隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量在高速增加，人們對汽車性能也提出了更高的要求，制動性能作為車輛最為重要的主動安全性能是評價整車性能的關(guān)鍵因素。研究表明，汽車長時間進行強度較大的制動時，制動器溫度常在300℃以上，甚至能達到600～700℃，這是因為制動過程實質(zhì)是把汽車的動能通過制動器轉(zhuǎn)化為熱能，隨著制動器溫度不斷升高，制動器摩擦系數(shù)減小，通過摩擦產(chǎn)生的制動力矩也會有顯著下降，這種現(xiàn)象被稱為制動器熱衰退。汽車制動器熱衰退會導(dǎo)致車輛制動性能降低，制動距離延長，大大增加了交通事故的發(fā)生幾率。

制動系統(tǒng)抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動時制動效能的保持程度來衡量。國內(nèi)外對制動器熱穩(wěn)定性的研究主要集中在建模分析上。但由于制動器熱衰退性能受路況、車況、試驗人員等諸多因素影響，因此研究制動器熱衰退的有效手段是道路試驗。受國內(nèi)某汽車企業(yè)的制動系統(tǒng)研發(fā)試驗委托，對其提供的某款輕型廂式貨車進行制動系統(tǒng)道路試驗研究，采取多種試驗方案分別獲取制動器溫度，制動踏板力，制動減速度等參數(shù)，從不同方面考察制動系統(tǒng)熱衰退對制動性能影響，為后續(xù)底盤制動系統(tǒng)的匹配及驗證試驗提供參考。

試驗

試驗車輛

試驗用車型為國內(nèi)汽車企業(yè)提供的輕型商用車，該車型采用液壓雙回路前后盤式制動，車輛總質(zhì)量為5984kg，最大車速為125km/h。

試驗系統(tǒng)搭建

該試驗系統(tǒng)主要試驗設(shè)備如表1所示。因本次制動試驗需要采集信號較多，所以必須合理布置每個儀器設(shè)備，以保證試驗順利進行。



試驗方案

試驗是在鹽城汽車試驗場直線性能試驗路進行，路面為瀝青鋪裝，樣車的加載以及試驗方法主要依據(jù)GB12676-2014《商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗方案》以及企業(yè)標(biāo)準進行。本次試驗主要考察熱衰退對制動踏板力、制動距離的影響，熱衰退循環(huán)對制動性能的影響，因此制定以下4種試驗方案。

方案 1：熱衰退對制動踏板力的影響。車輛從0.8Vmax開始，以5.0m/s2 制動減速度制動10次，考察制動踏板力的變化。

方案 2：熱衰退對制動距離的影響。車輛從0.8Vmax 開始，以500N的最大踏板作用力進行10次制動，考察制動距離變化。

方案 3：熱衰退循環(huán)對制動性能的影響。采用國際認可的 AMS制動試驗確定試驗樣車的制動距離。試驗方法為：連續(xù)10次車輛從時速100km/h 通過制動使汽車停止，記錄制動器溫度，制動踏板力，制動踏板位移等參數(shù)。此項測試僅評估第一次和第十次的制動過程，以在制動襯片冷卻和發(fā)熱狀態(tài)下提供關(guān)于其特性的信息。在此試驗基礎(chǔ)上連續(xù)做 10個AMS制動循環(huán)（即10*10制動循環(huán)），考察熱衰退循環(huán)狀況下車輛制動性能的變化。

方案 4：I 型試驗方法考察熱衰退對制動性能的影響。試驗方法為：汽車從規(guī)定初速度V0 =60km/h 開始制動，速度降到1/2V 0解除制動，再以最大制動減速度加速到V0 ,試驗重復(fù)制動20次，每個制動循環(huán)時間為60s。重復(fù)試驗結(jié)束1min內(nèi)發(fā)動機脫開，以與O型試驗相同條件測定制動系統(tǒng)熱態(tài)制動性能?？疾鞜釕B(tài)狀態(tài)下與冷態(tài)狀態(tài)下的制動性能關(guān)系。

