汽車制動性作為汽車安全行駛的重要保障，直接關系到道路交通安全，其制動全過程包含駕駛員感知危險信號及時做出行動反應、制動器起作用、持續(xù)制動和放松制動四個階段。改善汽車制動性，自始至終是汽車設計制造和使用部門重要任務。


重大交通事故往往與制動距離太長、緊急制動時發(fā)生側滑等情況有關。針對汽車制動響應時間研究文獻較多，文獻[5]研究了基于模擬器的駕駛員應急狀態(tài)下剎車反應時間的影響；文獻[6]基于駕駛模擬器環(huán)境開發(fā)了應急場景對多名被試駕駕駛人進行了虛擬仿真駕駛試驗，研究了駕駛人在城市道路環(huán)境下的應急感知-響應時間；針對駕駛員在真實交通工況進行了采集，并基于采集數據對制動系統(tǒng)反應時間進行了提取和分析；研究了氣壓制動系統(tǒng)不同設計變量對其制動性能的影響。

整車制動數學模型

汽車制動距離與行駛安全有直接聯(lián)系，定義為汽車以某初始速度行駛時，從駕駛員急速踩踏制動踏板到汽車完全停止所駛過的距離。當制動器制動力小于地面附著力時，汽車制動距離的數學模型建立如下：



式中，S——制動距離；——制動器反應時間；

——持續(xù)制動時間；——起始制動車速；

abmax——制動減速度。

分析數學模型可以得出，決定汽車制動距離的主因是制動器起作用時間、最大制動減速度和制動時汽車行駛車速。汽車持續(xù)制動時間是迫使汽車減速停車的主因，但制動系統(tǒng)反應時間也是不可忽略的重要因素之一，其與制動系統(tǒng)的結構型式有密切聯(lián)系。

為清晰描述制動系統(tǒng)反應時間對制動距離的影響，利用某N2類貨車發(fā)動機脫開0型制動性能試驗結果加以闡釋，其中試驗條件（滿載、輪胎-道路附著系數等）均滿足制動性能試驗技術要求。圖1為該貨車以60km/h緊急制動至0km/h的速度-時間曲線和速度-距離曲線，其中，圖1（a）中陰影部分即為制動反應時間t=0.2s。假設式（1）其它條件不變的情況下，制動反應時間由原0.2s增加0.45s，增加幅度0.25s，此時制動距離將由原來的26.52m增加至30.69m，增加幅度將達4.17m。由此可見，減小制動系統(tǒng)反應時間是縮短制動距離，提高行駛安全性行之有效的措施之一。

制動系統(tǒng)反應時間影響試驗研究

以減小汽車制動系統(tǒng)反應時間為目標，建立不同試驗變量（儲氣筒容積、制動氣室間隙以及制動系統(tǒng)壓力）的汽車制動反應時間的試驗研究。

試驗準備：試驗對象應保持靜止狀態(tài)，并按照GB12676所述要求于最不利的制動氣室最易接近處安裝壓力測試連接器。啟動車輛，充氣至車企規(guī)定的系統(tǒng)壓力，開始進行測試。

此外，已對氣壓制動汽車的制動系統(tǒng)管路長度及管徑大小對其制動性能的影響分析，筆者未對這兩項進行試驗驗證，僅對其影響情況作了簡要分析。


圖1 某商用車制動性能試驗結果


圖2 制動距離與制動反應時間曲線

2.1 系統(tǒng)壓力的影響

為分析系統(tǒng)壓力對其制動反應時間的影響，首先分析商用車制動系統(tǒng)原理，由圖3某商用車制動系統(tǒng)原理圖可以知道，發(fā)動機帶動空氣壓縮機產生一定壓力的氣體，經干燥器除去水分后通過四管路保護閥進入儲氣瓶，前橋制動管路氣流從前橋儲氣筒經串聯(lián)式雙腔制動閥下腔輸入口和輸出口，再經過快放閥，最后到達前橋左右制動氣室。后橋制動管路氣流從后橋儲氣筒經串聯(lián)式雙腔制動閥上腔的輸入口和輸出口，到達后橋左右彈簧制動氣室的膜片腔，使車輛處于制動或者解除制動狀態(tài)。


