黃玉平 曹石 李志杰 李國朋

濰柴動力股份有限公司，中國·山東 濰坊 261061

1 研究背景

載重汽車因其載重量大、運輸效率高等獨特優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，如采礦、煤炭、建筑、林業(yè)等等[1-2]。汽車工業(yè)代表著一個國家工業(yè)發(fā)展的最高水平，是國家工業(yè)最具附加值，并可實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟效益的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)[3]。汽車的廣泛應(yīng)用無疑給人類社會帶來了巨大的經(jīng)濟效益和便利，但同時也成為威脅人類財產(chǎn)安全的重大隱患，嚴重危害了人類的生命安全。據(jù)統(tǒng)計，在所有交通事故中，由于車輛的機械故障造成交通事故的比例大約占總量的5%，而由于汽車的制動原因引起的事故占機械故障交通事故總量的60%左右，可見車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全性能方面具有極為重要的作用[4]。

近年來，中國的檢測機構(gòu)、汽車生產(chǎn)廠家及汽車研究所投入了大量的人力物力致力于汽車制動性能的失效檢測和分析。孫穎和姚寶鋼在制動失效的前提下，分別研究了前軸抱死及后軸抱死兩種情況下車輛的運行情況，得出后軸先抱死對車輛穩(wěn)定性行駛影響較大[5]。楊開英、畢長青等通過研究汽車零件失效分析知識的構(gòu)成，給出了汽車零件失效分析的知識模型[6]。葉挺學(xué)者指出復(fù)合制動氣室失效90%是由漏氣引起的，分析了產(chǎn)生漏氣的各種原因及應(yīng)對措施[7]。馬恩學(xué)者在大量試驗的基礎(chǔ)上分析膜片式制動氣室和推桿行程之間的關(guān)系，最終得出了推桿的最佳工作行程[8]。何力學(xué)者利用仿真軟件MWorks 對制動氣室和整個制動系統(tǒng)建模分析，得出制動氣室的氣室壓力與踏板之間的關(guān)系[9]。

縱觀近年來的文獻資料，目前對駐車制動系統(tǒng)的研究已經(jīng)趨于成熟，在前人的研究成果之上，使對工作過程中單個零部件失效導(dǎo)致制動系統(tǒng)故障的研究成為可能。

2 整車制動系統(tǒng)

2.1 制動原理

駐車制動系統(tǒng)的重要作用是能把車長時間停駐在一個固定位置上，甚至是固定在斜坡上[10]。中重型車其行車制動通常采用氣剎的方式，駐車制動通常采用斷氣剎的方式。該類制動方式是用大力彈簧處于常剎車狀態(tài)，鎖住整車傳動軸，整車起步前，拉下駐車手剎，駐車制動系統(tǒng)進行充氣，等氣壓值達到一定范圍時頂開彈簧，車輛才能起步，制動系統(tǒng)氣壓一般是通過發(fā)動機驅(qū)動空氣壓縮機進行打壓實現(xiàn)的。

2.2 制動系統(tǒng)氣壓控制

通常情況下，發(fā)動機啟動后司機通過踩油門來提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，從而加快空壓機工作，實現(xiàn)快速充氣。車輛行駛過程中如果某些原因造成制動氣壓減小到上述閾值，制動彈簧會重新將傳動軸鎖死，此時如果車輛正在行駛，會由于突然制動使整車失控。

這種車的駐車制動系統(tǒng)平時是用大力的彈簧處于常剎車狀態(tài)，車輛要行駛的時候，駕駛員松手剎就是一個充氣的動作，必須達到一定的氣壓才能頂開彈簧。常規(guī)剎車是手剎鎖住傳動軸，腳剎時由壓縮空氣進入制動氣室鎖住車輪。當(dāng)駕駛員操縱手動制動閥時，芯管在彈簧作用緊靠操縱凸輪，此時，進氣閥關(guān)閉，排氣閥開啟，出氣口經(jīng)芯管和排氣口通大氣，同時復(fù)合制動氣室中的儲能制動氣室也經(jīng)快放閥通大氣，于是汽車處于駐車制動狀態(tài)。駐車制動氣室推桿最大行程比行車制動推桿最大行程一般大10%，因此，當(dāng)行車制動推桿已移到最大行程，但卻由于制動器間隙過大而未能實現(xiàn)完全制動時，可以使駐車制動氣室放氣，利用儲能彈簧助力，進一步推出行車制動推桿，以實現(xiàn)完全制動。

