

依據(jù)法規(guī)規(guī)定，要求系統(tǒng)充氣達到P1所需的時間t1應(yīng)小于3min，系統(tǒng)充氣達到P2所需的時間t2應(yīng)小于6min，需對已確定的廠定壓力校核供能充氣時間。

行車制動貯氣筒容積。前后行車筒容積均為25L，駐車筒容積10L，系統(tǒng)中無輔助用氣，制動系統(tǒng)總?cè)莘e為V=60L，空氣壓縮機型號65/38，排氣量Vh=140L/min。在空氣壓縮機供氣時，貯氣筒溫度基本不變，因此可將該過程近似為等溫過程，充氣效率η取值75％，忽略管束中的壓縮氣體容積，依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

PV=P′V′=RgT

P1=65％P2

P1V≤η×P0×Vh×t1

P2V≤η×P0×Vh×t2

（1）

因此，計算得到P2≤808kPa，可保證充氣時間要求。

為校核貯氣筒容量，以P2為初始壓力，前、后氣室規(guī)格相同，單次制動時左右氣室耗氣量Vf=Vr=2V1=1.652L，前行車管路長5.32m，容積Vgf=0.339L；后行車供能管路長2.89m，控制管路長6.61m，容積Vgr=0.371L。計算第9次全行程制動時，前、后制動氣室壓力

依據(jù)以往3t平臺試驗數(shù)據(jù)，當前、后剩余管路壓力達到300kPa以上時，完全能夠達到法規(guī)對應(yīng)急制動性能的要求。因此，實際P2取值710kPa可滿足貯氣筒容積試驗要求。

2）制動系統(tǒng)回路設(shè)計

在N2類車型制動系統(tǒng)設(shè)計中，行車制動部分的要求與我國法規(guī)基本一致，但ECER13附件8中對駐車回路規(guī)定了特殊要求：彈簧制動系空氣壓縮腔的供能回路必須裝備專用的儲能裝置，或由2個以上獨立的儲能裝置供能。同時，對機動車輛，在彈簧壓縮腔的初始壓力等于最大設(shè)計壓力的情況下，彈簧制動系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)保證至少能夠進行3次“制動-解除制動”操作，而且在檢查該項性能之前，應(yīng)解除緊急制動，并在各制動器的間隙調(diào)到盡可能小時仍滿足這些條件。

因此，需要在駐車制動回路設(shè)計中增加駐車貯氣筒（圖1中部件4），駐車貯氣筒由空氣處理單元（圖1中的部件2）的23口供氣，氣體經(jīng)手制動閥向氣室彈簧缸的駐車腔12口充氣。為保證該項法規(guī)，需依據(jù)氣室彈簧缸參數(shù)對駐車貯氣筒容積進行匹配計算。

圖1　氣制動管路原理圖

以空氣處理單元卸荷后穩(wěn)定壓力作為氣室彈簧缸駐車腔最大壓力Pmax=800kPa，氣室彈簧缸規(guī)格20#/20#，氣室推桿最大行程64mm。從手制動閥2口至氣室彈簧缸駐車腔12口的管束長度約為7.4m，從手制動閥1口至空氣處理單元23口的管束長度為6.16m。

單個氣室彈簧缸一次解除制動最大耗氣量

V1=0.826L

（4）

單次解除駐車制動時，管束內(nèi)的耗氣量

V2=0.327L

（5）

車輛每次解除制動的耗氣量

V0=2×V1+V2=1.98L

（6）

駐車制動回路供氣部分管路容積Vg=0.27L。

以駐車筒容積為V=10L試算，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，忽略系統(tǒng)壓力高于靜態(tài)關(guān)閉壓力的情況下，行車制動回路高壓氣體對駐車制動回路的回流補充效應(yīng)，經(jīng)3次施加和解除駐車后，氣室彈簧缸駐車腔內(nèi)壓力

由氣室彈簧缸駐車腔中推桿行程與力的特性曲線可知（如圖2），推桿完全退回，駐車腔完全解除所需的制動壓力：Punlock=450kPa

圖2　氣室彈簧缸推桿行程與力的特性曲線

滿足駐車制動法規(guī)要求，因此確定駐車貯氣筒容積為10L。

3）改進四回路結(jié)構(gòu)特性

當制動系統(tǒng)中需要為輔助用氣裝置和駐車貯氣筒供氣時，應(yīng)采用空氣處理單元總成。ECE法規(guī)對空氣處理單元中的4回路保護閥有特殊規(guī)定：在任何情況下，在制動系統(tǒng)壓力從0開始補充能量，直至行車制動系統(tǒng)的壓力足以保證操縱行車制動控制裝置至少能達到滿載車輛的應(yīng)急制動效能為止期間，不應(yīng)解除彈簧制動系統(tǒng)。同樣，除非行車制動系統(tǒng)中的壓力足以保證操縱行車制動控制裝置至少能達到滿載車輛的剩余制動效能，否則，彈簧制動作用后將無法解除。

