保證車輛安全行駛的整車制動(dòng)系統(tǒng)氣壓控制方法

黃玉平 曹石 李志杰 李國(guó)朋

濰柴動(dòng)力股份有限公司，中國(guó)·山東 濰坊 261061

1 研究背景

載重汽車因其載重量大、運(yùn)輸效率高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，如采礦、煤炭、建筑、林業(yè)等等[1-2]。汽車工業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的最高水平，是國(guó)家工業(yè)最具附加值，并可實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)[3]。汽車的廣泛應(yīng)用無疑給人類社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和便利，但同時(shí)也成為威脅人類財(cái)產(chǎn)安全的重大隱患，嚴(yán)重危害了人類的生命安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有交通事故中，由于車輛的機(jī)械故障造成交通事故的比例大約占總量的5%，而由于汽車的制動(dòng)原因引起的事故占機(jī)械故障交通事故總量的60%左右，可見車輛制動(dòng)系統(tǒng)在車輛的安全性能方面具有極為重要的作用[4]。

近年來，中國(guó)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)、汽車生產(chǎn)廠家及汽車研究所投入了大量的人力物力致力于汽車制動(dòng)性能的失效檢測(cè)和分析。孫穎和姚寶鋼在制動(dòng)失效的前提下，分別研究了前軸抱死及后軸抱死兩種情況下車輛的運(yùn)行情況，得出后軸先抱死對(duì)車輛穩(wěn)定性行駛影響較大[5]。楊開英、畢長(zhǎng)青等通過研究汽車零件失效分析知識(shí)的構(gòu)成，給出了汽車零件失效分析的知識(shí)模型[6]。葉挺學(xué)者指出復(fù)合制動(dòng)氣室失效90%是由漏氣引起的，分析了產(chǎn)生漏氣的各種原因及應(yīng)對(duì)措施[7]。馬恩學(xué)者在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析膜片式制動(dòng)氣室和推桿行程之間的關(guān)系，最終得出了推桿的最佳工作行程[8]。何力學(xué)者利用仿真軟件MWorks 對(duì)制動(dòng)氣室和整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)建模分析，得出制動(dòng)氣室的氣室壓力與踏板之間的關(guān)系[9]。

縱觀近年來的文獻(xiàn)資料，目前對(duì)駐車制動(dòng)系統(tǒng)的研究已經(jīng)趨于成熟，在前人的研究成果之上，使對(duì)工作過程中單個(gè)零部件失效導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)故障的研究成為可能。

2 整車制動(dòng)系統(tǒng)

2.1 制動(dòng)原理

駐車制動(dòng)系統(tǒng)的重要作用是能把車長(zhǎng)時(shí)間停駐在一個(gè)固定位置上，甚至是固定在斜坡上[10]。中重型車其行車制動(dòng)通常采用氣剎的方式，駐車制動(dòng)通常采用斷氣剎的方式。該類制動(dòng)方式是用大力彈簧處于常剎車狀態(tài)，鎖住整車傳動(dòng)軸，整車起步前，拉下駐車手剎，駐車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行充氣，等氣壓值達(dá)到一定范圍時(shí)頂開彈簧，車輛才能起步，制動(dòng)系統(tǒng)氣壓一般是通過發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行打壓實(shí)現(xiàn)的。

2.2 制動(dòng)系統(tǒng)氣壓控制

通常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后司機(jī)通過踩油門來提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而加快空壓機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)快速充氣。車輛行駛過程中如果某些原因造成制動(dòng)氣壓減小到上述閾值，制動(dòng)彈簧會(huì)重新將傳動(dòng)軸鎖死，此時(shí)如果車輛正在行駛，會(huì)由于突然制動(dòng)使整車失控。

這種車的駐車制動(dòng)系統(tǒng)平時(shí)是用大力的彈簧處于常剎車狀態(tài)，車輛要行駛的時(shí)候，駕駛員松手剎就是一個(gè)充氣的動(dòng)作，必須達(dá)到一定的氣壓才能頂開彈簧。常規(guī)剎車是手剎鎖住傳動(dòng)軸，腳剎時(shí)由壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)氣室鎖住車輪。當(dāng)駕駛員操縱手動(dòng)制動(dòng)閥時(shí)，芯管在彈簧作用緊靠操縱凸輪，此時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥開啟，出氣口經(jīng)芯管和排氣口通大氣，同時(shí)復(fù)合制動(dòng)氣室中的儲(chǔ)能制動(dòng)氣室也經(jīng)快放閥通大氣，于是汽車處于駐車制動(dòng)狀態(tài)。駐車制動(dòng)氣室推桿最大行程比行車制動(dòng)推桿最大行程一般大10%，因此，當(dāng)行車制動(dòng)推桿已移到最大行程，但卻由于制動(dòng)器間隙過大而未能實(shí)現(xiàn)完全制動(dòng)時(shí)，可以使駐車制動(dòng)氣室放氣，利用儲(chǔ)能彈簧助力，進(jìn)一步推出行車制動(dòng)推桿，以實(shí)現(xiàn)完全制動(dòng)。

