轻卡双回路气制动系统设计

宋心雷

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

轻卡双回路气制动系统设计

宋心雷

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

气制动系统在轻卡上的运用非常广泛。主要针对广泛运用在轻卡1045-1083车型上典型的双回路气制动系统管路装置进行研究。介绍了气制动管路装置的整体结构和工作原理，然后针对各零部件进行了详细的结构说明和设计要点，最后以轻卡某款代号为B1150车型为例，对整车制动性能做出了计算分析。

双回路气制动系统

Abstract:Pneumatic brake system is widely used in light truck. In this paper, a typical double circuit pneumatic brake system is studied for the widely used light truck 1045-1083 model. This paper introduces the structure and working principle of air brake pipe device, and then a detailed description of the structure and design points for each component, and finally to a light card codenamed B1150 models as an example, to make a calculation and analysis of vehicle braking performance.

Keywords: dual circuit pneumatic brake system

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-95-04

引言

使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些作用统称为汽车制动。

现有的轻卡制动系统按照制动能量的传动传输方式分为液压式和气压式两种。液压制动制动灵敏，快捷，但是制动力相对较小，一般用于轿车和小型客车。气压制动系统结构复杂，制动反应时间长，制动力大，多用于大型汽车上。现阶段轻卡1045-1083车型广泛采用气压制动。

轻卡上运用的气制动系统大多采用三种结构形式，分别是双回路气压制动系统，带双回路保护阀的气制动系统和带四回路保护阀的气制动系统 。本文主要研究的是双回路气压制动系统。

1 双回路气制动系统说明

1.1 双回路气制动系统的布置设计

轻卡典型的双回路气压制动系统如图1所示。

工作原理：发动机启动后带动空气压缩机①工作，这时空压机①至卸荷阀②间的管路内气压迅速升高，当气压超过卸荷阀②的开启压力时，气体就会通过卸荷阀②流进主储气筒③，再经过单向阀⑦流进双腔并联式副出气筒⑧，随着空压机的工作，主、副储气筒内的气压开始升高，当储气筒内气压大于额定值(一般0.8MPa左右)时，卸荷阀②开始工作即经空气压缩机过来气体直接通过卸荷阀排到大气中，此时空压机①至卸荷阀②间的压力为0MPa，即空压机无负荷工作，提高了发动机功率的利用率。当驾驶员需要制动踩下制动踏板⑩时，气体通过双腔串联制动阀⑨和快放阀⑫分别流进前后制动气室⑪，气室⑪的膜片受压后推动制动器的凸轮轴撑开制动蹄实施整车制动。当驾驶员抬起制动踏板解除制动时，气室⑪内气体会及时通过快放阀⑫排到大气中，制动蹄在回位弹簧的作用下回位以解除制动。当驾驶员连续制动，储气筒内气压过低时，低压报警器就会开始报警以提醒驾驶员此时储气筒内气压过低。当卸荷阀出现故障不能排气时，储气筒内的气压会一直升高，但当该气压大于设定值，安全阀④就会打开急速排气。当储气筒内水分过多时可以通过放水阀⑤排除。

图1

1.2 主要零部件的结构形式及设计要求

1.2.1 制动踏板

目前轻型商用车中，轻卡的制动踏板种类比较多，但本体结构都相同，选用时首先考虑考虑是否需要双触点开关，然后考虑踏板的安装尺寸及对应的助力器推杆长度等。

图2 气制动踏板

新开发的踏板一般会有标杆对照，有的话需严格对标。若要进行变更，结构方式要参考现有踏板的成熟结构，保证其可靠性。

1.2.2 各种阀类

1.2.2.1 制动阀

制动阀的作用是在双回路制动系统的制动过程和释放过程中实现灵敏的随动控制。

工作原理：

当踩下制动踏板时，脚力通过杠杆传到顶杆，于是，顶杆座施加制动力，推动活塞c下移，关闭排气阀门d，打开进气门j，从11口来的压缩空气到A腔，随后从21口输出到制动管路Ⅰ，同时气流经孔D到达B腔，作用在活塞f上，使活塞f下行，关闭排气阀门h，打开进气门g，由12口的压缩空气到达C腔，从22口输出到制动管路Ⅱ。

