孫勇　李飛　許志光

摘要：行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間是評價(jià)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)特性的重要指標(biāo)，決定著行車制動(dòng)的安全性。該文分析制動(dòng)管路、部件布置和管路氣壓3個(gè)關(guān)鍵因素對制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的影響，基于ECE R13法規(guī)和GB 12676標(biāo)準(zhǔn)闡述商用車和掛車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的測試方法，測試方法體現(xiàn)兩者的不同，掛車反應(yīng)時(shí)間測試需要單獨(dú)額外的模擬裝置。該文分別選用商用機(jī)動(dòng)車（牽引汽車）和掛車相關(guān)測試樣車，重點(diǎn)闡述氣壓行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的測試流程及注意事項(xiàng)，對數(shù)據(jù)處理的具體過程做詳細(xì)解釋。測試數(shù)據(jù)表明：商用車和掛車兩測試樣車的行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間均符合ECE R13法規(guī)和GB 12676標(biāo)準(zhǔn)的要求，對進(jìn)一步完善制動(dòng)系統(tǒng)測試評價(jià)提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：氣壓制動(dòng)；行車制動(dòng)；反應(yīng)時(shí)間；測試

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5124（2018）02-0026-05

0引言

近年來，商用車輛和掛車運(yùn)輸飛快發(fā)展，對提高道路運(yùn)輸效率發(fā)揮重大作用，顯著促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。與此同時(shí)，由于商用和掛車載貨重、制動(dòng)系統(tǒng)較弱等原因，商用車和掛車的道路危險(xiǎn)事故數(shù)目也不斷攀升，其制動(dòng)安全性成為大家關(guān)注的重點(diǎn)。

目前商用車輛和掛車的制動(dòng)系統(tǒng)絕大多數(shù)采用常規(guī)氣壓制動(dòng)形式，評價(jià)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)性能響應(yīng)特性優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)是行車制動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。氣壓行車制動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間是指從開始促動(dòng)行車制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置到最不利的車軸上的制動(dòng)力達(dá)到規(guī)定的相應(yīng)制動(dòng)效能所經(jīng)歷的時(shí)間。若反應(yīng)時(shí)間過大，車輛的制動(dòng)距離會延長，直接導(dǎo)致制動(dòng)效能降低，危及行車安全性，因此制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間是制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)測試需重點(diǎn)考慮的因素之一。

ECE R13《M、N和O類車輛制動(dòng)系統(tǒng)型式認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》對制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的要求以及測試方法同國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 12676——2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》一致。雖然標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定了其測試方法，但目前企業(yè)對行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間重視度不高，具體測試研究還較少。本文依據(jù)ECE R13和GB 12676——2014規(guī)定的測試方法，分別選用商用機(jī)動(dòng)車（牽引汽車）和掛車進(jìn)行氣壓行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間測試，詳細(xì)介紹了兩者在測試方法上的區(qū)別和聯(lián)系，結(jié)合商用車和掛車兩樣車的實(shí)車測試流程，對數(shù)據(jù)處理的具體過程做了詳細(xì)解釋，解決了多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究者對測試方法以及數(shù)據(jù)處理程序感到模糊以及晦澀等問題，對于國內(nèi)商用車及掛車制動(dòng)法規(guī)認(rèn)證以及企業(yè)的研發(fā)測試工作具有積極的指導(dǎo)意義。

1反應(yīng)時(shí)間影響因素分析

制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，許多因素都會對行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1）制動(dòng)管路

制動(dòng)管路的管徑大小、管路長短、管路的布局、管路連接頭的形式等都對制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間存在影響。管路的通徑增大會使管路的截面流量增加，氣流通過速度增大，時(shí)間縮短。管路的大小直接決定了控制閥體的內(nèi)通徑，數(shù)據(jù)表明：選用內(nèi)通徑為西13mm的繼動(dòng)閥比內(nèi)通徑為φ7mm的繼動(dòng)閥可縮短反應(yīng)時(shí)間90ms。制動(dòng)管路多重因素優(yōu)化匹配后對降低反應(yīng)時(shí)間有一定的積極作用。如：管路盡量短、布置多直通、少彎路等。

2）部件布置

儲氣筒、繼動(dòng)閥等制動(dòng)系統(tǒng)部件盡可能地靠近制動(dòng)氣室附近，這樣間接縮短了制動(dòng)管路長度，可在一定程度上降低制動(dòng)延遲。如整車軸距較大時(shí)，縮短后回路繼動(dòng)閥進(jìn)氣管長度，后回路儲氣筒布置在距離后回路繼動(dòng)閥較近的位置。

3）管路氣壓

目前國內(nèi)商用車及掛車的氣壓儲能器的額定壓力一般在0.8-0.9mPa，而國外的行車制動(dòng)氣壓在1MPa左右，試驗(yàn)表明：管路壓力提高后可加快部分回路的建壓時(shí)間，直接影響車輛的制動(dòng)性能。

