重型货车行车制动装置失灵时应急制动装置设计

蒋开正

（四川职业技术学院 汽车工程系 四川 遂宁 629000）

1.引言

根据公安部交管局统计的全国发生的交通事故原因中，货车发生交通事故的原因排在第一位的是驾驶违章[1]，其次便是车辆的机械故障，而在各种车辆的机械故障中，制动失灵占据了相当高的比例[2]。重型货车制动失灵往往导致车毁人亡，甚至危及其他车辆和行人安全，发生重特大交通事故。为了尽可能防止汽车制动失灵[3]，并不断提高汽车的制动性能，汽车生产厂家不断对汽车制动系统进行改进，如增加排气制动器、发动机缓速器、电涡流缓速器、液力缓速器等汽车辅助制动汽车装置。采用了这些辅助制动装置后，汽车制动性能得到大大改善，但每年仍然由于制动系统气压管路漏气、制动摩擦片严重磨损、车轮制动器连续制动温度太高制动效能热衰等原因有大量的汽车出现汽车失灵的现象[4]，产生重大交通事故。汽车发生制动失灵时，驾驶员能够通过操作变速器强制降档（或抢档）利用发动机制动、合理使用手制动或借助地形、障碍物来擦滞等方式以及利用辅助制动装置使汽车减速停车，但此种操作方式和利用辅助制动装置使汽车减速停车的只能在比较长的制动距离下才能使车辆停下，如在路窄、下陡坡、车速比较高、以及其他车辆和行人多的情况下通常还是发生交通事故。并且目前绝大部分重型货车的驻车制动器与驱动车轮行车制动器是共用的，当出现制动摩擦片严重磨损、制动器热衰退产生制动失灵时，用驻车制动装置来减速停车就不可能了。鉴于以上情况，因此非常有必要在重型货车上设计汽车制动失灵时的应急制动装置，当汽车出现制动失灵时，应急制动装置自动起作用对汽车进行制动,在极短时间内使车辆停车，防止汽车失控，保证行车安全。

2.汽车制动失效时应急制动装置设计

本设计是在重型货车原气压制动系统基础上加装汽车制动失灵时应急制动装置。

2.1 应急制动装置系统结构设计

应急制动装置是在原气压制动系统增加的一套应急制动系统，其组成包括应急制动器、应急制动气压控制系统和电子控制系统，如图1所示。

图1 应急制动系统组成

（1）应急制动器

应急制动器安装在汽车传动轴上，采用简单非平衡式鼓式制动器，由驱动凸轮转动张开制动蹄压在制动鼓上对传动轴产生制动。

（2）应急制动气压控制系统

应急制动气压系统是在原气压制动系统基础上增加应急制动储气筒、应急制动控制阀和应急制动气室。

①应急制动储气筒：用以储存应急制动时的压缩空气，在发动机工作时，空气压缩机产生的压缩空气经过空气压干燥器、四回路保护阀、调压阀、单向阀进入应急制动储气筒。应急储气上安装有气压过低报警开关和限压阀。限压阀是起保护作用，当应急制动储气筒的气压过高，高到规定气压时，自动打开进行放气，以防止应急制动储气筒气压过高。

②应急制动继动阀：采用行车制动继动阀式结构，其作用是在汽车行车制动系统失效时，应急制动控制阀向应急制动继动阀输出控制气压，控制应急制动继动阀将制动储气筒的压缩空气输送给应急制动气室，使应急制动气室工作；未应急制动时，将应急制动气压及管路压缩空气排除。

③应急制动气室，采用膜片式制动气室，其作用是：当应急制动控制阀输送来压缩空气，应急制动气室内压缩空气推动膜片运动，膜片推动推杆运动，使应急制动器工作，产生应急作用。

（3）电子控制系统

电子控制系统包括传感器、ECU（Electric Control Unit）、执行器三部分，如图2所示。

图2 电子控制系统组成

①传感器

制动踏板信号传感器：采用滑动电阻式传感器，其作用是检查驾驶员操作制动踏板的状态，此信号输入ECU后经分析，判断车辆是否处于行车制动状态，并且还根据此信号强弱及信号的变化速率判定车辆是否处于常规的减速制动还是紧急制动等状态。

驱动轮转速传感器：采用电磁感应式转速传感器，其作用是检测驱动轮转速信号，此信号送入电脑后，电脑通过分析计算出车轮制动时的减速度。

应急制动储气筒气压过低报警开关：采用膜片式压力报警开关，其作用是当应急制动储气筒气压低于规定气压时，报警开关触点闭合，信号输入ECU,ECU输出指令进行报警。

②ECU：其作用是对传感器输入来的信号进行处理、分析计算，判定出行车制动系统是否失效，如果行车制动系统失效，ECU输出信号给应急制动控制阀执行应急制动。ECU组成如图3所示，由输入回路、微处理器（单片机）、输出回路系统通信电路及电源电路组成，其核心器件为单片机。

③执行器

应急制动控制阀：采用电磁阀式结构，其作用是执行ECU输出的应急制动指令，产生应急制动动着。当应急制动控制阀接收到ECU输送来的指令时，其内的电磁阀动着，将应急储气筒的压缩空气输送到应急制动控制阀，使应急制动继动阀工作，产生应急制动。同时还可以根据ECU输出指令的强弱，控制应急制动气压管路的大小，即应急制动强弱程度。

2.2 应急制动系统工作原理

在汽车起步之前以及在汽车行车过程中，应急制动储气筒充满恒定气压，如ECU监测到应急储气筒气压传感器送来信号反应气压低于规定值，输出指令给气压报警装置进行报警，提醒驾驶员及时对应急制动储气筒充满规定气压。在汽车行车制动时，电脑首先根据制动踏板信号确定车辆是否处于制动状态，如果是，再对送来的驱动车轮转速信号进行分析和计算出车轮制动减速度，同时还依据制动踏板信号的强弱判断行车制动装置是否失灵。如果没有失灵，ECU不输出信号给应急制动控制阀，应急制动装置不工作；如果失灵，ECU输出指令给应急制动控制阀，应急制动控制阀控制应急制动继动阀，应急制动装置工作，进行应急制动。在应急制动过程中，ECU根据驱动车轮制动时减速度大小，通过对应急制动控制阀输出指令信号的强弱，进行急制动管路气压大小进行调节，保证应急制动处于安全和最佳状态下。当应急制动使车辆停车后，驾驶员可以根据需要按下应急制动解除开关，通过ECU输出指令使应急制动解除。

3.总结

在载货汽车特别是重型货车原有气压制动装置的基础上增设行车制动失灵时的应急制动装置非常必要，在汽车在行车制动装置失灵情况时进行应急制动，保证车辆的人员安全。此应急制动装置在组成及控制原理方面并不复杂，因此切实可行。增加此应急制动装置会使汽车的制造成本稍有增加，但并不大，但从安全角度上考虑此应急制动装置产生的价值更大。此应急制动装置 还可以用于气压制动的客车上。