发动机制动和排气制动对客车制动稳定性的影响

徐凌飞 刘宫瑛

摘要：利用道路试验和理论分析的方法研究了发动机制动、排气制动工作时对客车前、后桥的制动力分配和制动稳定性的影响，发现客车在发动机制动和排气制动参与制动过程时，将形成两个同步附着系数点。两个同步附着系数的大小与持续制动形式、变速器档位和汽车行驶速度有关。由此表明持续制动系统的工作将使汽车的制动特性和稳定性发生很大的改变，必须在制动过程中给予足够的重视。

关键词：客车；发动机制动；排气制动；制动稳定性

目前中国山区大部分公路等级在三级到四级之间，上下行均为单车道，弯道很多，有时会遇到回头曲线，汽车在会车时或在弯道行驶时，特别是遇到回头曲线时，驾驶员必须利用主制动器进一步使车速降低。这时，由于持续制动系统（发动机制动或排气制动）工作，其制动力作用在后轮上，而主制动器又参与工作，其后轮的总制动力将由这两部分叠加产生，改变了原车制动力分配特性，也直接影响到汽车的制动稳定性。本文对发动机制动、排气制动的制动力对原车制动力分配的影响进行了定量分析。

1制动性能试验

发动机制动、排气制动过程中制动力矩的大小，受到发动机的额定功率、发动机的工作容积、行程、气门大小和气门定时、排气制动阀的安装位置等许多因素的影响，所以对于一种车型其发动机制动、排气制动扭矩的大小要通过实验进行测定。本文对安凯公司生产的HFF6810GDE5B客车进行实验分析，其主要技术参数如下：车宽为2420mm；车高为3220mm；最大总质量为10500kg，主减速器传动比为5.571；轮胎滚动半径为0.454m。试验在水平的沥青路面上进行，试验道路长度为2000m。通过试验得到变速器分别处于Ⅲ、Ⅳ档发动机制动、排气制动工作时汽车行驶车速随时间变化的曲线。同时为确定作用在车轮上的制动扭矩的大小，需要确定相应的空气阻力和滚动阻力的大小，为此，进行了空档滑行试验，得到汽车行驶车速随时间变化的曲线。

取t=f（V）为试验中速度随时间变化曲线的反函数，则汽车减速度随速度变化关系为

式中：J为制动减速度。根据汽车纵向受力情况，得在水平路面上制动状态下的动力学方程

式中：FB为制动力；Ff为滚动阻力；FW为空气阻力；Wi为相应档位的旋转质量换算系数；Ga为客车总质量。

对试验数据的处理、计算，得到发动机制动、排气制动的总制动力（包括空气阻力和滚动阻力）、空气阻力和滚动阻力随汽车行驶速度变化的关系曲线如图1所示，因此得到发动机制动、排气制动作用在车轮上的制动力随汽车行驶速度变化的关系曲线如图2所示。

2原车制动力分配

原车前、后轴制动力之间理想分配关系为

式中：Ga为汽车总质量；hg为质心高度；b为质心距后轴长度；Ftb1为前轮制动力；Ftb2为后轮制动力；L为轴距。

其理想分配曲线如图3中I曲线所示。但是，实际上大多数汽车（包括本文使用的试验车辆）的前、后轴制动力是按一个固定的比例分配的，其制动力分配系数为

得到该试验车的同步附着系数h0=0.635，其制动力分配曲线如图3中的U线所示。

3持续制动对制动力分配的影响

当采用了持续制动方式后，在原制动力分配不变的条件下，由于后轮制动力增加，使得前、后轴制动力的比例发生变化，这时，前、后轴制动力之间关系为

式中：FDB为持续制动装置作用在后轴的制动力。在式（2）中的制动力FB为试验过程中发动机制动、排气制动的制动力，即为持续制动装置的制动力，所以

由此可以看出，制动力分配与持续制动装置的制动力大小有关，而持续制动装置的制动力与制动方式、变速器档位和车速有关。因为在大部分山区道路上汽车正常下坡行驶的车速在30～40km/h之间，所以在此选择30km/h的行驶车速进行分析，得到车速30m/h，Ⅲ档、Ⅳ档发动机制动和排气制动作用时，汽车的前、后制动器产生的制动力的理想分配曲线如图3、4所示。这时，理想分配曲线与实际分配曲线有两个交点，形成两个同步附着系数，而同步附着系数与持续制动力、车辆结构参數之间的关系为

式中：h01为低同步附着系数点；h02为高同步附着系数点

4结果分析

由图4可以看出，由于发动机制动和排气制动参与工作，原车的制动力分配关系发生了很大的变化。理想分配曲线与实际分配曲线的交点由原来的一个变为两个，即现在出现两个同步附着系数，其中一个同步附着系数出现在地面附着系数很小时，而另一个同步附着系数低于原车的同步附着系数。这样，在附着系数很小或较大时，实际分配曲线在理想分配曲线之上。并且，Ⅳ档发动机制动，车速30km/h时使得汽车的同步附着系数由原来的0.635减小到0.582，而Ⅳ档排气制动，车速30km/h时同步附着系数减小到0.571，Ⅲ档发动机制动，车速30km/h时同步附着系数减小到0.468，而Ⅲ档排气制动，车速30km/h时同步附着系数减小到0.388。这样，在Ⅲ档、Ⅳ档发动机制动、排气制动工作时，汽车分别在附着系数小于0.582、0.571、0.468和0.388的道路上紧急制动时，才能保证汽车处于稳定状态。这样就使得制动过程中后轮首先抱死拖滑的可能性增加，影响汽车的制动安全性。同时，从理想分配曲线和实际分配曲线之间关系还可以看出，当地面附着系数过小时（在冰雪路面上），制动过程中会产生后轮先抱死的不稳定状态，这是由于后轮上已经有持续制动力作用，而且这个制动力已经非常接近地面附着极限，当主制动器再参与制动过程时，后轮制动力略有增加，就会导致车轮抱死而拖滑的产生。

5结语

本文分析结果表明，由于发动机制动和排气制动参与制动过程，使汽车产生两个同步附着系数，并且高同步附着系数点的附着系数值比原来有明显的下降，Ⅳ档发动机制动和排气制动工作，车速30km/h时，分别下降了8.3%和10.1%，Ⅲ档发动机制动和排气制动工作，车速30km/h时，分别下降了26.3%和38.9%，其下降的程度与持续制动方式、变速器的档位和汽车的速度有着直接的关系。所以，驾驶员在使用持续制动系统过程中需要利用主制动器进一步降低车速时，要充分考虑到同步附着系数下降可能带来的制动不稳定的安全因素。同时，也必须充分注意在地面附着系数很小时，由于持续制动系统的工作，汽车也很容易产生后轮抱死的不稳定制动状态。

参考文献：

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