鄧希來，卿艷青，胡靜

（三一汽車制造有限公司，湖南 長沙 410100）

基于MATLAB的攪拌車制動性能分析與驗證

鄧希來，卿艷青，胡靜

（三一汽車制造有限公司，湖南 長沙 410100）

文章根據(jù)攪拌車制動時的受力分析，計算制動力分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動減速度和制動距離。借助MATLAB軟件校核制動穩(wěn)定性，并進(jìn)行相應(yīng)制動試驗。通過理論計算和制動試驗相結(jié)合，驗證車輛制動穩(wěn)定性和制動效能都能滿足制動法規(guī)要求。

攪拌車；制動性能；MATLAB；分析與驗證

CLC NO.:U461.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-106-03

引言

隨著車輛保有量的持續(xù)增加和人民生活水平的提高，對車輛的安全性能也提出更高的要求，其中制動系統(tǒng)性能對于整車安全性能尤為重要。本文借助MATLAB軟件，對某4×2攪拌車制動穩(wěn)定性和制動效能進(jìn)行分析，并通過制動試驗進(jìn)行驗證。

1 車輛基本配置

該車輛在水平路面上制動時的受力情況如圖1所示。圖中忽略了汽車的滾動阻力偶矩、空氣阻力以及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時產(chǎn)生的慣性力偶矩。

圖1 車輛基本配置

該車輛基本配置如表1：

2 制動系統(tǒng)計算

2.1 制動系統(tǒng)基本配置

該車行車制動采用Ⅱ型雙回路氣壓制動，制動器為前、后盤式，駐車制動為后軸彈簧氣室儲能制動，兼作為應(yīng)急制動，輔助制動為發(fā)動機排氣制動。

表1 車輛基本配置

該車盤式制動器初步選型如下：

表2 制動器主要參數(shù)

制動氣室初步選型如下：

表3 制動氣室主要參數(shù)

2.2 前、后制動器制動力分配系數(shù)β

該車輛的前、后制動器制動力之比為固定值。

前制動器制動力：式中：PC為制動氣室氣壓（MPa）。后制動器制動力：

前、后制動力分配系數(shù)β：

式中：Fμ為前、后制動器總制動力（N）。

2.3 同步附著系數(shù)φ0

滿載和空載工況下同步系數(shù)根據(jù)下式計算：

根據(jù)式（4）計算，滿載和空載的同步附著系數(shù)分別為：

同步附著系數(shù)表示只有在該附著系數(shù)路面，才能使前后、后車輪同時抱死，小于該附著系數(shù)路面，前輪先抱死，大于該附著系數(shù)路面，后輪先抱死。

2.4 制動效能計算

為了防止后軸側(cè)滑和前輪失去轉(zhuǎn)向能力，汽車在制動過程中最好既不出現(xiàn)后軸車輪先抱死的危險工況，也不出現(xiàn)前軸車輪先抱死或前、后車輪都抱死的工況。所以，應(yīng)當(dāng)以即將出現(xiàn)車輪抱死但沒有任何車輪抱死時的制動減速度作為汽車能產(chǎn)生的最高制動減速度[1]。

1）滿載工況

該車滿載同步附著系數(shù)為0.56，在附著系數(shù)0.7路面上制動時，后輪將先抱死。

最大制動減速度可按下式：

式中：

Ua0——車輛初速度，取30m/s2；

t21——制動器制動協(xié)調(diào)時間，取0.22s；

t22——制動器制動力增長時間，取0.28s。

2）空載工況

該車空載同步附著系數(shù)為0.45，在附著系數(shù)0.7路面上制動時，后輪將先抱死。

最大制動減速度可由式（5）計算

初速度為30m/s2的制動距離按式（6）計算：

以上可看出，在滿載和空載情況下的制動減速度和制動距離均滿足制動標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 制動穩(wěn)定性校核

1）利用附著系數(shù)與制動強度

前軸的利用附著系數(shù)按下式求出[2]：

后軸的利用附著系數(shù)按下式求出：

根據(jù)式（7）、式（8），利用MATLAB軟件編程，繪制滿載和空載工況下，前、后軸利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線φf、φr，見圖2和圖3。

2）制動法規(guī)曲線

為了保證制動時汽車的方向穩(wěn)定性和有足夠的制動效率，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會制定的ECE R13制動法規(guī)和我國GB 12676對雙軸車輛前、后制動器制動力的分配都提出以下技術(shù)要求[3]，如下：

1）車輛在φ值處于0.2與0.8之間的制動強度應(yīng)滿足：

2）當(dāng)制動強度z處于0.15-0.30之間時，各車軸的利用附著系數(shù)曲線位于由方程：

所確定的兩條平行的理想附著系數(shù)利用曲線之間；

3）當(dāng)制動強度z≥0.30時，后軸利用附著系數(shù)需滿足：

根據(jù)以上要求，利用MATLAB軟件編程，繪制出滿載和空載工況下，由式（9）、（10）、（11）、（12）確定的關(guān)系曲線，與前、后軸利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線繪制在同一張圖中，見圖3和圖4：

圖2 利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線（滿載）

圖3 利用附著系數(shù)與制動強度的關(guān)系曲線（空載）

從圖3、圖4中通過觀察比較可看出，車輛處于滿載和空載兩種狀態(tài)下，前、后制動力分配均符合法規(guī)要求。

3 制動試驗

圖4 制動測試曲線（滿載）

圖5 制動測試曲線（空載）

將該車發(fā)往某試驗場水泥地面進(jìn)行制動性能試驗，相關(guān)測試曲線如圖4、圖5。

制動測試結(jié)果記錄如表1：

表1 制動測試結(jié)果

從測試曲線和測試結(jié)果看出，該車制動距離、制動減速度和制動穩(wěn)定性均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

制動系統(tǒng)作為車輛安全的重要保障，應(yīng)計算制動穩(wěn)定性和制動性能，同時還應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)制動試驗。本文通過理論計算和制動試驗相結(jié)合，證明該攪拌車制動穩(wěn)定性和制動效能都能滿足制動標(biāo)準(zhǔn)要求。本文所用方法對后續(xù)同類型車輛制動系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的借鑒作用。

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社.2001.07.

[2] 余志生.汽車?yán)碚摰?版[M].北京：機械工業(yè)出社.2011.09.

[3] 楊柳,錢立軍.客車制動性能優(yōu)化設(shè)計 [J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2007（4）：23-26.

Analysis and Verification of Mixer Truck Braking Performance based on MATLAB

Deng Xilai, Qing Yanqin, Hu Jing
（Sany Automobile Manufacturing Co. Ltd, Hunan Changsha 410100）

According to the mechanical analysis of the mixer truck, this paper calculate the braking force distribution coefficient, the synchronous adhesion coefficient, braking deceleration and braking distance, then check the braking stability with the help of MATLAB software. And then something braking test are put to. Through the combination of theoretical calculation and braking test, it is verified that the braking stability and braking performance of the vehicle can meet the requirements of braking regulations.

Mixer Truck; Braking performance; MATLAB; Analysis and verification

U461.3

A

1671-7988 (2017)13-106-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.036

鄧希來（1984-），男，大學(xué)本科，工程師，就職于三一汽車制造有限公司，研究方向為專用汽車機械結(jié)構(gòu)設(shè)計研發(fā)。