高溫杰，王旭東，郇浪浪，靳連兵，柳建國(guó)

氣壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化設(shè)計(jì)

高溫杰，王旭東，郇浪浪，靳連兵，柳建國(guó)

（陜西汽車(chē)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

隨著商用車(chē)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛安全性的要求越來(lái)越高。制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間是評(píng)價(jià)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，研究縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的方案意義重大。試驗(yàn)表明，通過(guò)優(yōu)化氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的選型及布置能有效提升制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，縮短制動(dòng)距離，提高整車(chē)安全性。文章從氣壓制動(dòng)系統(tǒng)管路布置及優(yōu)化選型等多方面進(jìn)行分析，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)論證影響制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的因素，固化一些優(yōu)化方案。

制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間；管路優(yōu)化；制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)距離

引言

近年來(lái)，我國(guó)交通運(yùn)輸和物流業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了掛車(chē)運(yùn)輸行業(yè)的技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，客戶也對(duì)安全性提出了更高要求。制動(dòng)系統(tǒng)作為車(chē)輛安全性的保障顯得尤為重要[1-2]。

目前，大部分商用車(chē)采用氣壓制動(dòng)，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)輸出的壓縮空氣為制動(dòng)能源，由控制管路連接各種控制閥，執(zhí)行管路連接相關(guān)制動(dòng)執(zhí)行單元組成的全車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制裝置、傳輸裝置和制動(dòng)器組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。

對(duì)于ABS系統(tǒng)，氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間大約為0.5 s～0.9 s，這個(gè)數(shù)據(jù)下的制動(dòng)距離對(duì)駕駛者的生命安全造成極大威脅，不利于行車(chē)安全，因此優(yōu)化制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間意義重大。

1 氣壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間理論分析

GB 12676中對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的定義為：從開(kāi)始促動(dòng)行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置到最不利的車(chē)軸上的制動(dòng)力達(dá)到規(guī)定的相應(yīng)制動(dòng)效能所經(jīng)歷的時(shí)間。其中規(guī)定，從開(kāi)始促動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置至制動(dòng)氣室的壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)最大壓力值的75%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)0.6 s。

制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間受多方面因素影響[3-4]，具體見(jiàn)表1（本文不討論環(huán)境溫度對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的影響）。

表1 影響因素

序號(hào)影響因素 1制動(dòng)踏板空行程 2制動(dòng)管路長(zhǎng)度 3制動(dòng)管路內(nèi)徑 4管路接頭形式 5管路壓力

1.1 制動(dòng)踏板空行程

制動(dòng)踏板空行程過(guò)長(zhǎng)，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間隨之增大，制動(dòng)踏板空行程過(guò)小，行車(chē)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)因振動(dòng)導(dǎo)致不必要的制動(dòng)介入，影響司機(jī)正常駕駛。合適的空行程可適當(dāng)縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，重型卡車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)踏板空行程一般在17 mm～25 mm。

1.2 制動(dòng)管路長(zhǎng)度

制動(dòng)管路長(zhǎng)短對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間有較小影響，主要與閥類(lèi)部件布置等多方面因素有關(guān)。當(dāng)然，制動(dòng)管路過(guò)長(zhǎng)在一定程度上會(huì)使制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)[5]，所以在閥體布置時(shí)，應(yīng)使制動(dòng)管路盡可能短。

1.3 管徑的大小

ABS系統(tǒng)與EBS系統(tǒng)工作原理不同，其控制管的管徑對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的影響也存在差異。對(duì)于ABS系統(tǒng)，采用氣控氣型式，制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)總閥通道開(kāi)啟，氣體從總閥輸出口至前后模塊控制口；對(duì)于EBS系統(tǒng)，采用電控氣（氣控備用）型式，制動(dòng)時(shí)，前后模塊內(nèi)置電磁閥直接導(dǎo)通，模塊進(jìn)、出氣口通道開(kāi)啟，實(shí)施制動(dòng)。

表2 常見(jiàn)制動(dòng)管路外徑

常用管徑/mm 控制管6,8 供能管12,16

管徑的增大會(huì)使截面流量增大，氣體流經(jīng)管路所用的時(shí)間減少，但實(shí)際儲(chǔ)氣筒至閥體的管路與控制管路較長(zhǎng)時(shí)，大管徑所需要的用氣量增加，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間也會(huì)增大。根據(jù)實(shí)車(chē)測(cè)試，管徑大小不同，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間差異在80 ms～250 ms[6]。

