汽车制动系统性能分析及优化设计

刘成

摘 要：汽车制动系统是汽车安全系统中关键的组成部分之一。其主要功能是控制汽车在停车时有一个稳定减速的过程，同时还可以让汽车停止时不受坡道的影响而能够在斜坡路面上停车。汽车制动系统中以气压动力制动最为常见，普遍应用于中重型卡车。该文首先对汽车制动系统的组成与分类进行介绍，研究汽车制动系统的工作原理，分析汽车制动性能，以卡车为研究对象优化设计其汽车轴间制动力的分配，使卡车制动系统能与整车之间进行良好的匹配。

关键词：制动系统 气压动力制动 卡车 轴间制动力分配

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）-05（a）-0091-01

目前在中重型卡车上所应用的制动系统绝大部分都是使用气压制动系统，气压制动能够使卡车这种大型车量在刹车到停车的过程有一个缓冲，以降低卡车行驶惯性。气压动力制动以制动阀、制动踏板等原件组成，卡车的气压自动装置安装在汽车后轮位置，通过气压控制强力弹簧对汽车进行制动。

1 汽车制动系统工作原理

汽车制动系统工作原理以气压制动装置为例，当驾驶者未进行制动时，前后制动气室分别经制动阀和快放阀与大气相通，而与储气罐的压缩空气进行隔绝，此时汽车正常行驶。当驾驶者可以通过操作制动脚踏板控制制动阀时，制动阀切断前后制动气室与大气相通的通道，同时接通储气罐的压缩空气通道，在压缩空气的气流作用下使汽车的前后制动器与车轮产生摩擦，产生制动。

2 汽车制动性能分析

汽车制动性能主要从制动效能、恒定性和稳定性三个方面进行分析。

（1）制动效能。

汽车制动系统的功能是能够让汽车在行驶中迅速减速停止和使汽车可以停留在斜坡之上的装置。因此，其制动效能的标准要求对汽车制动距离和制动减少时间符合汽车安全性能。

（2）恒定性。

汽车在高速行驶状态下进行制动和汽车制动装置连续工作或者长时间工作，其保持性能的恒定性是其主要的评测性能之一。

（3）稳定性。

汽车制动的效果要求在制动过程中，汽车不发生偏移、侧滑、打转等问题，所以汽车制动系统制动的稳定性对于汽车驾驶的安全非常关键。

3 汽车制动优化设计

卡车气压制动系统普遍存在压力响应速度慢的问题，因此，在对汽车制动性能进行分析后，对于气压制动汽车制动优化目标可以确定为对气压响应速度和最大压力的响应方面的优化。

（1）气压制动优化内容。

在气压制动系统中，分析其工作原理，在忽略漏气情况下，其前后储气筒可视为恒压源。由此可对其几个基本部件进行建模，其中包括双腔制动阀、继动阀、制动气室、气压管路四个部分。

双腔制动阀：双腔制动阀是制动系统中的主控，在驾驶员进行制动控制时，踏板信号经制动阀转换成压力信号。制动阀力学过程包括增加阶段、保压阶段和减压阶段。制动阀模型以影响制动阀动态响应的参数为参数，包括：活塞回位弹簧刚度、阀门弹簧刚度和排气间隙等。

继动阀：继动阀是制动阀与制动气室连接的控制阀，其包含供气口、出气口、排气口和控制气口四个管路接口。

制动气室：制动气室控制室内气压进而推动推杆控制制动器。制动气室控制方程为：

气压管路：气压管路为气体压力传输通道，管路控制方程为：

优化汽车制动系统的目标是提升气压制动系统的压力响应速度和系统的最大压力响应。根据气压制动系统优化内容确定优化模型参数，模型参数以重卡性能参数为例。

（2）气压制动优化设计。

系统优化选取3种仿真数据，进行比对分析，分别对充气延长时间、排气延长时间和最大稳定压力进行优化比对。以计算气压制动充气延长时间为例：

充气延长时间计算：

充气时间总和=（0.200+0.355+......+0.167）=5.933；

各水平充气延长时间：

=（0.200+0.355+......+0.407）=3.322；

=（0.202+0.166+......+0.174）=1.480；

=（0.209+0.070+...

...+0.167）=1.131；

压力响应速度优化：

目前，卡车压力响应速度通常为0.5～0.9 s，这一速度使得卡车的制动距离过长，对于车辆制动的安全性具有一定的影响。

通过对气压制动优化模型参数的优化分析，在充气延长时间上，制动阀下腔回位弹簧刚度、继动阀回位弹簧刚度对充气延时有重要影响，所以确定制动阀下腔回位弹簧刚度值取10N/mm，继动阀回位弹簧刚度值取10N/mm。在排气延长时间上制动阀下腔排气间隙、继动阀排气间隙对排气延迟时间有重要影响，所以确定制动阀下腔排气间隙值取1.5mm、继动阀排气间隙间隙值取1.5mm。

最大压力响应优化：

通过对气压制动优化模型参数的优化设计，气压制动系统最大压力响应因素主要来自，前制动气室容积、制动阀平衡弹簧强度和制动阀上腔排气间隙。

经过优化模型演示经过优化的压力响应速度可降低到0.3～0.5 s，起到了提升压力响应速度优化的目的。

4 结语

该文对汽车制动系统共性能进行分析，以卡车气压制动系统结构和作用原理为模型进行制动系统性能优化，根据制动系统结构，优化内容包括：双腔制动阀、继动阀、制动气室、气压管路。在对其进行优化时，优化的标准是提升气压制动系统的压力响应速度和系统的最大压力响应，通过模拟优化结果对提升汽车的制动性能具有一定的可行性。

参考文献

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