2行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間測試

行車制動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該在靜止車輛上、位置最不利的制動(dòng)器的制動(dòng)氣室進(jìn)氣口處進(jìn)行壓力測量。對于裝有感載閥的車輛，感載閥應(yīng)處于“滿載”狀態(tài)。GB 12676——2014要求制動(dòng)系統(tǒng)的每一個(gè)獨(dú)立的回路中，在易于接近制動(dòng)氣室的位置安裝氣壓測試連接器，如圖1所示。

2.1商用車輛

每次試驗(yàn)開始時(shí)儲能裝置的壓力應(yīng)等于調(diào)壓閥恢復(fù)向制動(dòng)系統(tǒng)供氣時(shí)的壓力。對于未裝備調(diào)壓閥的制動(dòng)系統(tǒng)，每次試驗(yàn)開始時(shí)儲能裝置的壓力應(yīng)為符合制造商規(guī)定并確保達(dá)到規(guī)定的行車制動(dòng)性能能量水平壓力值的90%。

對于采用氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的車輛，當(dāng)促動(dòng)時(shí)間為0.2s，從開始促動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置至制動(dòng)氣室的壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)最大壓力值的X%時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間不應(yīng)超過ECE R13和GB 12676——2014規(guī)定的相應(yīng)的限值要求，如表1所示。

選擇牽引汽車一輛，進(jìn)行行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的測試。促動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置的反應(yīng)時(shí)間隨促動(dòng)時(shí)間變化關(guān)系通過一系列全行程制動(dòng)來確定，即以最短的促動(dòng)時(shí)間開始制動(dòng)并將促動(dòng)時(shí)間逐漸增大至0.4s，在曲線圖上通過線性插值的算法獲得對應(yīng)促動(dòng)時(shí)間為0.2s時(shí)的反應(yīng)時(shí)間，此即為標(biāo)準(zhǔn)所要求的行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。圖2跟圖3是促動(dòng)時(shí)間分別為0.141s、0.280s時(shí)的各氣壓曲線圖（1bar=100kPa）。

從圖2和圖3的曲線圖可以看出，促動(dòng)時(shí)間是以踏板行程的變化時(shí)間作為評價(jià)尺度的，踏板行程在達(dá)到相應(yīng)的促動(dòng)時(shí)間后，掛車控制管路氣壓、前橋氣室氣壓和后橋氣室氣壓隨之逐漸升壓到穩(wěn)態(tài)，且后橋氣室比前橋氣室升壓速率要快，先達(dá)到穩(wěn)態(tài)氣壓，這是由于后橋比前橋先升壓可防止車輛前輪先抱死失去轉(zhuǎn)彎能力引起的制動(dòng)不穩(wěn)定，并可提高重載荷狀態(tài)下的制動(dòng)穩(wěn)定性。

通過不同促動(dòng)時(shí)間下的全行程制動(dòng)獲得測量數(shù)值，如表2所示，通過線性插值的算法獲得對應(yīng)促動(dòng)時(shí)間為0.2s時(shí)的反應(yīng)時(shí)間測試結(jié)果如表3所示。

從表2和表3的測試結(jié)果來看，該牽引汽車的行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間指標(biāo)滿足ECE R13和GB 12676標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求。

對于允許掛接有氣制動(dòng)系統(tǒng)的O3或O4類掛車的機(jī)動(dòng)車輛，需要模擬控制管路失效，測量供能管路的壓力泄漏到0.15mPa的時(shí)間。促動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置的反應(yīng)時(shí)間隨促動(dòng)時(shí)間變化關(guān)系通過一些列全行程制動(dòng)來確定，即以最短的促動(dòng)時(shí)間開始制動(dòng)并將促動(dòng)時(shí)間逐漸增大至約0.4s，在曲線圖上通過線性插值的算法獲得對應(yīng)促動(dòng)時(shí)間為0.2s時(shí)的反應(yīng)時(shí)間，某牽引汽車促動(dòng)時(shí)間為0.403s測試結(jié)果如圖4所示。

通過不同促動(dòng)時(shí)間下的全行程制動(dòng)獲得測量數(shù)值，如圖5所示，通過線性插值的算法獲得對應(yīng)促動(dòng)時(shí)間為0.2s時(shí)供能管路的壓力泄漏到0.15mPa的時(shí)間為0.91s。

從圖4和圖5的計(jì)算結(jié)果可以看出，模擬控制管路失效時(shí)，供能管路壓力泄露到0.15mPa的時(shí)間為0.91s，完全滿足ECE R13和GB 12676標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間應(yīng)≤2s的要求。

2.2掛車

掛車行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的測量應(yīng)在未與機(jī)動(dòng)車輛連接的情況下進(jìn)行。試驗(yàn)需要提供一個(gè)模擬裝置代替機(jī)動(dòng)車輛，與供能管路、氣壓控制管路接頭測試連接器相連接，其中供能管路的壓力為0.65mPa。通過模擬裝置，可以減少由于人為踩踏制動(dòng)踏板產(chǎn)生的不穩(wěn)定因素，提高制動(dòng)一致性。模擬裝置如圖6所示。

