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科技视界0前言
目前，国内车辆制动系统相关标准主要有GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》和GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》。但作为国内主机厂研发人员设计的依据主要为GB12676，且GB12676的主要内容是引用欧洲的主要制动法规ECE R13，因此有广泛的使用性和实用性。根据机动车型分类，中重型商用车应划分为N2、N3和O 类车辆。因此本规范主要是为了符合GB12676对N2、N3和O 类车辆的制动性能的规定。同时为了使车辆的制动性能满足我国路况，要求在匹配计算过程中充分考虑用户试验数据，使设计车辆制动性能实用性更好，满足客户使用需求。
1制动系统匹配计算
图1制动时的车辆受力图
1.1制动匹配计算相关参数的确立1.1.1整车质量m(kg)
由于国内中重型商用车超载现象比较普遍，因此需根据国情把超载考虑进去。
定义：空载质量m 1；满载质量质量m 2；超载质量m 3
1.1.2车辆轴距L(m)
对于双前桥或双后桥，由于制动时载轴转移计算复杂，为简化起见，将双前桥或双后桥合并为一桥，轴距测量点为两桥中心点。1.1.3车辆质心距后轴距离
质心距后轴距离可在整车三维数模上得出，但为了数据准确，可以对空载车辆各轴称重，得出L 21;L 22,L 23通过公式(1-1)、(1-2)得出:
L 22=m 1L 21
+(m 2-m 1)L 24
m 2(1-1)L 23=m 1L 21
+(m 3-m 1)L 24
m 3
过年高速公路免费通行时间(1-2)
L 21、L 22、L 23——
—空载、满载、超载质心距后轴距离(m)L 24———载货质心距后轴距离(m)1.1.4车辆质心高h g (m)
空载质心高h g1可在整车三维数模上得出，也可以通过悬吊法测得。而h g2和h g3通过公式(1-3)、(1-4)得出:
h g2=m 1h g 1
+(m 2-m 1)h g 4
m 2
(1-3)h g3=
m 1h g 1+(m 3-m 1)h g 4
m 3
(1-4)
h g1、h g2、h g3——道奇汽车标志
—空载、满载、超载质心高(m)h g4———载货质心高m(m)
1.1.5
轴荷m L (kg)
空载前后轴荷可通过称重获得，而满载和超载前后轴荷可通过公式(1-5)、(1-6)、(1-7)、(1-8)得出:
m L21=m 2L 22L
(1-5)
m L22=m 2-m L21
(1-6)m L31=m 3L
23
L
(1-7)m L32=m 3-m L31
(1-8)m L11、m L12———空载前、后轴荷;m L21、m L22———满载前、后轴荷;m L31、m L32———超载前、后轴荷。1.1.6轴制动扭矩T f (N.m)
轴制动扭矩值与气压值成正比关系，因此气压值的选择合理与否关系到制动匹配计算的实用性。根据大量测量数据显示，由于制动阀体和管路等阻力作用，当制动系统管路工作气压为0.85MPa 时，制动气室气压约为0.72MPa；因此前后轴制动扭矩取气压为0.72MPa 时的值。
GB12676要求试验时在水泥路面，其附着系数为0.8，但考虑到我国路面实际情况，路面附着系数一般取值0.7;1.1.8制动器驻车制动扭矩T P (N.m)
根据带驻车的制动气室的性能曲线图(见图2)可计算或实测。图2气室曲线图
1.1.9车轮滚动半径r(m)
1.1.10制动器制制动力分配系数β
制动器制制动力分配系数β为前制动器制动力F f1与总制动器制动力F f 之比,
β=F
f1F f =F f 1
F f 1.2制动重要性能参数分析与匹配计算1.2.1选取合理的同步附着系数ϕ0
1)理想的前后制动器制动力分配曲线，简称I 曲线I 曲线是根据公式2-1汇成的，见图2;
F f2=
(2-1)
中重型商用车制动系统匹配计算
康厚芬
(北京福田戴姆勒汽车有限公司，中国北京101400)
【摘要】随着经济快速发展，中国中重型商用车产量和销量快速增长，目前都处于世界第一位。然而随着车辆数量的不断增加和车速提升，交通事故急聚攀升；除了客观因素，造成交通事故很大一部分是由于制动系统匹配不当造成的。中重型商用车有总重量大、惯量大、制动距离长、操控性差等不利因素，所以发生的交通事故产生的危害性更大。因此中重型商用车的制动匹配计算显得尤其重要。发达国家由于技术积累时间长，都有一套科学的制动匹配计算规范；而我国中重型商用车发展时间短，技术积累少，国此很多国内中重型商用车生产厂家都没有自己的制动匹配计算规范，制动系统参数主
要是模仿国外的同类车型或国内标杆车型，但这样做的问题是拓展新车型时不能根据公况进行制动匹配，有可能隐藏着安全隐患。笔者多年从事车辆制动系统研发工作，有着丰富的制动匹配经验，经过总结，形成一套中重卡制动系统匹配计算规范，目前在欧曼公司使用，并被认为是一套行之有效的制动系统设计和验证工具。
【关键词】商用车；制动性能;
匹配计算
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大众viloran界2)前后制动器制动力分配分配线，简称β曲线，曲线斜率为
1-ββ
，见图3。3)前后轴同时抱死时路面附着系数为同步附着系数ϕ0，见图3
ϕ0=
Lβ-L 2
h g
