某商用车制动系统优化分析及测试

沈亮 苏乐乐 马鑫杰

沈亮

毕业于太原理工大学，研究生学历，中级工程师职称，现就职于中国重汽集团济南特种车公司（技术中心），主要从事整车底盘分系统产品研发及新技术应用。已发表论文《基于CREO的4×4重型汽车Top-down设计方法》发明第一作者的实用新型专利3篇。

摘要：制动性能的优劣直接决定着车辆的操控及驾驶安全。本文通过优化制动系统的反应时间，利用VBOX设备记录对比分析数据。结果表明，合理的储气筒容积、管径大小、后桥双继动阀的选型布置均能有效地缩短制动距离，提高车辆安全性。其研究成果为工程师指明了设计方向，利于工程实际应用。

关键词：制动系统;制动距离;反应时间;储气筒;管径;继动阀

中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（ 2021） 06-0028-04

Optimization Analysis And Testing Of A Commercial Vehicle

Brake System

SHEN Liang， SU Le-Ie， MA Xin-jie（China National Heavy Duty Truck Group Jinan Special Vehicle Co.， Ltd. Jinan 25000， China）

Abstract： The pros and cons of braking performance directly determines the handlingand driving safety of the vehicle. In this paper， by optimizing the reaction time of the brakingsystem， the VBOX equipment is used to record comparative analysis data. The results showthat reasonable air reservoir volume， pipe diameter， and rear axle double relay valve selectionand arrangement can effectively shorten the braking distance and improve vehicle safety. Theresearch results point out the design direction for the engineer， which is conducive to thepractical application of the project.

Key Words： Braking System; Braking Distance; Reaction Time; Air Reservoir; PipeDiameter; Relay Valve

目前，国内外商用车的制动系统仍以气压制动方式为主，气制动系统主要由空压机、储能装置、阀类、管路及制动器组成，其制动过程分为四个阶段：一是反应阶段，驾驶员从发现危险到决定紧急制动，同时将脚移到制动踏板的过程;二是制动力增加阶段，制动力从零增加到实现汽车最大减速度的过程;三是制动力持续阶段，车辆达到最大减速度后，恒减速至停车的过程。四是释放制动力阶段，即驾驶员松开制动踏板直到制动力完全消除的过程。本文旨在某4x2车型上探究气制动系统某些组件的布置或选型对上述制动过程第二阶段的影响趋势并加以试验验证。

1 试验仪器设备

本次试验用到的是英国RACELOGIC公司生产的一套汽车性能测试系统（型号：VBOX 3i），包含：VBOX 3i、雪茄点烟器适配器、GPS磁性天线、制动踏板触发器、4通道频率输入模块和气压传感器等。

2 影响因素分析

影响气制动系统的因素[1]有很多，在此，本文列举出储气筒容积、管径大小、后桥双继动阀布置进行分析试验。

2.1 试验车原始实验数据

为分析各因素的影响效果，我们选取了某4×2二类底盘商用车进行试验研究，其制动原理图如图2所示。由图可知：后桥行车制动回路用儲气筒为40L+30L，后桥行车制动回路采用一个继动阀实现快放快充，其继动阀的控制回路采用Φ8xl的聚酰胺管。

根据国家标准GB 12676《汽车制动系统结构、性能和试验方法》之规定：汽车制动反应时间是指对于安装气压（包括液压）制动装置的车辆，在0.2s内急踩制动时，从制动踏板动作起至最不利的制动气室压力达到其稳态值的75%时所经历的时间不得超过0.6s[2]。故我们采集记录前后气室响应时间及压力达到其稳态值（试验车制动系统稳压ImPa）的75%时的建压时间。

试验数据显示：后桥气室响应时间0.29s，后桥气室建压时间0.6s;前桥气室响应时间0.14s，前桥建压时间0.86s。

2.2储气筒容积影响分析

为研究不同容积的储气筒对制动反应的影响，试验将后桥行车制动回路中的30L储气筒换成40L进行对比试验。

试验数据显示：后桥气室响应时间0.20s，后桥气室建压时间0.54s，相较原车响应时间缩短了0.09s，建压时间缩短了0.06s，所以增加储气筒容积对缩短制动反应时间有利，但增加储气筒容积不利于车辆在气压从零开始升至起步气压的用时，GB7258规定：采用气压制动的机动车，发动机在75%的额定转速下，4min内气压表的指示气压应从零开始升至起步气压[3]。故设计人员需要合理匹配。

