商用車行車制動響應時間和釋放時間的測試研究

劉翔宇，湯科,顧錦祥

中汽研汽車檢驗中心(武漢)有限公司，湖北武漢 430050

0 引言

商用車輛和掛車是道路貨物運輸的重要工具，其安全性一直備受關注，良好的制動性能可以反映出車輛具有較好的安全性。當前絕大多數商用車輛和掛車所采用的是氣壓制動系統(tǒng)，具有結構簡單、制動力矩大和成本低的特點。氣壓制動系統(tǒng)以壓縮空氣為動力，利用制動氣室等部件，產生制動力，其工作的好壞直接反映了車輛的制動性能。

氣壓制動系統(tǒng)的優(yōu)勢獨特，但氣體的可壓縮性會影響制動氣室的響應時間和釋放時間的快慢，尤其是對于多軸距或者長軸距的車輛而言，較長的響應時間難以保證車輛在短時間內完成制動，而較長的釋放時間會導致車輪溫度升高，容易出現制動衰退和振抖現象，引起制動效率下降，嚴重時會引起輪胎自燃。因此GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》、GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》和JT/T 1178.2—2019《營運貨車安全技術條件第2部分：牽引車輛與掛車》嚴格規(guī)定了氣壓制動系統(tǒng)的響應時間和釋放時間限值。本文選取某載貨汽車和半掛車作為測試樣車，進行制動響應時間和釋放時間測試，闡述其測試過程及數據處理方法，對制動系統(tǒng)的測試評價提供基礎。

1 制動氣室特性

制動氣室作為氣壓制動系統(tǒng)的核心部件，是連接氣傳動裝置和制動執(zhí)行機構的關鍵零件。在行駛的過程中，車輛遇到需要降速的情況，駕駛員會踩下制動踏板，經制動主缸，壓縮空氣通過管路進入快放閥或繼動閥，將閥門打開。儲氣筒內的壓縮空氣進入制動氣室，使得連接推桿運動，帶動鼓式制動器的制動蹄或者盤式制動器的制動鉗工作，產生制動力矩，從而車速下降。當制動過程結束后，駕駛員松開踏板，制動氣室的壓縮空氣通過快放閥排入大氣，推桿在復位彈簧的作用下恢復原始狀態(tài)。雙腔膜片彈簧制動氣室結構示意如圖1所示。

圖1 雙腔膜片彈簧制動氣室結構示意

由圖1可知，前腔為行車制動工作腔，后腔為駐車制動工作腔。行車時，后腔充氣解除駐車彈簧力，推桿退回0行程狀態(tài)。在行車制動時，制動氣室的工作過程可分為3個階段：充氣、增壓及放氣。充氣階段：閥門開啟，壓縮空氣進入制動氣室，隨著壓力增大，膜片發(fā)生變形并壓縮彈簧，將推桿推出；增壓階段：當推桿達到極限位置，制動氣室仍將持續(xù)充入空氣，直至壓力達到穩(wěn)定狀態(tài)；放氣階段：制動過程完成，制動氣室的氣體通過快放閥釋放，在回位彈簧的作用下，隨著制動氣室的氣體減少，推桿回歸原位。

2 制動響應時間測試

從踩下制動踏板到制動氣室達到穩(wěn)定氣壓，產生相應的制動力，需要一定的時間，此時間為氣壓制動系統(tǒng)響應時間。該時間可以劃分成制動閥的反應時間、壓縮空氣在管路中的傳遞時間以及制動氣室的建壓時間。依據GB 12676—2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》規(guī)定，對于不同類型的汽車，其限值不同，促動時間為0.2 s時所對應的響應時間限值見表1。

表1 促動時間為0.2 s時所對應的響應時間限值

2.1 商用車輛響應時間測試

本文選取某三軸載貨汽車作為試驗樣車，目前市場上的制動氣室均裝有符合法規(guī)要求的壓力測試連接器。同根車軸上制動氣室的制動響應時間受管路布置的影響很小，可認為同根軸上各制動氣室的制動響應時間相同。

為找到最不利制動氣室，需在每根車軸上任選一制動氣室進行試驗。將3個壓力傳感器分別與第一軸、第二軸和第三軸上的左側制動氣室處的壓力測試連接器相連接，通過壓力傳感器來測量各制動氣室的壓力值。將拉線位移傳感器安裝于制動踏板處，通過拉線位移傳感器來表征踏板行程的變化值，促動時間即為踏板的全行程時間。

對于該樣車，法規(guī)要求當促動時間為0.2 s時，從開始促動制動系統(tǒng)控制裝置至制動氣室的壓力達到穩(wěn)態(tài)最大壓力值的75%時所經歷的時間不超過0.6 s。圖2是促動時間為0.16 s時制動氣室氣壓曲線，曲線4表征踏板行程變化，其他曲線依次表征各軸制動氣室壓力變化。表2為不同促動時間下的試驗結果。