(2-2)图3某货车制动分配的I 曲线和β线图
4)同步附着系数ϕ0的选取
当汽车在不同附着系数ϕ的路面上制动时，可能有以下3种情况:
(1)当ϕ<ϕ0时,β曲线位于I 曲线下方，制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力;
(2)当ϕ>ϕ0时,β曲线位于I 曲线上方，制动时总是后轮先抱死，这时容易发生甩尾现象;
(3)当ϕ=ϕ0时，制动时前后轮同时抱死，这是最好的稳定情况。通过分析，第(3)种情况是最好的，但现实中的车辆很难达到，第(2)种情况会产生甩尾现象，这是我们最不想看到的，因此我们希望设计的车辆满足第(1)种情况。这样ϕ0就要求比车辆行使路面的附着系数高，根据公式2-2，要提高ϕ0，就要求提高L、β或降低L 2、h g ，然而受车辆结构和客观因素影响，不可能完全使车辆在所有路面都满足ϕ<ϕ0，因此综合各种因素，有文献推荐满载时ϕ0≥0.5。当然，不同行驶路况的车辆选择是有差异的，在好路面行驶车辆的ϕ0取值比矿区的要适当的高些。
1.2.2制动力分配的合理性分析
制动力分配的合理性通常用利用附着系数与制动强度的关系曲线来评定。
GB12676和ECE R13对此都做了要求:(1)对于R 值在0.2~0.8之间的各类车Z≥0.1十0.85(k-0.2);(2)对于制动强度在0.15~0.30之间，若各车轴的附着系数利用曲线位于公式k=Z±0.08确定的与理想附着系数利用直线平行的两条直线之间，则认为满足要求。对于制动因数Z≥0.3，若后轴附着系数利用曲线能满足公式Z≥0.3+0.74(k-0.38)，则认为满足要求。
1)利用附着系数ϕ计算
利用附着系数就是在某一制动强度q 下，不发生任何车轮抱死所要求的最小路面附着系数。
前轴的利用附着系数ϕ1=Lβq L 2+qh g (2-3)
后轴的利用附着系数ϕ2=(1-β)qL
L-L 2-qh g
(2-4)
2)制动效率E 计算
制动效率为车轮不抱死的最大制动减速度与车轮和低面间摩擦系数之比。
E=q
ϕ
(2-5)3)绘制利用附着系数与制动强度的关系曲线和相关参数的分析调整。
为了更直观的看清楚各参数的关系和法规符合性，将利用附着系数与制动强度的关系绘制成曲线，并将法规要求也加入进去，见图4。
从图4可看出，该车满载是的利用附着系数与制动强度的关系基本满足制动法规需求，但是同步附着系数约为0.26，偏低，有必要对车型参数进行调整，使ϕ0达到合理值。
1.2.3制动距离和制动减速度计算和其法规符合性
1)法规要求:
GB12676的发动机脱开的O 型试验性能要求:N2、N3类车辆在初速度为60km/h 时的制动距离为36.7m，平均减速度为5m/s 2。
2)计算地面制动力F Φ(N)
F Φ=mgϕ
(2-6)
图4某重型商用车满载的利用附着系数与制动强度的关系曲线
3)计算制动器制动力F f (N)
制动器制动力为前轴制动器发挥作用的制动力F a1和后轴制动器发挥作用的制动力F a2之和:
F f =F a1+F a2(2-7)若前轴制动器制动力被充分利用，则Fa1等于Ff1，根据公式2-1得出:
F a2
=(2-8)
若后轴制动器制动力被充分利用，则F a2等于F f2，将F a2代入公式2-1得出F a1:
4)确定司机反应时间t 1(s)和制动反应时间t 2(s):
GB12676规定：在0.2s 内急踩制动时，从开始促动控制装置到最不利的车轴上的制动力达到规定的相应的制动性能时所经历的时间不得超过0.6s。因此可认为:
t 1=0.2(2-9)t 2=0.6(2-10)
北京汽车5)计算平均制动减速度a(m/s 2
)a=min[F Φ,F f ]/m (2-11)
根据GB12676要求，平均制动减速度a ≥5m/s 2
6)计算初速度V 0为60km/h 的制动距离S(m)
S=V 0t 1+V 0t 22-at 2
28+V
2
02a
≤36.7m
根据GB12676要求，制动距离S≤36.7m 1.2.4车辆驻车坡度tgα(α为坡度极限角)计算
GB12676规定：驻车制动系必须使满载车辆停在18%坡道上(上坡或下坡)。
1)汽车在上坡时的驻车坡度极限角α1(度)α1=arctan[ϕ(L-L 2)/(L-ϕh g )](2-12)2)汽车在下坡时的驻车坡度极限角α2(度)α2=arctan[ϕ(L-L 2)/(L+ϕh g )](2-13)3)驻车制动扭矩TP 能够满足的驻车极限坡度α3(度)α3=arcsin[T P /(r*m*g)](2-14)4)车辆驻车坡度极限角α应为α1、α2、α3三者最小值，即α=min[α1,α2,α3]
马自达3星驰根据GB12676要求,tgα≤18%(列车12%)。
2结束语
上述匹配计算包括的参数，基本包含了GB12676对中重型商用车的主要制动性能要求，且计算得到的数据基本与实测数据一致。因此如果按上述计算方法所得到的参数计算结果都符合要求，那么我们基本可以认为车辆的制动性能是合格的。
本计算方法简单易行，通过简单的培训，设计人员能够较容易地掌握其使用方法。当然，为了能更简便计算，笔者推荐将其计算转化为EXCEL 格式。
[1]刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算.清华大学出版社,2004,9.[2]余志生.汽车理论[M].2版.机械工业出版社,1989,4.
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