加载制动 载货专项作业车 重型载货汽车排气制动性能试验与研究

　　在矿山或山区公路上行驶的商用汽车，经常要持续下长坡，需要对汽车进行持续的制动，使汽车速度稳定在某个安全范围。但是单靠行车制动系是难以做到的，因为制动器长时间频繁工作将使温度大大升高，制动效能会产生热衰退甚至完全失效。所以在这种道路条件下行驶的汽车，有必要增设辅助制动系来分担行车制动系（主制动系）的任务。它可以在不使用或少使用行车制动系的条件下，使车辆速度降低或保持稳定，但不能将车辆紧急制停。它可以提高车辆行驶的安全性，大大减少坡道行驶时由于行车制动器热衰退引发的安全事故；提高车辆的舒适性和操纵灵活性，降低驾驶员的疲劳强度，减少制动噪声；提高车辆运输的经济性，延长制动器和轮胎维修更换的周期，延长汽车的使用寿命。基于以上几点，近几年辅助制动系在国内发展非常迅速。常见的辅助制动系有以下几种形式：发动机制动、排气制动、液力缓速器、电力缓速器、永磁式缓速器等。
　　我国交通部在JT/T325《营运客车类型划分及等级评定》中规定，在大型、中型的高二、高三级营运公路客车上必须安装缓速器；建设部于2006年11月29日发布了CJ/T230-2006《城市客车缓速制动性能要求与试验方法》，已于2007年5月1日开始实施。但目前我国还没有针对重型载货汽车装备缓速器的法规，长期以来驾驶员在下长坡时靠给制动器轮毂浇水的方法，对其实施强制冷却来满足车辆连续下坡的制动要求。这种方法可靠性差，另外冬季水流到地面结冰会影响车辆在道路上的行驶安全。为提高重型载货汽车在山区行驶的安全性，为其加装辅助制动系统并对其制动性能进行试验研究是有必要的。
　　
　　排气制动性能的试验
　　
　　辅助制动系几种形式中排气制动结构较简单、成本较低。其工作原理是利用排气阻力，以增加发动机进排气和压缩等行程的功率损失来使汽车减速。随着重型载货汽车比功率的提高，许多车上都安装了排气制动系统。与行车制动系统相比较，其吸收的功率比较小，但是它吸收的功率长时间内保持不变或基本不变。排气制动的制动性能受许多因素的影响，如发动机额定功率、排量、配气相位、气门大小、排气制动阀的安装位置等，另外汽车行驶时还受到空气阻力、滚动阻力和其他特性、结构参数的影响。所以，对排气制动性能需采用道路试验来测定。在此，对上海汇众汽车制造有限公司生产的SH3252A4D38A型自卸汽车进行排气制动性能试验和分析。
　　样车的主要技术参数：
　　
　　试验在平坦的混凝土道路上进行，道路长度2.2km。参考GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》对N3类车辆II型试验的方法，确定在接近发动机额定转速条件下，IV挡制动初速30km/h，V挡制动初速40km/h，VI挡制动初速50km/h。I-III挡行驶车速过低，VII挡下坡行驶很少使用，所以未进行试验。通过试验得出车速随时间变化关系见图1。
　　
　　结果分析
　　
　　根据汽车动力学方程：
　　
　　式中FT为驱动力；FR为滚动阻力；FL为空气阻力；δi为转动惯量系数，主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动比有关，可通过经验公式计算；m为车辆总质量；a为加速度。
　　得到：FB+FR+FL=δi ma(v)
　　式中FB为排气制动力；a(v)为减速度随车速变化关系(试验得到)。
　　总制动力(包括排气制动力、滚动阻力和空气阻力)随车速变化关系见图2。图2中3%-8%表示根据F=mg i/(1+i2)½计算出的不同坡度(i)时车辆下滑力大小的图线。
　　图2中各挡总制动力曲线与不同坡道下滑力图线的交点横坐标就是该挡利用排气制动在此坡道上下坡行驶的稳定车速。即不用行车制动系就能以此速度稳定滑行。这时下滑力等于总制动力，即mg i/(1+i2)½＝δi ma(v)，得出坡道坡度与稳定车速的关系i=δi a(v)/[g2-δi2 a2(v)]½。得到汽车在不同坡道上下坡行驶时稳定车速与坡道的关系见图3。
　　由图3可以看出，在发动机额定转速范围内，各挡排气制动对应的下坡坡度见表1。
　　
　　我国公路工程技术标准规定，在四级公路上的最大坡度不超过9%。由此看来，排气制动基本满足在各种坡道下坡行驶。但是车速范围太宽，如在正常车速30-40km/h下坡行驶时，则各挡排气制动对应的坡度见表2。
　　
　　由表2可以看出，IV挡的最高车速刚好在30km/h，但发动机不能长时间在此状态下工作，所以IV挡排气制动在正常车速下坡行驶过程中不常用。另外，坡度在3.78%-5.21%之间和大于5.85%的坡度上，只用排气制动无法满足稳定行驶的要求。
　　
　　结论
　　
　　通过试验和理论计算表明：在一些坡道上下坡行驶时，选择合适的变速器挡位，可以在不使用行车制动的情况下，通过排气制动使车辆以正常的车速匀速下坡。这样可以有效降低制动器的温度，提高行车安全性。但是在有些坡度的坡道上，仅用排气制动无法保证车辆在正常车速范围内稳定行驶，这时需要使用行车制动系工作，还可能造成汽车连续下坡制动器过热制动效能衰退甚至失效的情况。另外，连续下坡过程中，驾驶员需要不断换挡，换挡过程中排气制动是不能发挥作用的，同样会影响汽车的行驶安全性。所以保证汽车在各种坡道上以正常车速连续下坡行驶，应该采用排气制动与其他辅助制动形式结合的方法。本文仅对一个重型载货汽车车型进行试验分析，结论比较适用比功率接近的重型载货汽车。
　　
　　注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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