N2类载货汽车制动力分配系数的选择

贺祖伟

（东风神宇车辆有限公司商品企划部）

N2类载货汽车作为一种重要的运输工具，在载货车中占有很大的比例，被广泛地运用于社会的各个领域。随着社会的发展和人民生活水平的提高，终端用户对载货汽车使用的安全性越来越重视。GB7258—2012规定：载重≥12 t的货车需安装防抱死制动装置（ABS），而对N2类货车则没有该项要求。由于成本原因，国内绝大多数的用户对此类车型是不要求安装ABS的，为了保持整车制动中的稳定性，就必须使汽车在常用路面上制动时出现前轮先抱死或前后轮同时抱死的稳定工况，避免后轮先抱死这种不稳定工况的出现[1]。文章从相关法规要求出发，推导出了制动器制动力分配系数（β）的选取方法，保证了整车制动时的效能和稳定性，为设计人员在整车设计时提供了一种便捷的计算方法。

1 制动稳定性

制动稳定性是指汽车在制动过程中维持直线行驶的能力或按预定弯道行驶的能力，它包括不发生跑偏、侧滑和不失去转向的要求，而β的选择直接关系到侧滑情况的出现。

对于没有装配制动防抱死装置或制动力调节装置的载货汽车，其前后轮β通常是固定的，其定义如下：

式中：Fu1，Fu2——前后制动器制动力，N。

制动过程中要满足前后轮同时抱死，前后制动器制动力必须满足以下关系[2]：

式中：b——整车质心到后轴距离，m；

L——轴距，m；

G——整车重力，N；

hg——整车质心高度，m。

由式（2）可以看出，理想的前后轮同时抱死时的制动力分配关系与质心位置、轴距和整车重量有关系，很明显，整车空载和满载下前后轮制动力分配关系是不同的，如图1所示。

图1中，β线表示实际制动力分配曲线，I线与β线交点对应的地面附着系数为同步附着系数（φ0）。

由图1可以看出，空载φ0比满载φ0要小得多。当路面附着系数φ＜φ0时，前轮先抱死侧滑；反之后轮先抱死侧滑。由式（1）可知，在整车结构一定时，通过合理选择β可以改变φ0。

2 制动力分配系数（β）的选择

要保证汽车制动安全，β要满足以下要求[3]：

1）满足制动效能要求；2）保证制动效率；3）保证制动时方向的稳定性。

2.1 GB 7258—2012法规要求

在φ≥0.7的路面上，以初速度30 km/h制动，制动距离（Sc）应满足：Sc≤9.0 m（空载），Sc≤10.0 m（满载）。理论上，Sc为：

式中：v——制动初速度，取30 km/h；

t——制动完全释放时间，按两轴车，取0.8 s；

J——制动减速度，m/s2。

根据定义，前轮制动效率（Ef）如式（5）所示。

式中：Z——制动强度；

Φf——前轴利用附着系数。

由式（5）可得出前轮在即将抱死时的最大制动强度（Jf）为：

由式（4）和（6）可推导出前轮先抱死时满足Sc所需要的β要求为：

2.2 GB 12676—1999法规要求

1）在φ∈[0.2，0.8]范围内，对于 N 类汽车，Z 必须满足：

由式（5）和（8）可推导出前轮先抱死时β需满足以下条件：

2）Z为0.15～0.30时，汽车处于各种载荷状态时，前轴的附着系数利用曲线应位于后轴的附着系数利用曲线之上。由此可知，当φ0≥0.3时，即满足该条法规要求。即：

为了满足整车制动距离、制动强度和稳定性要求，在空满载状态下，β必须同时满足式（7）、（9）和（10），这样既满足了制动强度，又保证了制动的稳定性。

文章以某轻型载货车为例，说明β如何选取，其结构参数，如表1所示。

表1 某轻型载货车结构参数

在满载状态下，将该车型相应参数分别代入式（7）、（9）、（10），对应于各种不同路面 β 下的计算结果，如表2所示。

表2 满载时不同路面附着系数对应的制动力分配系数（β）计算值

取以上 3种情况下 β的交集，得：β满载∈[0.41，0.60]。同理，可求得空载状态下β的取值范围为：β满载∈[0.52，0.73]。

最后由 β空载∩β满载得到最终的 β取值范围为0.52≤β≤0.60，即β在该范围内，无论是空载还是满载，制动时都能满足相应的法规要求，且能保证在常用路面上制动时方向的稳定性。这样，在进行制动系统设计时，就可以根据现有制动器的具体结构参数，在此范围内选择合适的β值。比如β取0.54，则满载时：φ0=0.84，大于各种常用行驶路面的附着系数，保证前轮先抱死；空载时，φ0=0.47，也能保证在各种常见的湿滑路面（冰/雪/湿滑土路）上前轮先抱死，确保行车安全。

3 结论

文章从 GB 7258—2012和 GB 12676—1999法规中有关制动方面的法规要求出发，结合N2类载货汽车常用的行驶路况，得出了β的选取方法。通过该方法选取的β值同时满足了整车制动效能和制动稳定性的要求。整车设计中，常规的β选取方法是参照竞品或者设计时先选取某一数值，然后再进行法规校核，看是否满足法规要求，若不符合，再对β的选值进行调整，直到满足法规要求为止，费时费力。而文章提出的β参数的选取方法，在最初制动系统设计时就已经考虑了法规要求，节约了设计人员后续法规校核的时间，提高了设计效率。