胡軼，章健國

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某8×8特種車中央充放氣系統(tǒng)計算初探

胡軼，章健國

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車輪胎中央充放氣系統(tǒng)主要作用是車輛在停車或行駛時，系統(tǒng)對汽車輪胎進行測壓、充氣、放氣，以提高汽車的通過性和行駛安全性。系統(tǒng)充放氣時間是評價系統(tǒng)設計合理性關(guān)鍵指標，以某8×8特種車為例，應用一般的充放氣時間計算公式對系統(tǒng)進行了計算，結(jié)合實車試驗數(shù)據(jù)，提出了經(jīng)驗系數(shù)的概念，可以較為準確的計算系列化車型中央充放氣系統(tǒng)的充放氣時間。

中央充放氣系統(tǒng)；充氣時間；放氣時間；經(jīng)驗系數(shù)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.008

CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-21-03

前言

中央充放氣系統(tǒng)是一般特種車輛的標準配置。通過該系統(tǒng)可快速地降低輪胎氣壓，增大輪胎的接地面積，提高汽車的通過性；可以在輪胎受損時快速補充損失的氣壓，保證車輛可以安全的行駛至維修場地；系統(tǒng)也可以根據(jù)不同的道路狀況實時調(diào)整輪胎氣壓減緩沖擊與振動，以增強運輸過程的安全性。系統(tǒng)的充放氣時間是實現(xiàn)以上功能的前提，也是判定系統(tǒng)設計合理性的關(guān)鍵技術(shù)指標。因此在系統(tǒng)匹配過程中必須合理設計充放氣時間，以某8×8特種車為例計算中央充放氣系統(tǒng)充放氣時間。

1、系統(tǒng)設計

圖1　中央充放氣系統(tǒng)布置原理圖

本系統(tǒng)主要由控制器總成、保壓閥總成、儲氣筒等部分構(gòu)成。在駕駛室內(nèi)部控制控制器總成，充放氣過程由保壓閥執(zhí)行，其布置原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用正壓充氣、正壓放氣的工作原理。

2、系統(tǒng)充放氣時間計算

2.1計算依據(jù)

為簡化計算，計算條件設為輪胎無載荷，且不考慮輪胎胎壓發(fā)生變化時的體積及溫度變化，系統(tǒng)氣壓始終保持800kPa不變化，氣體流動過程無阻力。

根據(jù)《機械設計手冊》中氣壓傳動與控制部分的內(nèi)容，可知充氣到目標壓力時所需的時間t為：

式中 Ps——氣源的絕對壓力（MPa）；

P1——容器內(nèi)的初始絕對壓力（MPa）；

τ——充氣與放氣的時間常數(shù)（s）。

式中V——容器的容積（L)

k——等熵指數(shù),一般取1.4

S——有效截面積（mm2）

式中，a′——系數(shù)

S0——管道的名義截面積（mm2）

同樣，放氣到目標壓力時所需的時間t為：

式中P1—初始絕對壓力（MPa）；

p*，臨界壓力，一般取p*=1.893×0.1013=0.192MPa。

2.2理論充放氣時間計算

充氣時，儲氣筒內(nèi)壓力為800kPa，空氣溫度為25℃，輪胎的初始壓力為270kPa，輪胎最終壓力為570kPa，輪胎容積為327L，充氣管道直徑6mm。

根據(jù)《機械設計手冊》，取a′=0.2，根據(jù)（式3）計算有效截面積S=5.652mm2。

根據(jù)(式2)計算時間常數(shù)τ=206.3s。

根據(jù)(式1)計算充氣時間t=97s。

即單輪充氣時間約97秒，全車充氣時間為776秒。

同理，相同條件下，計算輪胎從初始壓力570kPa放氣至最終壓力270kPa所需時間，其有效截面積S及時間常數(shù)τ與充氣過程相同，根據(jù)(式4)計算放氣時間t=530s。

因全車放氣時各輪通道獨立，則理論全車放氣時間等同單輪/單橋放氣時間，即全車放氣時間為530秒。

考慮到控制系統(tǒng)在整個充放氣過程中均有檢測時間，且系統(tǒng)每隔2分鐘檢測一次，檢測時間為8秒，因此全車最終理論充氣時間為824s秒,放氣時間為562s。