目前，重型卡車(chē)儲(chǔ)氣筒至前、后模塊進(jìn)氣口多采用雙管設(shè)計(jì)，前橋管路直徑12 mm，后橋管路直徑16 mm，ABS系統(tǒng)控制管路管徑采用直徑12 mm，以縮短行車(chē)制動(dòng)時(shí)壓縮氣體至氣室的時(shí)間。儲(chǔ)氣筒至前、后模塊進(jìn)氣口管路在連接儲(chǔ)氣筒時(shí)，由于儲(chǔ)氣筒接口數(shù)量有限需要增加三通接頭時(shí)，應(yīng)避免兩根管路連接同一三通接頭。有相關(guān)試驗(yàn)表明，圖1中的管路布置較圖2對(duì)響應(yīng)時(shí)間的效果差一些，若圖中直徑16的供氣管路分別從兩個(gè)儲(chǔ)氣筒取氣效果會(huì)更好。

圖1 儲(chǔ)氣筒相同口取氣

圖2 儲(chǔ)氣筒不同口取氣

1.4 管路接頭形式

制動(dòng)管路是制動(dòng)系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，主要對(duì)制動(dòng)元件的連接，考慮制動(dòng)管路可靠性與拆裝便利性，氣壓制動(dòng)管路普遍采用快插式制動(dòng)管路接頭?？觳迨街苿?dòng)管路接頭有VOSS230與VOSS232兩種系列，VOSS230接頭是由接頭、六角接頭座、卡環(huán)、密封圈組成，VOSS232由接頭和集成式六角接頭座組成。

快插式管路接頭根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為3種形式：直通接頭、彎通接頭、直角接頭，其余類(lèi)似T型接頭、H型接頭、Y型接頭等均可歸為以上三類(lèi)。不同類(lèi)型的接頭氣阻不同。為縮短氣阻，在管路設(shè)計(jì)的過(guò)程中不可一度布置追求美觀性，應(yīng)盡量采用直通接頭連接管路。有相關(guān)試驗(yàn)表明，直角接頭較直通接頭氣阻約增大1倍。

1.5 管路壓力

隨著車(chē)輛電氣化普及與國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，整車(chē)的布置受到極大的挑戰(zhàn)。為此，國(guó)內(nèi)主流主機(jī)廠多通過(guò)提高整車(chē)制動(dòng)壓力來(lái)解決該問(wèn)題[7]。目前，重卡車(chē)型制動(dòng)系統(tǒng)壓力可達(dá)1.2 MPa，管路壓力提高后，可加快部分管路建壓時(shí)間，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間明顯提升，但同時(shí)也對(duì)空氣壓縮機(jī)與管路的強(qiáng)度、密封性提出了比較高的要求。

2 氣壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化

本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)多種制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，分析中橋與后橋在不同設(shè)計(jì)狀態(tài)下制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的差異。

2.1 設(shè)計(jì)狀態(tài)分析

試驗(yàn)車(chē)為我司新開(kāi)發(fā)的某6×4牽引車(chē)，設(shè)計(jì)狀態(tài)制動(dòng)系統(tǒng)采用四通道ABS系統(tǒng)，后橋控制模塊采用單供能管，管徑為16 mm，中、后橋ABS電磁閥進(jìn)氣口采用直角接頭，如圖3所示。按照GB 12676規(guī)定的測(cè)試方法，用0.2 s左右的時(shí)間急踩制動(dòng)，測(cè)取制動(dòng)氣室氣壓達(dá)到規(guī)定值所需要的時(shí)間，并進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，擬合制動(dòng)踏板最大行程所需時(shí)間與氣室氣壓達(dá)到規(guī)定值所需時(shí)間的關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖3 中、后橋ABS閥接頭設(shè)計(jì)狀態(tài)

表3 設(shè)計(jì)狀態(tài)響應(yīng)時(shí)間結(jié)果

傳感器位置響應(yīng)時(shí)間/s 中橋左氣室0.68 中橋右氣室0.65 后橋左氣室0.63 后橋右氣室0.66

原設(shè)計(jì)狀態(tài)下，中橋與后橋的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間均大于0.6 s，不滿足法規(guī)要求。對(duì)原車(chē)方案進(jìn)行優(yōu)化并測(cè)試，具體方案如下。

2.2 優(yōu)化方案一

對(duì)后橋模塊按照?qǐng)D4所示結(jié)構(gòu)增加一個(gè)供能管進(jìn)行論證[8-9]，車(chē)輛狀態(tài)如表4所示。

表4 方案一管路狀態(tài)