也就是說，貯氣筒壓力從0開始充氣的過程中，應(yīng)先保證行車制動回路的壓力達到應(yīng)急制動性能所需的最小壓力，然后才能向駐車回路充氣，直至達到駐車制動解除所需的最小壓力，才能起步行駛。若車輛處于駐車狀態(tài)，當行車制動能力無法達到剩余制動性能時，駐車回路內(nèi)的過高氣壓應(yīng)自動喪失，不得使駐車解除。

因此，目前市場上已有的串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和旁通結(jié)構(gòu)等型式的4回路保護閥均無法滿足ECE法規(guī)的特殊要求，需采用具有回流功能結(jié)構(gòu)的4回路保護閥（如表2和圖3），使4回路保護閥23口的開啟壓力高于其他3個出氣口，這樣就能保證當氣壓從0開始，對制動系統(tǒng)充氣時，駐車制動回路的充氣順序為最后。同時，在回路21口和23口之間增加了單向閥和節(jié)流孔，當21口泄漏時，駐車制動回路中的高壓氣體能緩慢地由21口排出，確保車輛在行車制動性能不滿足剩余制動要求時，無法啟動。4回路保護閥性能經(jīng)試驗臺架測得，當21口泄漏時，23口壓力下降為311.3 kPa，未超過測得的駐車制動解除壓力Punlock=400kPa。

表2　4回路保護閥參數(shù)值kPa

圖3　具有回流功能的4回路閥結(jié)構(gòu)圖

4）在零部件配置上，應(yīng)盡量選擇出口國當?shù)氐墓?yīng)商，以降低關(guān)稅成本并保證售后維修的方便性。

在結(jié)構(gòu)方面還應(yīng)注意以下幾點：

（1）依據(jù)ECER13第5.1.4.2.1中的規(guī)定，在前、后制動氣室進氣口和后氣室彈簧缸駐車腔進氣口處，增加符合ISO3583—1984中第4條規(guī)定的氣壓試驗連接器。

（2）對進入非歐盟成員國的N2類車輛，需標配防抱死制動系統(tǒng)（ABS）。

（3）對于進入歐盟成員國的N2類車輛，若車輛采用氣壓制動系統(tǒng)，自2014年7月11日起（采用液壓制動時自2015年7月11日起）必須裝備車輛穩(wěn)定性裝置。

2　制動系統(tǒng)認證主要開發(fā)流程

從汽車制造廠提交出口車申請文件到獲得出口國承認的出口車認證證書，整車制動系統(tǒng)主要認證流程如圖4所示，其中，制動系統(tǒng)認證工作主要包含3個方面：

1）編寫認證申請文件，主要包括整個制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置、原理和主要參數(shù)；

2）制動系統(tǒng)設(shè)計及樣車零部件試制裝車配合；

3）道路試驗摸底及正式認證試驗配合。

圖4　制動系統(tǒng)認證流程

首先，依據(jù)出口國現(xiàn)行法規(guī)和附加的特殊要求，確定適應(yīng)性設(shè)計方向（例如南非當?shù)匦枰猄ABS認證，但該認證可等效ECE相關(guān)法規(guī)；歐盟認證體系以E-mark證書為主，而俄羅斯聯(lián)邦則需要附加GOST認證；對海灣地區(qū)需要GCC認證等）。同時，還應(yīng)充分考慮當?shù)氐能囕v使用工況，包括氣候條件（如熱帶、寒帶、內(nèi)陸、沿海等）和道路狀況（如平原、山區(qū)）等。

其次，在確定設(shè)計條件后，對原有制動系統(tǒng)進行適應(yīng)性設(shè)計，其中包括結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性設(shè)計和系統(tǒng)性能參數(shù)的確定。在設(shè)計中，應(yīng)充分考慮改動部分對其他系統(tǒng)可能造成的影響，包括制動系統(tǒng)其他性能的影響以及對其他專業(yè)可能造成的影響，并在確認設(shè)計方案后，建立CAD數(shù)據(jù)，同時依據(jù)國外認證檢測機構(gòu)的要求，提交出口車的認證申請材料。

再次，對于采用CKD方式生產(chǎn)的出口車型，在樣車試制階段，應(yīng)詳細記錄零部件的質(zhì)量問題和裝車控制要點，以便為后續(xù)海外裝車提供參考和依據(jù)，保證車輛滿足設(shè)計要求。

最后，為了保證認證過程順利通過，在正式認證前應(yīng)對樣車進行制動磨合且對設(shè)計中重點關(guān)注的試驗項目進行摸底試驗，尤其是現(xiàn)行ECE法規(guī)的試驗方法與國標試驗方法不同的項目以及附加項目的試驗內(nèi)容，避免認證過程出現(xiàn)不合格項目，保證認證試驗順利通過。

3　結(jié)束語

圍繞ECE-R13制動法規(guī)N2類出口車的特殊要求，以某輕型載貨汽車出口車型為例，開展了針對制動系統(tǒng)的法規(guī)適應(yīng)性設(shè)計，歸納了制動系統(tǒng)出口車型適應(yīng)性設(shè)計主要流程，對今后開展相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)具有較好的參考價值和借鑒意義。

參考文獻

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收稿日期：2015?09?21

文章編號：1002-4581（2016）01-0021-04

中圖分類號：U463.5

文獻標志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2016.01.006