发动机制动和排气制动对客车制动稳定性的影响

发动机制动和排气制动对客车制动稳定性的影响 第3卷 第3期 2003年9月交通运输工程学报 JournalofTrafficandTransportationEngineeringVol.3 No.3Sep.2003文章编号:1671-1637(2003)03-0064-04 余 强,陈荫三,马 建,郭荣庆,张庆余 (长安大学汽车学院,陕西西安 710064) 摘 要:利用道路试验和理论分析的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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,其中一个出现在附着系数很小时,另一个点低于原车的同步附着系数。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。这样汽车在附着系数很小和比较大的道路上使用发动机制动或排气制动的同时,如果需要利用主制动器进一步减速,则可能处于不稳定的制动状态。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:汽车工程;客车;发动机制动;排气制动;制动稳定性 中图分类号:U469.1;U463.5 文献标识码:A Affectofenginebrakeandexhaustbrakeonbusbrakestability ——————————————————————————————————————————————— YUQiang,CHENYin-san,MAJian,GUORong-qing,ZHANGQing-yu (SchoolofAutomobile,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China) Abstract:Enginebrakeandexhaustbrakecaninfluencethebrakingforcedistributionandthebrakingstabilityofbus.Roadexperimentsandanalysisfortheinfluencewerecarriedout.There-sultsshowthattherearetwosynchronizingadhesioncoefficientswhenenginebrakeandexhaustbrakeareinaction.Oneoccursatextremelylowadhesioncoefficient,andtheotheroneisjustbe-lowtheoriginalsynchronizingadhesioncoefficient.Thevaluesofthesetwocoefficientsdependonwhichconstantbrakeisused,aswellasthepresentgearstepandthedrivingspeed.Therefore,itisprobablethatthebrakingprocessesareunstableontheroadswithextremelylowandhighad-hesioncoefficients,sothebrakingbehaviorandstabilitymustbechangedtoacertaindegree.4figs,8refs. Keywords:automotiveengineering;bus;enginebrake;exhaustbrake;brakestability Authorresume:YUQiang(1961-),male,PhD,associateprofessor,86-29-2334461,qiangyu1978@yahoo.com.cn. 在中国的国土面积中山区面积占69%(包括丘 陵和高原地区),山区公路占公路总里程的相当大部 分。在山路上下坡行驶时,一般利用主制动系统将汽 ——————————————————————————————————————————————— 车的势能和动能转化成为热能。而在连续下坡行驶 时,商用汽车的制动系统的热负荷是非常大的,制动 系统又无法及时将热量释放到周围环境,使得制动毂和制动蹄的温度大幅度升高,制动器失去或部分失去制动效能,结果在连续下坡坡道上交通事故发生的频率高于其它道路。实际上,主制动器的作用是实现紧急情况下的制动,因为它可以在短时间内吸收很大的功率,但是随着制动持续时间的增加,它可以吸收的功率大幅度下降,最终使得制动系统无法满足汽车下 收稿日期:2003-01-26:(95-03-27) :,. 第3期 65 坡的制动要求。而这个制动过程应由持续制动系统来承担,这是由于持续制动系统虽然在制动过程中吸收的功率比较小,但是它可以在长时间内保持这个制动功率不变,关于这一点在国外已得到充分的认识。例如:在联邦德国道路交通法规中规定:客车总重在5.5×103kg以上,载重车总重在9×103kg以上必须加装持续制动装置(Dauerbremse),或称为第三制动装置(dritteBremse)。 作为持续制动装置包括发动机制动、排气制动、电涡流缓速器、液力缓速器等[3]。而比较简单、成本较低的形式是发动机制动和排气制动。随着国内客车技术的发展和道路条件的改善,客车行驶速度不断提高,要求客车的比功率不断增加,这对发动机制动和排气制动的应用起到了积极的作用。这样,在山区公路上行驶的客车可以利用发动——————————————————————————————————————————————— 机制动和排气制动使汽车在不同坡度的坡道上以一定的车速下坡稳定行驶。但是,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[5],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。 [4] [2] [1] 行了空档滑行试验,得到汽车行驶车速随时间变化的曲线。由于山区道路中,大部分是上下行为单车道且不分离的三、四级公路,在这样的公路上一般的行驶车速为30,40km/h,这样变速器?档、?档时汽车行驶车速过低,而?档时行驶车速过高[8],所以未进行试验。 表1 变速器各档传动比 Tab.1 Transmissionratiosofdifferentgearsteps档位传动比 ?