管路形式管路管徑/mm 后橋控制模塊雙供能管16+16（雙管） 中、后橋ABS入口接頭直角接頭

按照2.1中的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，得出制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間結(jié)果如表4所示。將表3與表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，中橋響應(yīng)時(shí)間縮短0.09 s，后橋響應(yīng)時(shí)間縮短0.07 s，且已滿足法規(guī)要求。試驗(yàn)共采集六組有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，后橋左氣室響應(yīng)時(shí)間擬合曲線如圖4所示。

表5 方案一制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間結(jié)果

傳感器位置響應(yīng)時(shí)間/s 中橋左氣室0.58 中橋右氣室0.55 后橋左氣室0.59 后橋右氣室0.56

圖4 后橋左氣室測(cè)試數(shù)據(jù)

試驗(yàn)證明，通過(guò)增加后橋控制模塊供能管可有效縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。EBS車(chē)型后橋模塊更改為雙供能管后較單供能管可縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間約0.1 s。對(duì)同平臺(tái)車(chē)型前橋模塊雙供能管與單供能管制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)對(duì)比可知前模塊采用雙供能管也可有效縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。

2.3 優(yōu)化方案二

以方案一后橋控制模塊雙供能管的狀態(tài)為基礎(chǔ)，將中、后橋ABS控制閥入口處接頭由直角接頭改為135°彎通接頭進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試狀態(tài)如表6所示，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

圖5 中、后橋ABS閥接頭優(yōu)化狀態(tài)

表6 方案二管路狀態(tài)

管路形式 后橋控制模塊雙供能管16+16（雙管） 中、后橋ABS入口接頭135°彎通接頭

表7 方案二制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間結(jié)果

傳感器位置響應(yīng)時(shí)間/s 中橋左氣室0.53 中橋右氣室0.51 后橋左氣室0.54 后橋右氣室0.50

將表5與表7的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，中、后橋制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間均縮短0.06 s，后橋左氣室響應(yīng)時(shí)間擬合曲線如圖6所示。試驗(yàn)表明，將直角接頭更換為135°彎通也可有效縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。

圖6 后橋左氣室測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)兩種優(yōu)化方案狀態(tài)下的試驗(yàn)車(chē)滿載以初速度60 m/s進(jìn)行制動(dòng)距離測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表8所示。試驗(yàn)表明，縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間可一定程度縮短制動(dòng)距離，提高行車(chē)安全性。

表8 制動(dòng)距離測(cè)試結(jié)果

車(chē)輛狀態(tài)制動(dòng)距離/m 設(shè)計(jì)狀態(tài)27.9 優(yōu)化方案一27.4 優(yōu)化方案二26.8

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該6×4牽引車(chē)進(jìn)行多角度優(yōu)化，分析影響氣壓制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的因素，并進(jìn)行理論及試驗(yàn)測(cè)試分析，可得到縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的較優(yōu)方案，滿足法規(guī)0.6 s要求，提升行車(chē)安全性。通過(guò)本次制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化，為后續(xù)車(chē)型的設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有重要意義。

[1] 門(mén)育鵬,楊慧敏,戴君.制動(dòng)減速度與制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的匹配設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析[J].汽車(chē)科技,2021(01):58-62.

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Optimal Design of Response Time of Pneumatic Braking System

GAO Wenjie, WANG Xudong, HUAN Langlang, JIN Lianbing, LIU Jianguo

( Shaanxi Automotive Group Technology Center, Shaanxi Xi’an 710200 )

With the development of commercial vehicles, consumers are increasingly demanding vehicle safety. Braking response time is an important indicator for evaluating the performance of pneumatic braking systems, and it is of great significance to study solutions to shorten the braking response time. The test shows that by optimizing the selection and layout of the pneumatic braking system, the braking response time can be effectively improved, the braking distance can be shortened, and the safety of the entire vehicle can be improved. The article analyzes the pipeline layout and optimization of the pneumatic brake system, and combines the test data to demonstrate the factors that affect the braking response time, and solidify some optimization schemes.

Brake response time; Pipeline optimization; Brake system; Braking distance

U463.5

A

1671-7988(2022)02-65-04

U463.5

A

1671-7988(2022)02-65-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.002.016

高溫杰，男，就職于陜西汽車(chē)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，從事重卡制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)相關(guān)工作。