蔣開正

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系 四川 遂寧 629000）

1.引言

根據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)的全國(guó)發(fā)生的交通事故原因中，貨車發(fā)生交通事故的原因排在第一位的是駕駛違章[1]，其次便是車輛的機(jī)械故障，而在各種車輛的機(jī)械故障中，制動(dòng)失靈占據(jù)了相當(dāng)高的比例[2]。重型貨車制動(dòng)失靈往往導(dǎo)致車毀人亡，甚至危及其他車輛和行人安全，發(fā)生重特大交通事故。為了盡可能防止汽車制動(dòng)失靈[3]，并不斷提高汽車的制動(dòng)性能，汽車生產(chǎn)廠家不斷對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，如增加排氣制動(dòng)器、發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器、電渦流緩速器、液力緩速器等汽車輔助制動(dòng)汽車裝置。采用了這些輔助制動(dòng)裝置后，汽車制動(dòng)性能得到大大改善，但每年仍然由于制動(dòng)系統(tǒng)氣壓管路漏氣、制動(dòng)摩擦片嚴(yán)重磨損、車輪制動(dòng)器連續(xù)制動(dòng)溫度太高制動(dòng)效能熱衰等原因有大量的汽車出現(xiàn)汽車失靈的現(xiàn)象[4]，產(chǎn)生重大交通事故。汽車發(fā)生制動(dòng)失靈時(shí)，駕駛員能夠通過操作變速器強(qiáng)制降檔（或搶檔）利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、合理使用手制動(dòng)或借助地形、障礙物來擦滯等方式以及利用輔助制動(dòng)裝置使汽車減速停車，但此種操作方式和利用輔助制動(dòng)裝置使汽車減速停車的只能在比較長(zhǎng)的制動(dòng)距離下才能使車輛停下，如在路窄、下陡坡、車速比較高、以及其他車輛和行人多的情況下通常還是發(fā)生交通事故。并且目前絕大部分重型貨車的駐車制動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)車輪行車制動(dòng)器是共用的，當(dāng)出現(xiàn)制動(dòng)摩擦片嚴(yán)重磨損、制動(dòng)器熱衰退產(chǎn)生制動(dòng)失靈時(shí)，用駐車制動(dòng)裝置來減速停車就不可能了。鑒于以上情況，因此非常有必要在重型貨車上設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)失靈時(shí)的應(yīng)急制動(dòng)裝置，當(dāng)汽車出現(xiàn)制動(dòng)失靈時(shí)，應(yīng)急制動(dòng)裝置自動(dòng)起作用對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng),在極短時(shí)間內(nèi)使車輛停車，防止汽車失控，保證行車安全。

2.汽車制動(dòng)失效時(shí)應(yīng)急制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是在重型貨車原氣壓制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝汽車制動(dòng)失靈時(shí)應(yīng)急制動(dòng)裝置。

2.1 應(yīng)急制動(dòng)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

應(yīng)急制動(dòng)裝置是在原氣壓制動(dòng)系統(tǒng)增加的一套應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)，其組成包括應(yīng)急制動(dòng)器、應(yīng)急制動(dòng)氣壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)組成

（1）應(yīng)急制動(dòng)器

應(yīng)急制動(dòng)器安裝在汽車傳動(dòng)軸上，采用簡(jiǎn)單非平衡式鼓式制動(dòng)器，由驅(qū)動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)張開制動(dòng)蹄壓在制動(dòng)鼓上對(duì)傳動(dòng)軸產(chǎn)生制動(dòng)。

（2）應(yīng)急制動(dòng)氣壓控制系統(tǒng)

應(yīng)急制動(dòng)氣壓系統(tǒng)是在原氣壓制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒、應(yīng)急制動(dòng)控制閥和應(yīng)急制動(dòng)氣室。

①應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒：用以儲(chǔ)存應(yīng)急制動(dòng)時(shí)的壓縮空氣，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過空氣壓干燥器、四回路保護(hù)閥、調(diào)壓閥、單向閥進(jìn)入應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒。應(yīng)急儲(chǔ)氣上安裝有氣壓過低報(bào)警開關(guān)和限壓閥。限壓閥是起保護(hù)作用，當(dāng)應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒的氣壓過高，高到規(guī)定氣壓時(shí)，自動(dòng)打開進(jìn)行放氣，以防止應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒氣壓過高。

②應(yīng)急制動(dòng)繼動(dòng)閥：采用行車制動(dòng)繼動(dòng)閥式結(jié)構(gòu)，其作用是在汽車行車制動(dòng)系統(tǒng)失效時(shí)，應(yīng)急制動(dòng)控制閥向應(yīng)急制動(dòng)繼動(dòng)閥輸出控制氣壓，控制應(yīng)急制動(dòng)繼動(dòng)閥將制動(dòng)儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣輸送給應(yīng)急制動(dòng)氣室，使應(yīng)急制動(dòng)氣室工作；未應(yīng)急制動(dòng)時(shí)，將應(yīng)急制動(dòng)氣壓及管路壓縮空氣排除。

③應(yīng)急制動(dòng)氣室，采用膜片式制動(dòng)氣室，其作用是：當(dāng)應(yīng)急制動(dòng)控制閥輸送來壓縮空氣，應(yīng)急制動(dòng)氣室內(nèi)壓縮空氣推動(dòng)膜片運(yùn)動(dòng)，膜片推動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，使應(yīng)急制動(dòng)器工作，產(chǎn)生應(yīng)急作用。

