一种制动低气压报警装置的设计

商孟涛，张庆良

(1.邯钢能源中心，河北 邯郸 056015;2.邯郸职业技术学院 机电系，河北 邯郸 056001)

0 引言

汽车是国民经济发展的重要推动力量，根据工业和信息化部统计，2012年中国汽车工业总产值5.29万亿元［1］，超过国民生产总值的10%。随着汽车工业的飞速发展，与汽车相关的交通事故也频繁发生，危害人民的生命财产安全。据公安部交通管理局通报，中国汽车保有量到2012年6月份为1.14亿辆，占世界汽车保有量的10%，但道路交通事故死亡率却超过了16%。三超一疲劳:超速、超员、超载、疲劳驾驶是中国道路交通事故的主要杀手。其中的超员是对客车载客量提出的;超载是对货车载货量提出的。其他因素，例如车辆的机械故障也不容忽视，加之由于三超一疲劳更加剧了车辆出现机械故障的机率。尤其是对客车和货车，机械故障例如制动失效后的危害更大。

1 制动系统报警要求

制动系统是汽车底盘的重要组成部分，按照制动能源不同区分，可将制动系统分为人力制动、伺服制动、动力制动系统，并可对其中的工作介质再加以细分，如表1所示［2］。

由于主车和拖车间的连接装置简单，因而气压作为制动能源的制动系统广泛应用于客车和货车上［3］，本文讨论了一种应用气压作为制动能源的制动低气压报警装置。

根据GB 7258－2012机动车运行安全技术条件［4］的7.9.3要求“采用气压制动的机动车，当制动系统的气压低于起步气压时，报警装置应能连续向驾驶人发出容易听到或看到的报警信号”。

使用气压作为制动能源的车辆，如果制动气压低于最低允许值时，则制动系统无法正常工作进而危及行车安全，因此必须装设低气压报警装置。报警装置由传感器和报警灯、蜂鸣器组成。低气压报警装置安装于制动系统的贮气筒上;报警灯、蜂鸣器则安装于仪表板上。当贮气筒气压低于最低允许值时，柱塞在弹簧作用下移动而将控制电路接通，报警灯亮、蜂鸣器发声。

2 气压制动系统

以一汽解放CA1091型汽车的双回路气压制动系统为例，图1给出了其制动系统的组成［5］。

图1 CA1091双回路气压制动系统

空气压缩机①将压缩空气经单向阀③压入湿贮气筒⑥，之后经由三通管⑧和单向阀⑩、[14]分别进入贮气筒的前、后腔(前、后腔由贮气筒中的双虚线隔开);贮气筒的前腔与串列双腔式制动阀[15]的上腔相连，可向后制动气室[12]、[13]供气，贮气筒的后腔与串列双腔式制动阀[15]的下腔相连，可向前制动气室④、[16]供气。贮气筒的前腔、后腔分别与双指针式气压表[17]的2个传感器腔相连接，气压表分别指示贮气筒前腔、后腔气压。贮气筒后腔还通过气管(图中未显示)与单向阀③相连，当该气腔气压增大到最高值时，单向阀使空气压缩机空转而停止向湿贮气筒供气。贮气筒的最高压力设置为0.8MPa。

3 低气压传感器

低气压传感器可以使用膜片式，应用对压力敏感的薄膜;也可使用压阻式压力传感器，应用硅晶体的压阻效应。无论应用何种方式，基本思路均为将气体压力变化转换为电路的导通与截止［6］。低气压报警监测模块中的传感器为机械式传感器，工作状态如图2所示。

图2 机械式传感器工作状态

机械式低气压传感器的工作原理为:贮气筒通过外螺纹与传感器外⑧相连，贮气筒内气体通过滤清器⑤流入，柱塞②由粗细不同的两段组成，如果粗直径段与电极⑦接触，则接通电极连接的电路。当车辆空气压缩机工作时，柱塞在气体压力及压紧弹簧①和回位弹簧④的作用下向外侧移动。当气压为允许值时，柱塞细直径段正对电极，不接通电极连接的电路，如图2(a)所示。当贮气气压高于允许值时，由于柱塞向外侧移动，仍为细直径段正对电极，不接通电极连接的电路，如图2(b)所示。当贮气筒气压低于允许值时，由于柱塞受到气体压力不足，在压紧弹簧与回位弹簧作用下，柱塞粗直径段与电极接触，接通电极连接的电路，如图2(c)所示。

4 低气压报警装置电路

低气压报警装置将设置于贮气筒上的低气压传感器与振荡电路和声光电路相连。在点火开关闭合情况下，当贮气筒内气压高于允许值时，低气压传感器处于断开状态，报警装置电路无工作电压而不工作;当贮气筒气压低于允许值时，柱塞将电极接通，低气压传感器处于闭合状态，报警装置电路开始通电，并发出声光信号，电路原理如图3所示。

图3 低气压报警装置电路原理图

报警装置电路组成为:时基集成电路IC1及其外围元件构成低频振荡电路;时基集成电路IC2及其外围元件构成声光振荡电路;发光二极管LED;压电陶瓷式蜂鸣器HTD。由图3可知，低频振荡电路可对声光振荡电路进行调制。当IC1的OUT管脚为高电平时，IC2开始工作，其OUT管脚为高电平，LED点亮，HTD发出声音;当IC1的OUT管脚为低电平时，IC2复位，其OUT管脚为低电平，LED不点亮，HTD不发出声音。因而在IC1的OUT管脚脉冲信号电压调制下，IC2控制的LED闪烁，HTD断续发声。

经实际装车测试，发现2个问题。一是车辆起动后，气压制动系统内压力不足，因此LED闪烁，HTD断续发声，有司机反映这是对驾驶员的干扰。考虑到气压上升需要时间，通过在图3所示电路点火开关后加装延时装置解决此问题，一般1分钟延时即可。二是HTD断续发声时音量过小，通过给HTD加装助音腔可加以解决。

5 结束语

指出了车辆制动失效后的危害，总结了制动系统报警要求。针对一汽解放CA1091型汽车，给出了安装于贮气筒上低气压报警系统的设计方案，解释了机械式低气压传感器的工作状态，给出了报警装置的外接电路，阐述了其设计思路。

［1］ 2－01320年汽h车ttp工业经济运行情况［EB/OL］.(2013－01－29)［2013－08 n1136］8.223/15:1/3/8w8w41w..hmtmiilt..gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/

［2］ 罗青东.重型商用汽车制动失效特性及报警技术的研究［D］.西安:长安大学，2010.

［3］ 吴景铼.气压制动系统建模及其稳健性设计［D］.武汉:华中科技大学，2009.

［4］ 中华人民共和国国家标准.GB7258－2012，机动车运行安全技术条件［S］.2012.北京:中国标准出版社，2012.

［5］ 陈家瑞.汽车构造［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［6］ 2代00洪6.车辆气压制动安全保护装置的试验研究［J］.中国农机化，，23(1):83－84.