圖2 促動時間為0.16 s時制動氣室氣壓曲線

表2 不同促動時間下的試驗結果 單位:s

由圖2可以看出，第三軸處制動氣室達到穩(wěn)態(tài)壓力值所需的時間較長，故該軸制動氣室為車輛最不利制動氣室。根據表2的測量數據，繪制出不同促動時間下第三軸制動氣室壓力數據擬合曲線，如圖3所示。

圖3 不同促動時間下第三軸制動氣室壓力數據擬合曲線

由圖3可以看出，對于該試驗樣車最不利處制動氣室，當促動時間是0.2 s時，所對應的響應時間是0.57 s，小于0.6 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

2.2 掛車響應時間測試

當前國內半掛車的制動系統(tǒng)一般采用雙管路氣壓制動，一條為供氣管路，另一條為控制管路。供氣管路和控制管路是牽引車和掛車之間重要的氣源傳輸裝置，牽引車空氣壓縮機產生的壓縮空氣經自身管路系統(tǒng)傳輸至掛車閥。通過管路握手閥的連接，壓縮空氣經供氣管路傳輸到半掛車儲氣筒，經控制管路傳輸到半掛車繼動閥。本文選取某三軸半掛車作為試驗樣車，提供一個模擬裝置代替機動車輛，與半掛車連接而成進行試驗，半掛車制動響應時間測試連接示意如圖4所示。對于半掛車，模擬裝置從控制管路中產生的壓力達到0.065 MPa至制動氣室壓力達到目標壓力的75%所經歷的時間不超過0.40 s。

圖4 半掛車制動響應時間測試連接示意

半掛車制動響應時間測試結果如圖5所示。

圖5 半掛車制動響應時間測試結果

經測試可知，所選樣車第三軸處制動氣室的響應時間值最大，故認為該處是半掛車制動響應最不利處。在測試之前已完成標定，由圖5可知，制動氣室響應時間為0.36 s，小于0.40 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

3 制動釋放時間測試

3.1 商用車輛釋放時間測試

車輛完成制動之后，從松開制動踏板到制動氣室的穩(wěn)定壓力下降至制動解除所需壓力，需要一定的時間，此時間為制動氣室釋放時間。對于該時間，GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》規(guī)定兩軸汽車應不大于0.80 s，三軸及三軸以上汽車應不大于1.20 s。

國內法規(guī)雖然給出了數值要求，但未給出具體的試驗方法。本文選取某三軸載貨汽車作為試驗樣車，進行釋放時間的測量。圖6所示為制動解除制動氣室氣壓變化曲線。

圖6 制動解除制動氣室氣壓變化曲線

可參考美國汽車安全標準FMVSS NO.121 AIR BRAKE SYSTEMS對制動消除時對應的制動氣室氣壓，此氣壓值建議為350 kPa。由圖6可知，第一軸處的制動氣室的制動釋放時間為0.26 s，第二軸處的制動氣室的制動釋放時間為0.29 s，第三軸處的制動氣室的制動釋放時間為0.30 s。選取三者之間的最大值作為該樣車的制動釋放時間，即0.30 s，小于1.20 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

3.2 掛車釋放時間測試

半掛車的制動釋放時間同樣參考FMVSS NO.121的評價方法，依據JT/T 1178.2—2019《營運貨車安全技術條件 第2部分：牽引車輛與掛車》5.13條款：當掛車行車制動氣室的初始氣壓為0.67 MPa時，從行車制動閥開始啟動時起，每一個制動氣室的氣壓降到0.035 MPa的時間應小于或者等于0.65 s。選取某三軸載貨汽車作為試驗樣車，進行釋放時間的測量。表3為各制動氣室制動釋放時間的試驗結果。

表3 各制動氣室制動釋放時間的試驗結果 單位:s

由表3可知，第一軸處的制動氣室的制動釋放時間為0.49 s，第二軸處的制動氣室的制動釋放時間為0.50 s，第三軸處的制動氣室的制動釋放時間為0.51 s。選取三者之間的最大值作為該樣車的制動釋放時間，即0.51 s，小于0.65 s，滿足法規(guī)所規(guī)定的要求。

4 結束語

文中通過分析可知，所選取樣車的響應時間和釋放時間的測試結果均滿足法規(guī)條件，符合安全性要求。我國的汽車標準法規(guī)，旨在規(guī)范汽車生產商的安全性及環(huán)保性等方面的要求，同時也為廣大消費者保護了自身權益。

制動響應時間和釋放時間是評價氣壓制動系統(tǒng)的核心指標，可反映制動氣室的性能。研究表明，氣壓管路的長度、大小及布置，閥門的設置及安裝，以及儲能裝置的額定壓力都會對商用車的響應時間和釋放時間產生影響。在今后的工作中，改良商用車的制動系統(tǒng)性能及結構，會優(yōu)化其響應時間和釋放時間，保證車輛的行駛安全。