档5.606 ?档3.340 ?档1.991 ?档1.382 ——————————————————————————————————————————————— ?档1.000 倒档6.060 [7] 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 J(V)=f′(V) 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 FB+Ff+Fw=DiGaJ (2) 式中:FB为制动力;Ff为滚动阻力;FW为空气阻力;Di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。 (1) 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。本文对江苏省扬州市亚星客车集团公司特种车辆厂生产的JS6820中型客车进行实验分析,其主要技术参数如下:车宽为2420mm;车高为3255mm;最大总质量为9685kg,变速器各档传动比见表1,主减速器传动比ih为7.00;轮胎滚动半径rd为0.485m。试验在水平的沥青路面上进行,试验道路长度为2000 通过试验得到变速器分别处于?、?档发动机制m。 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, ,图1 持续制动力随车速变化曲线 Fig.1 Continuousbrakeforcecurvesversusvehiclespeed [6] 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 交 通 运 输 工 程 学 报 662003年 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 aFtb2=2hg 2FDB+ g2 b+GagFtb1-a+2Ftb1 ——————————————————————————————————————————————— hg (6) 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 图2 作用在车轮上的持续制动力随车速变化曲线Fig.2 Wheelbrakeforcecurvesversusvehiclespeed FDB=FB(7) 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,?档、?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、车辆结构参数之间的关系为 U01={(LB-b)Gag-FDBhg-[(LB-b)Gag-FDBhg]2-4hgbFDBGag}/ 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 ——————————————————————————————————————————————— B= Ftb1 Ftb (4) 式中:Ftb为总制动力,即:Ftb=Ftb1+Ftb2是由制动分泵的结构尺寸决定的。本试验车的制动力分配系数B=0.561,根据同步附着系数与制动力分配系数、车辆结构参数之间关系 U0= hg (5) 2hgGag U02={(LB-b)Gag-FDBhg+ (8) 得到该试验车的同步附着系数U0=0.635,其制动力 分配曲线如图3中的B 线所示。 [(LB-b)Gag-FDBhg]-4hgbFDBGag}/2hgGag 数点。 (9) 式中:U01为低同步附着系数点;U02为高同步附着系 2 图3 原车前、后轴制动力理想分配曲线和实际分配曲线Fig.3 ——————————————————————————————————————————————— Idealandactualbrakeforcedistributioncurves 3 持续制动对制动力分配的影响 图4 持续制动系统作用时前、后轴制动力分配曲线of 第3期 67 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,?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?档排气制动,车速30km/h时同步附着系数减小到0.571,?档发动机制动,车速30km/h时同步附着系数减小到0.468,而?档排气制动,车速30km/h时同步附着系数减小到0.388。这样,在?档、?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。 速增高,持续制动力增大,则同步附着系数下降的幅度将增大。档 位升高,持续制动力减小,同步附着系数下降的幅度减小。同时,当持续 制动力增加时,低同步附着系数点的附着系数会相应增加,这样将使得 汽车制动时处于稳定状态的附着系数范围进一步减小。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:References: [1] Mueler-BernerAH.Fahrleistungundantriebsartenvon nutzfahrzeugen[J].ATZ,1968,70(6):199—206. 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YUQiang,CHENYin-san,MAJian.Experimentresearchoncontinuousbraking performanceofbus[J].ChinaJournalofHighwayandTransport,1999,12(4):11 0—113.(inChinese) 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,?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%,?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。车 ———————————————————————————————————————————————