解除制动时，进气阀门j和g关闭，排气阀门d和h打开，21口、22口的气压分别经排气门d和h从排气口3排回大气。

当第一回路失效时，阀门总成e推动活塞f向下移动，关闭排气阀门h，打开进气阀门g，使第二回路正常工作；当第二回路失效时，不影响第一回路正常工作。

由于第一回路先行工作，所以常将第一回路用于后制动。

图3 制动阀内部结构

1.2.2.2 卸荷阀

目前轻卡所用卸荷阀阀体结构均相同，只是进出气接头有变化。

图4 卸荷阀外形图

图5 卸荷阀内部结构

用途：能自动调节制动系统的工作压力，防止气路过载，除去水、油等污染物

工作原理：

1）充气过程：空压机→1口→ B腔→e →21

2）卸荷过程：

空压机→1口→B腔→E腔→膜片C上移（810KPa）→阀d 打开→K下移→排气门i打开。

3）制动后充气过程：当21口下降60－130（Kpa）→ 膜片C下移→K上移→排气门i 关闭。

卸荷阀的作用是合理调节充入储气筒的空气气压。

1.2.2.3 快放阀

图6 快放阀外形图

图7 快放阀内部结构

快放阀可以迅速地将制动气室中的气压排入大气，以便迅速解除制动。

1.2.3 储气筒

轻卡所适用的储气筒有两种型式，一是独立一体，即筒身内部无隔板；二是合二为一，即表面看是一个储气筒，其实筒身内部有隔板，是两个储气筒合成一体。

表1 储气筒的容量对整车制动的用气量的影响

为保证双回路控制系统的独立性，在储气筒之间加装四回路保护阀，使得前、后制动用储气筒的气压高与 0.6～0.63MPa左右时才向驻车用储气筒和其他气路用储气筒充气。储气筒的气压达到上述压力值方可出车。储气筒上装有安全阀，储气筒底装有放水阀。

设计储气筒时应重点考虑储气筒的容积在系统匹配中是否满足 GB12676的要求及储气筒自身的强度及接口密封性等。

2 设计计算

下面以轻卡某代号为B1150车型为例对制动性能的计算做说明。

2.1 制动器参数

前制动器规格Φ320×100（调整臂长110mm）；

后制动器规格Φ320×100（调整臂长125mm）。

2.2 制动器制动力矩计算

表2

由上表可见，前桥制动力矩为：11940.5Nm 后桥制动力矩为：11752.6Nm

2.3 制动力分配计算

实际制动力分配系数常用前制动器制动力与总制动器制动力之比来表示：

?

整车参数：

图8

2.4 空、满、超载情况下理想前后制动力分配

理想制动力分配计算原则是保证前、后轮制动器同时抱死，即：前、后轮制动器制动力

之和等于附着力，并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即满足以下公式：

其中：G：整车总质量，

g：重力加速度，取9.8m/s2，

hg：质心高度，

ψ：地面附着系数，(理想状态下，q=ψ)

L2：前轴荷/总质量×轴距

L1：后轴荷/总质量×轴距

L：轴距

?

图9

同步附着系数：ψ0=(Lβ-L2)/hg

?

从曲线表中可以看出：

（1）汽车在空载的时候没有附着系数，这就表示在空载制动时总是后轮先抱死；

（2）汽车在满载时的同步附着系数为0.543，这就表示汽车此状态在附着系数大于0.543的路面上制动时，实际制动力分配曲线(β线)位于理想制动力分配曲线(I线)之上，总是后轮先抱死，当路面附着系数小于 0.543时，β线位于 I曲线下方，制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；只有在附着系数等于0.543的路面上制动，汽车的前后轮才能同时抱死，这是一种稳定工况，但也丧失了转向能力；

（3）汽车在超载时的同步附着系数为0.628，分析同第二条。

2.5 空、满载制动效率

图10

由上图表可知，当ψ=0.6时，B1150空载时的后轴制动效率Er约等于0.718，这表明后轮不抱死时，汽车最多只利用了可供制动的附着力的71.8%，即其制动减速度不是0.6g，而只有0.6×0.718g=0.4308g。

2.6 满载时的制动效能

国标规定在以v=60Km/h的初速度紧急制动时，平均减速度要求j≥5m/s2

由以上计算可得总制动力为：77327N

则满载时候的制动加速度为：77325/5000>g，所以能满足制动要求

见对照表，除了超载时，地面附着系数在0.9与1的时候地面对前轮制动力矩大于前制动器制动力矩，车轮不能抱死以外，别的工况前后车轮都能抱死。其中地面附着系数一般取0.7-0.8，车轮不抱死情况可以不予考虑。

此车型制动完全能满足要求。

图11

3 结论

双回路气制动系统结构简单，反应迅速，制动效果好，而且成本也不高，因而广泛运用在轻卡上。

通过理论计算，采用双回路气制动系统的车型制动完全能满足要求。而且经过市场验证，反馈其制动性能也非常良好。

在设计过程中不仅要注意零部件之间的合理匹配，而且要考虑到整车的一些参数，如质心位置以及前后轴荷分配等，必要时可以和总布置设计人员一起共同确定这些整车参数，以达到良好的制动效果。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M]北京:机械工业出版社,2004.

[2] 余志生.汽车理论（第三版）.北京:机械工业出版社,2004.

[3] 卢秉恒.机械制造技术基础.北京:机械工业出版社,2000.

[4] 张洪欣.汽车设计.北京:机械工业出版社,1998.

The design of air brake system for light-card double-loop

Song Xinlei
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-95-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.033

宋心雷（1986-），男，助理工程师。就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型车研究所，主要从事汽车产品研发技术管理工作。