（3）電子控制系統(tǒng)

電子控制系統(tǒng)包括傳感器、ECU（Electric Control Unit）、執(zhí)行器三部分，如圖2所示。

圖2 電子控制系統(tǒng)組成

①傳感器

制動(dòng)踏板信號(hào)傳感器：采用滑動(dòng)電阻式傳感器，其作用是檢查駕駛員操作制動(dòng)踏板的狀態(tài)，此信號(hào)輸入ECU后經(jīng)分析，判斷車輛是否處于行車制動(dòng)狀態(tài)，并且還根據(jù)此信號(hào)強(qiáng)弱及信號(hào)的變化速率判定車輛是否處于常規(guī)的減速制動(dòng)還是緊急制動(dòng)等狀態(tài)。

驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速傳感器：采用電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器，其作用是檢測(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，此信號(hào)送入電腦后，電腦通過分析計(jì)算出車輪制動(dòng)時(shí)的減速度。

應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒氣壓過低報(bào)警開關(guān)：采用膜片式壓力報(bào)警開關(guān)，其作用是當(dāng)應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒氣壓低于規(guī)定氣壓時(shí)，報(bào)警開關(guān)觸點(diǎn)閉合，信號(hào)輸入ECU,ECU輸出指令進(jìn)行報(bào)警。

②ECU：其作用是對(duì)傳感器輸入來的信號(hào)進(jìn)行處理、分析計(jì)算，判定出行車制動(dòng)系統(tǒng)是否失效，如果行車制動(dòng)系統(tǒng)失效，ECU輸出信號(hào)給應(yīng)急制動(dòng)控制閥執(zhí)行應(yīng)急制動(dòng)。ECU組成如圖3所示，由輸入回路、微處理器（單片機(jī)）、輸出回路系統(tǒng)通信電路及電源電路組成，其核心器件為單片機(jī)。

③執(zhí)行器

應(yīng)急制動(dòng)控制閥：采用電磁閥式結(jié)構(gòu)，其作用是執(zhí)行ECU輸出的應(yīng)急制動(dòng)指令，產(chǎn)生應(yīng)急制動(dòng)動(dòng)著。當(dāng)應(yīng)急制動(dòng)控制閥接收到ECU輸送來的指令時(shí)，其內(nèi)的電磁閥動(dòng)著，將應(yīng)急儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣輸送到應(yīng)急制動(dòng)控制閥，使應(yīng)急制動(dòng)繼動(dòng)閥工作，產(chǎn)生應(yīng)急制動(dòng)。同時(shí)還可以根據(jù)ECU輸出指令的強(qiáng)弱，控制應(yīng)急制動(dòng)氣壓管路的大小，即應(yīng)急制動(dòng)強(qiáng)弱程度。

2.2 應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

在汽車起步之前以及在汽車行車過程中，應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒充滿恒定氣壓，如ECU監(jiān)測(cè)到應(yīng)急儲(chǔ)氣筒氣壓傳感器送來信號(hào)反應(yīng)氣壓低于規(guī)定值，輸出指令給氣壓報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，提醒駕駛員及時(shí)對(duì)應(yīng)急制動(dòng)儲(chǔ)氣筒充滿規(guī)定氣壓。在汽車行車制動(dòng)時(shí)，電腦首先根據(jù)制動(dòng)踏板信號(hào)確定車輛是否處于制動(dòng)狀態(tài)，如果是，再對(duì)送來的驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算出車輪制動(dòng)減速度，同時(shí)還依據(jù)制動(dòng)踏板信號(hào)的強(qiáng)弱判斷行車制動(dòng)裝置是否失靈。如果沒有失靈，ECU不輸出信號(hào)給應(yīng)急制動(dòng)控制閥，應(yīng)急制動(dòng)裝置不工作；如果失靈，ECU輸出指令給應(yīng)急制動(dòng)控制閥，應(yīng)急制動(dòng)控制閥控制應(yīng)急制動(dòng)繼動(dòng)閥，應(yīng)急制動(dòng)裝置工作，進(jìn)行應(yīng)急制動(dòng)。在應(yīng)急制動(dòng)過程中，ECU根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪制動(dòng)時(shí)減速度大小，通過對(duì)應(yīng)急制動(dòng)控制閥輸出指令信號(hào)的強(qiáng)弱，進(jìn)行急制動(dòng)管路氣壓大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證應(yīng)急制動(dòng)處于安全和最佳狀態(tài)下。當(dāng)應(yīng)急制動(dòng)使車輛停車后，駕駛員可以根據(jù)需要按下應(yīng)急制動(dòng)解除開關(guān)，通過ECU輸出指令使應(yīng)急制動(dòng)解除。

3.總結(jié)

在載貨汽車特別是重型貨車原有氣壓制動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上增設(shè)行車制動(dòng)失靈時(shí)的應(yīng)急制動(dòng)裝置非常必要，在汽車在行車制動(dòng)裝置失靈情況時(shí)進(jìn)行應(yīng)急制動(dòng)，保證車輛的人員安全。此應(yīng)急制動(dòng)裝置在組成及控制原理方面并不復(fù)雜，因此切實(shí)可行。增加此應(yīng)急制動(dòng)裝置會(huì)使汽車的制造成本稍有增加，但并不大，但從安全角度上考慮此應(yīng)急制動(dòng)裝置產(chǎn)生的價(jià)值更大。此應(yīng)急制動(dòng)裝置 還可以用于氣壓制動(dòng)的客車上。