對裝有氣壓控制管路的掛車，模擬裝置從控制管路中產(chǎn)生的壓力達(dá)到0.065mPa起、至掛車制動(dòng)氣室壓力達(dá)到目標(biāo)壓力的75%所經(jīng)歷的時(shí)間不應(yīng)超過0.4s。某掛車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間測試結(jié)果如圖7所示。

從圖中測試結(jié)果可以得出，該掛車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為0.37s，滿足ECE R13和GB 12676標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間不應(yīng)超過0.4s限值要求。

3制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間與主掛協(xié)調(diào)性的關(guān)系

近年來我國高速公路以及貨物運(yùn)輸車快速發(fā)展，牽引車與掛車組成的甩掛運(yùn)輸大大提高了運(yùn)輸效率，與此同時(shí)，由于牽引車和掛車存在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系，加上甩掛運(yùn)輸載貨量大，在列車制動(dòng)過程中，不安裝ABS的車輛極易出現(xiàn)車輪抱死情況，根據(jù)不同車軸車輪抱死時(shí)間順序不同，列車存在的危險(xiǎn)工況一般可分為：側(cè)滑跑偏（牽引車前軸車輪先抱死）、折疊（牽引車后軸車輪先抱死）、甩尾（掛車車輪先抱死）等。

當(dāng)汽車列車車輪都未發(fā)生抱死時(shí)，若牽引車車輪比掛車車輪率先制動(dòng)，因慣性因素會導(dǎo)致掛車作用在牽引車鞍座上的力給牽引車一推力，即“掛車推頭”現(xiàn)象，當(dāng)列車滿載時(shí)導(dǎo)致列車制動(dòng)距離明顯增大，情況十分危險(xiǎn)。若掛車車輪比牽引車車輪率先制動(dòng)時(shí)間過長，掛車作用在牽引車鞍座上的力給牽引車一拖拉力，即“掛車拖頭”現(xiàn)象，會導(dǎo)致車輪磨損嚴(yán)重，帶來經(jīng)濟(jì)損失：只有實(shí)現(xiàn)牽引車和掛車同時(shí)制動(dòng)或者牽引車與掛車的制動(dòng)時(shí)間控制在適度合理范圍之內(nèi)，可保證車輛制動(dòng)的方向穩(wěn)定性。

研究表明：當(dāng)牽引車和列車都裝配ABS系統(tǒng)時(shí)，列車制動(dòng)將保持穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)姿態(tài)霸。GB 12676——2014要求不超過四軸的N3類機(jī)動(dòng)車、O3和O4類掛車應(yīng)裝備符合GB 13594——2003要求的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）。為了保證ABS系統(tǒng)失效后車輛的穩(wěn)定性，GB 13594——2003第5章規(guī)定：對于允許掛接掛車的牽引車和氣制動(dòng)掛車，在滿載時(shí)應(yīng)滿足GB12676提出的制動(dòng)協(xié)調(diào)性要求。但是ABS只有在制動(dòng)車輪鄰近抱死的情況下才起作用，平時(shí)正常行駛過程中出現(xiàn)抱死是少數(shù)情況，多數(shù)以小強(qiáng)度制動(dòng)為主。在小強(qiáng)度制動(dòng)工況下，當(dāng)牽引車和列車的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間都滿足GB 12676或ECE R13的相關(guān)要求時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)任意牽引車和掛車的匹配。對于未裝配ABS系統(tǒng)的列車的制動(dòng)協(xié)調(diào)性在ECE R13附件10中有明確的要求，牽引車和掛車的制動(dòng)強(qiáng)度與壓力的關(guān)系應(yīng)符合各自的曲線要求。

電子制動(dòng)控制系統(tǒng)是面向未來更為先進(jìn)的制動(dòng)產(chǎn)品，相比傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)，EBS可大大縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，提高主掛車同步制動(dòng)，明顯改善主掛協(xié)調(diào)性。

由此可以看出，只要嚴(yán)格按照GB 12676——2014或ECE R13中牽引車和掛車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的要求，牽引車和掛車的制動(dòng)協(xié)調(diào)一致性可以得到解決，汽車列車不論是緊急制動(dòng)失穩(wěn)還是在小強(qiáng)度制動(dòng)工況，都有良好的制動(dòng)效果。如果采用EBS系統(tǒng)，主掛車制動(dòng)協(xié)調(diào)性可得到進(jìn)一步的改善。

4結(jié)束語

1）根據(jù)ECE R13和GB 12676——2014闡述了行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間測試方法，并進(jìn)行了實(shí)車驗(yàn)證，所選的牽引車和掛車的行車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求。

2）探討了制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間與主掛協(xié)調(diào)性的關(guān)系，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求設(shè)計(jì)的牽引車和掛車制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間可以解決主掛協(xié)調(diào)性問題。

3）配置電控管路以及電控制動(dòng)系統(tǒng)的車輛因條件限制未進(jìn)行考慮，EBS系統(tǒng)作為未來商用車和掛車未來的重要發(fā)展方向，其需要進(jìn)一步的深入研究。