2.3管径大小影响分析

试验车制动系统均采用（空压机到四回路保护阀采用钢管除外）聚酰胺管，为研究不同管径对制动反应的影响，试验将后桥行车继动阀的控制气管Ф8xl改为中6xl和Ф12×1.5进行对比试验。因继动阀控制管为信号管，只会影响气室的响应时间，故数据只记录响应时间的数据。试验数据显示：行车继动阀的控制气管为Ф6xl时，后桥气室响应时间0.44s;行车继动阀的控制气管为中12×1.5时，后桥气室响应时间0.17s。

同时结合经验公式，根据文献[4]知管道沿程压力损失计算公式为：

△pm =

（1）

式中：Apm——管道沿程压力损失（Pa）;

r——摩擦阻力系数;

R-管道的水力半径（m）;

v-管道内空气平均流动速度（ m/s）;

p-空气的密度（kg/m3）;

t——管道长度（m）。

综合试验和理论：在管路压力不变情况下，较大内径管路的沿程压力损失越小，即在一定范围内能够有更好的压力响应特性，但管径越大，管路容积较大，故设计人员需合理选型匹配。

2.4后桥双继动阀布置影响分析

为研究后桥双继动阀布置[5]对制动反应的影响，试验将后桥行车继动阀由一个改为两个，左右纵梁对称布置，实现每个继动阀只负责给单侧的制动气室充气。

试验数据显示：后桥气室响应时间0.15s，后桥气室建压时间0.47s，相较单继动阀，双继动阀布置在响应时间缩短了0.14s，气室建压时间缩短了0.14s，验证了后桥双继动阀布置的有效性。

综合上述，合理的选型及布局有利于提升制动反应时间，缩短制动距离。针对试验车，在增加行车储气筒容积后，制动气室的响应时间及建压时间均有所提升;在现有聚酰胺管管径选型上，较大的管径有利于气体的流通;后桥双继动阀的布局加快了气室的反应速度。

3 优化组合成果

上述列举的三种影响因素均能影响制动系统的反应时间，根据影响趋势，将试验车的制动系统进行优化：后桥行车制动回路中储气筒换成40L、后桥行车继动阀的控制气管规格改为Φ12×1.5和采用后桥双继动阀布置。下面通过VBOX记录仪进行试验对比，进而更直观地展现成果。

由表1和表2对比不难得出，经过优化组合后的车辆在发动机脱开的0型试验中，制动距离上缩短了0.97m;在发动机接合的O型试验中，制动距离上缩短了0.55m。

4 结论

本文结合大量试验基础研究，总结出常规气制动布局下的优化制动反应时间的方法，归纳出上述三大影响因素的影响趋势，即通过增大储气筒容积、制动管路的管径及采用双继动阀的布局可提升整车的制动性能。针对现在通过电子制动系统（ EBS）来缩短制动距离的方法，考虑到成本情况下，该方法对工程师在设计阶段有着现实指导意义。

参考文献：

[1]张哲，陈玉忠，董红磊，等.制动管路尺寸对制动系统性能影响的研究[J]机械设计与制造，2018，27 （4）：26-29.

[2]中国汽车技术研究中心等.GB/T 12676-2014商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法[S].北京：中国标准出版社，2014.

[3]公安部道路交通安全研究中心等.GB 7258-2017机动车运行安全技术条件[S].北京：中国标准出版社.1986.

[4]续魁昌，风机手册[M].北京：机械工业出版社，1999：576-632.

[5]王红星.采用双继动阀、双进气管路的行车制动装置和车辆：中国，ZL201420408951.8[P].2014-11-19.

專家推荐语

冉清华

厦门金龙联合汽车工业有限公司试制试验中心

底盘设计、车型总布置专业 高级工程师

本文通过实车测试，验证了在商用车气压制动系统常规布置的情况下，优化匹配储气筒容积、管径，后桥采用双继动阀布置等三项措施，均能有效缩短制动反应时间，进而改善整车制动性能，对商用车制动系统工程应用有直观的现实指导意义。