計算結(jié)果滿足 GJB3463軍用越野汽車輪胎中央充放氣系統(tǒng)規(guī)范標準要求，見表1。

表1　某8×8特種車中央充放氣系統(tǒng)計算結(jié)果法規(guī)符合性

2.3實車驗證

為驗證理論計算的合理性，隨機選取一輛某8×8特種車進行充放氣測試（試驗溫度為25℃±2℃），記錄數(shù)據(jù)如下，其中標1為充氣時間，表2為充氣時間，表3為放氣時間。

表2　充氣試驗

表3　放氣試驗

通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，充氣時間符合法規(guī)要求，而放氣時間不符合法規(guī)要求，需要改進設計。

理論充氣時間與實際充氣時間平均值的誤差λ為27.8%。由此可知，理論計算前的條件設定比較理想，實際上輪胎載荷、系統(tǒng)壓力變化、氣體流動阻力均有較大的影響。

理論放氣時間與實際放氣時間平均值的誤差λ為7.8%，與理論值基本接近。

由于充氣實測時間大于理論時間，因此，通過對實測數(shù)據(jù)均方差σ的評價，可以初步得出一個經(jīng)驗系數(shù)β，用于更準確的估算實際充放氣時間。

充氣時間均方差：

其中n=6，μ=1053，計算得：σ=58.5。

即均方差σ相對平均值μ的波動量δ=σ/μ。

計算得：δ=5.56%，因此充氣時的經(jīng)驗系數(shù)β為：

β=λ（1-δ）～λ（1+δ），計算得：β=26.3%～29.3%。

即，對于8×8特種車，可認為其實際充氣時間t實際=t理論×（26.3%～29.3%）。

即，充氣時間理論計算公式（式1）更新為：

同理，放氣時，計算得：σ=12.4，λ=7.8%，δ=2%。

計算得：放氣時的經(jīng)驗系數(shù)β=7.6%～8.0%。

即，對于8×8特種車，可認為其實際放氣時間t實際=t理論×（7.6%～8.0%）。

即，放氣時間理論計算公式（式4）更新為：

根據(jù)式5、式6，計算系統(tǒng)充放氣時間，計算結(jié)果見表4。

可以看出，計算結(jié)果可以較為準確的反映系統(tǒng)充放氣時間的法規(guī)符合性。

對于一般的8×8特種車，其中央充放氣系統(tǒng)的布置及管路連接方式基本類似，影響系統(tǒng)充放氣理論計算結(jié)果的因素也基本相同，可以認為文中得出的經(jīng)驗系數(shù)均可用于此系列車型的理論計算，具體應用情況留待進一步探討。

表4　某8×8特種車中央充放氣系統(tǒng)計算及試驗結(jié)果法規(guī)符合性

3、結(jié)論

某 8×8越野車氣中央充放氣系統(tǒng)的充放氣時間計算及驗證結(jié)果表明，系統(tǒng)的充放氣時間計算受到較多因素的影響，理論計算與試驗數(shù)據(jù)存在較大的誤差，但是通過引入經(jīng)驗系數(shù)的計算方法，可以使理論計算的結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)有較好的符合性，從而提高在設計階段發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的可能性。

[1] 機械設計手冊編委會編著.機械設計手冊（第三版）第 4卷[M].化學工業(yè)出版社.1995.第24篇. 17-24.

[2] 席文進，付興元等.某越野車輛中央充放氣系統(tǒng)輪胎充放氣時間計算方法研究.汽車實用技術(shù)[J]. 2014（6）.

[3] 舒勇. 淺談某越野汽車中央充放氣系統(tǒng)的設計.汽車實用技術(shù)[J].2013（6）.

Calculation of CTIS of 8×8 Vehicle

Hu Yi, Zhang Jianguo
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

The Central Tire Inflation/Deflation System (CTIS) is used for tire pressure test, tire inflation and deflation whether trucks are moving or parking. The CTIS can improve the trucks pass-ability and travelling safety. The inflation/deflation time is key indicators of the system rationality appraisal. Based on the 8×8 vehicle, using the general calculation formula to calculate the inflation/deflation time, put forward the experiential coefficient combined with the trucks experiment data and calculation data, which can be used for calculating the time of tire inflation and deflation more accurate.

CTIS; inflation time; deflation time; experiential coefficient

胡軼，工程師，就職于江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心重型商用車研究院開發(fā)管理部負責重型商用車開發(fā)技術(shù)管理工作。

U463

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1671-7988 （2016）06-21-03