3 安全隱患

對于大功率發(fā)動機匹配的整車，如牽引車、自卸車、大型客車等，其行車制動通常采用氣剎的方式，駐車系統(tǒng)通常采用“斷氣剎”的方式。無論是氣剎還是斷氣剎的方式，都與制動系統(tǒng)氣壓息息相關(guān)。整車制動系統(tǒng)氣壓偏低行車制動的制動效果會減弱或失效，造成駕駛員踩下制動踏板時無法有效的控制車速，特別是車輛滿載高速行駛時，更難使車輛快速制動。當(dāng)制動系統(tǒng)氣壓減小到一定閾值時駐車制動的斷氣剎激活，制動彈簧會立刻將傳動抽鎖死，如果此時車輛在高速行駛，會造成車輛失控，甩尾或側(cè)翻等。

4 制動系統(tǒng)安全行駛控制方法

4.1 獲取制動系統(tǒng)氣壓

獲取氣壓的方式一般有兩種，一種是將氣壓傳感器進入ECU，ECU 根據(jù)獲取的電信號獲得當(dāng)前的氣壓值。另一種方式是將氣壓傳感器接到其他控制器上，該控制器通過報文的形式將制動系統(tǒng)氣壓發(fā)給ECU。

4.2 判斷氣壓信號的可信性

如果是第一種氣壓獲取方式，要判斷傳感器是否故障，氣壓的物理值是否正確；如果是第二種獲取方式，要判斷報文傳送是否超時，保溫內(nèi)容是否正確等。如果氣壓信號可信則執(zhí)行下面的步驟，如果不可信，報出相應(yīng)故障，觸發(fā)故障燈提醒駕駛?cè)藛T。

4.3 根據(jù)氣壓大小查對應(yīng)的限制扭矩CUR

圖1 流程圖

根據(jù)氣壓大小查對應(yīng)的限制扭矩CUR，如果氣壓正常則獲得的限制扭矩不會對當(dāng)前發(fā)動機的需求扭矩進行限制。隨著氣壓的減小，獲得的限制扭矩會逐漸減小，以此來限制發(fā)動機的輸出功率，從而降低車速，并且判斷氣壓信號可信后實時將氣壓值顯示在儀表盤上提醒司機。

4.4 判斷當(dāng)前氣壓是否小于標(biāo)定量1

判斷當(dāng)前氣壓是否小于標(biāo)定量1，且氣壓的變化率小于標(biāo)定量2，當(dāng)滿足上述條件則激活輔助制動，輔助制動包括ABS、緩速器或者排氣制動等，激活何種輔助制動可根據(jù)客戶需求合理標(biāo)定，如果不滿足步驟4.4 的判斷條件則繼續(xù)執(zhí)行4.3。

其中，標(biāo)定量1 的數(shù)值應(yīng)稍大于斷氣剎激活的氣壓值，標(biāo)定量2 一般為小于等于0 的數(shù)值，標(biāo)定此時氣壓小于標(biāo)定量1的閾值后仍有減小趨勢。圖1為該控制方法的邏輯流程圖。

5 結(jié)語

在當(dāng)前制動系統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上，筆者研究的主要內(nèi)容是實現(xiàn)車輛制動系統(tǒng)故障的自動控制，可有效解決和防止重型汽車因制動系統(tǒng)氣壓過低而造成的剎車失靈及傳動系統(tǒng)鎖死等問題，提高了行車安全性。