3 安全隱患

對(duì)于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的整車，如牽引車、自卸車、大型客車等，其行車制動(dòng)通常采用氣剎的方式，駐車系統(tǒng)通常采用“斷氣剎”的方式。無論是氣剎還是斷氣剎的方式，都與制動(dòng)系統(tǒng)氣壓息息相關(guān)。整車制動(dòng)系統(tǒng)氣壓偏低行車制動(dòng)的制動(dòng)效果會(huì)減弱或失效，造成駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)無法有效的控制車速，特別是車輛滿載高速行駛時(shí)，更難使車輛快速制動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)氣壓減小到一定閾值時(shí)駐車制動(dòng)的斷氣剎激活，制動(dòng)彈簧會(huì)立刻將傳動(dòng)抽鎖死，如果此時(shí)車輛在高速行駛，會(huì)造成車輛失控，甩尾或側(cè)翻等。

4 制動(dòng)系統(tǒng)安全行駛控制方法

4.1 獲取制動(dòng)系統(tǒng)氣壓

獲取氣壓的方式一般有兩種，一種是將氣壓傳感器進(jìn)入ECU，ECU 根據(jù)獲取的電信號(hào)獲得當(dāng)前的氣壓值。另一種方式是將氣壓傳感器接到其他控制器上，該控制器通過報(bào)文的形式將制動(dòng)系統(tǒng)氣壓發(fā)給ECU。

4.2 判斷氣壓信號(hào)的可信性

如果是第一種氣壓獲取方式，要判斷傳感器是否故障，氣壓的物理值是否正確；如果是第二種獲取方式，要判斷報(bào)文傳送是否超時(shí)，保溫內(nèi)容是否正確等。如果氣壓信號(hào)可信則執(zhí)行下面的步驟，如果不可信，報(bào)出相應(yīng)故障，觸發(fā)故障燈提醒駕駛?cè)藛T。

4.3 根據(jù)氣壓大小查對(duì)應(yīng)的限制扭矩CUR

圖1 流程圖

根據(jù)氣壓大小查對(duì)應(yīng)的限制扭矩CUR，如果氣壓正常則獲得的限制扭矩不會(huì)對(duì)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的需求扭矩進(jìn)行限制。隨著氣壓的減小，獲得的限制扭矩會(huì)逐漸減小，以此來限制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，從而降低車速，并且判斷氣壓信號(hào)可信后實(shí)時(shí)將氣壓值顯示在儀表盤上提醒司機(jī)。

4.4 判斷當(dāng)前氣壓是否小于標(biāo)定量1

判斷當(dāng)前氣壓是否小于標(biāo)定量1，且氣壓的變化率小于標(biāo)定量2，當(dāng)滿足上述條件則激活輔助制動(dòng)，輔助制動(dòng)包括ABS、緩速器或者排氣制動(dòng)等，激活何種輔助制動(dòng)可根據(jù)客戶需求合理標(biāo)定，如果不滿足步驟4.4 的判斷條件則繼續(xù)執(zhí)行4.3。

其中，標(biāo)定量1 的數(shù)值應(yīng)稍大于斷氣剎激活的氣壓值，標(biāo)定量2 一般為小于等于0 的數(shù)值，標(biāo)定此時(shí)氣壓小于標(biāo)定量1的閾值后仍有減小趨勢(shì)。圖1為該控制方法的邏輯流程圖。

5 結(jié)語

在當(dāng)前制動(dòng)系統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上，筆者研究的主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)系統(tǒng)故障的自動(dòng)控制，可有效解決和防止重型汽車因制動(dòng)系統(tǒng)氣壓過低而造成的剎車失靈及傳動(dòng)系統(tǒng)鎖死等問題，提高了行車安全性。