結(jié)果與分析

熱衰退對制動踏板力的影響

試驗樣車制動初速度為100km/h，制動減速度基本保持不變，連續(xù)進行10次制動，踏板力變化見圖1。



圖中每一段曲線峰值代表一次制動，曲線峰值之間部分代表車輛非制動行駛。從圖中可看出，隨著制動次數(shù)的增加，制動器溫度有明顯上升，在保持制動減速度基本不變的情況下，制動踏板力從191N增加到273N。產(chǎn)生此現(xiàn)象原因是因為制動過程中，摩擦材料與制動器產(chǎn)生摩擦，整車的運動動能90%轉(zhuǎn)化為熱能，即表現(xiàn)為制動器溫度升高，制動系統(tǒng)的摩檫片里含有大量的有機化合物，這些有機化合物在生產(chǎn)過程中被固化下來。

當(dāng)制動器超過一定溫度后，摩檫片里的有機化合物受熱分解，所產(chǎn)生的氣體和液體析出，起著潤滑的作用，導(dǎo)致摩擦系數(shù)變小，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，此時若要使車輛繼續(xù)保持恒定的制動減速度，勢必需增加制動踏板力。

熱衰退對制動距離的影響

試驗樣車制動初速度為100km/h，制動踏板力基本保持
不變，連續(xù)進行10次制動，踏板距離變化見圖2。從圖2 可看出，隨著制動次數(shù)的增加，制動器溫度上升明顯，在保持制動踏板力基本不變的情況下，制動距離從61.3m 增加到70.5m。原因同3.1 所述，制動器溫度上升會導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，若使用同樣踏板力，必會導(dǎo)致制動距離變長。



熱衰退循環(huán)對制動性能的影響

考察樣車在熱態(tài)狀態(tài)下，進行10*10的AMS制動試驗，考察熱衰退循環(huán)狀況下樣車制動性能的變化。AMS制動試驗是德國汽車類雜志AMS（Auto Motor und Sport）組織的對歐洲市場車輛制動性能測試，其條件嚴格且測試結(jié)果公正、可靠，在歐洲很受公眾和消費者認可。試驗制動初速度為100km/h，單個AMS制動試驗結(jié)果如圖 3。



從圖中可以看到10次連續(xù)制動過程中制動器溫度上升極為劇烈，第10次制動時，制動器溫度高達450℃。制動器溫度的變化，引起制動性能發(fā)生變化，制動踏板力趨于變大，制動距離趨于變長。AMS試驗主要考察第1次和第10次制動性能變化情況，10*10次制動循環(huán)過程中制動距離有增大趨勢，制動踏板力也有明顯增加趨勢。并且經(jīng)試驗驗證即使每個循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，但是由于上個循環(huán)的高溫已經(jīng)對制動器材料造成部分不可逆影響，所以制動性能在持續(xù)下降。

I 型試驗方法考察熱衰退對制動性能影響

我國GB12676-2014規(guī)定了商用車輛制動系統(tǒng)必須符合I型試驗要求，本試驗樣車試驗結(jié)果圖表2，可以看出重復(fù)制動后熱態(tài)制動器制動效能制動距離和MFDD不低于該類車規(guī)定性能的80%，也不低于發(fā)動機脫開的O型試驗數(shù)據(jù)的60%，穩(wěn)定性未超出3.7m，滿足國標(biāo)要求。



結(jié)論

本文對某車企5.9t廂式運輸車制動系統(tǒng)進行了多方案的道路試驗研究，結(jié)果顯示，隨著制動次數(shù)的增加，制動器升溫極快，當(dāng)超過一定溫度后，摩擦系數(shù)降低，車輛出現(xiàn)制動熱衰退現(xiàn)象。若要保持恒定制動減速度，則必須提高制動踏板力；反之，若一直使用相同制動踏板力制動，則制動距離增加；從10*10次制動循環(huán)試驗可以看出，即使每個循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，因高溫已對制動器材料產(chǎn)生了不可逆的影響，車輛也出現(xiàn)了制動力不足以致剎車距離變長的現(xiàn)象。

剎車過程是動能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，如果能將熱能釋放出去，那么無疑會加快其轉(zhuǎn)化速度，從而使汽車更快失去動能實現(xiàn)良好的制動效果，因此可采用空心通風(fēng)盤式制動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動器。除從制動系統(tǒng)本身來解決問題，也需要掌握制動技巧，比如，在汽車下長坡、崎嶇山路等陡峭路面時，可采用發(fā)動機制動+剎車輔助，即利用發(fā)動機的壓縮行程產(chǎn)生的壓縮阻力，內(nèi)摩擦力和進排氣阻力對驅(qū)動輪形成制動作用來達到汽車減速的目的等。