圖3 某商用車制動原理圖

在其它條件不變的情況下，分別以系統(tǒng)壓力為0.65MPa、0.70MPa、0.75MPa、0.80MPa、0.85MPa、0.90MPa、1.0MPa的制動系統(tǒng)反應時間測試結果比對。按照GB12676-2014商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法中的制動反應時間試驗要求：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。按照標準進行試驗，提高系統(tǒng)制動壓力對縮短制動反應時間意義不大，原因在于隨著系統(tǒng)壓力提高，制動氣室達到穩(wěn)態(tài)最大壓力值的75%也隨之提高。但是國內商用車制動系統(tǒng)所用的制動氣室起作用的壓力為0.35 MPa-0.4 MPa，提高系統(tǒng)壓力可以縮短制動氣室起作用時間，從而真正意義上縮短制動反應時間和制動距離。


圖4 不同系統(tǒng)壓力下制動氣室起作用時間

2.2 儲氣筒容積的影響

貯氣罐作為汽車制動系統(tǒng)中的儲能元件，其各項性能參數對整個制動系統(tǒng)效能的發(fā)揮及整車制動性能的優(yōu)劣起著至關重要的作用。儲氣瓶容積是基于整車制動系統(tǒng)應滿足在靜態(tài)下（本文商用車底盤靜態(tài)下系統(tǒng)壓力為0.8MPa），要求駕駛員連續(xù)進行五次全制動，整車制動系統(tǒng)最低壓力不低于車輛起步氣壓，本文的某商用車起步氣壓約為0.5MPa，進行一次全制動相對于調壓器調定的儲氣筒的壓力降不超過0.03MPa。本文商用車的儲氣筒容積設計值為30L，為研究不同容積的儲氣筒對制動反應時間的影響，本文分別對30L和40L的儲氣筒進行制動反應時間試驗。

由不同容積儲氣筒制動反應時間試驗曲線可以看出儲氣筒容積為30L時，制動氣室達到0.4 MPa的反應時間為0.429s，儲氣筒容積為40L時，制動氣室達到0.4 MPa的反應時間為0.485s，所以增加儲氣筒容積對縮短制動反應時間有利。


圖5


圖6 不同容積儲氣筒制動反應時間試驗

2.3 管路長短及管徑大小的影響

制動系統(tǒng)管路過長，通往制動氣室的時間越長，制動器起作用的時間越滯后，滯后時間與管路長短有著密切聯(lián)系。假設車輪制動氣室間隙等同，儲氣筒最佳布局位置的情況下，若車輪前后軸管路長度差異較大，導致流體流至制動氣室的時間存在差異，前后輪制動氣室作用時間不一致，所產生的制動力不均勻，可能會導致制動過程跑偏和失去操縱穩(wěn)定性；同理，同一車軸不同車輪制動器的制動管路長短若差異較大，亦會引起上述情況。為此，制動管路布局設計時，應力求總的制動管路長度要最小化，以減小制動滯后時間；此外，還應合理規(guī)劃前后軸各制動分泵到制動閥的距離，以盡可能地保證前后左右車輛制動滯后時間的一致性。

管徑會影響通過管路截面的流體流量，必然會引起流體通過時間發(fā)生變化。在車輛氣制動系統(tǒng)及附屬用氣系統(tǒng)設計計算過程，不僅要考慮到制動性能設計要求，還應考慮管徑對充氣時間的影響，以及連續(xù)制動過程儲氣容量要求和儲氣裝置報警要求。通過Matlab對三種常用管徑8mm、10mm、12mm進行對比仿真分析，得到管徑12mm的制動管路充氣速度明顯快于8mm和10mm兩個管徑管路，說明制動管徑的增大使流量增大對減少充氣時間的影響，遠大于由增大管徑帶來的制動管路體積的增加對充氣時間變化的影響。但由于連續(xù)制動時會不斷消耗儲氣筒的儲氣量，制動管路管徑過大會造成后續(xù)制動壓力不足，所以管徑不可過大，通常管路管徑選擇10mm，如增加儲氣筒容積，可選擇12mm管徑，這將對縮短制動反應時間和制動距離有利。

2.4 其他因素影響

制動管路的布置對制動反應時間也有較大影響，管路布置中盡量減少三通管接頭和彎通管接頭的應用，讓制動氣體在制動管路中流通更為順暢；合理的制動間隙也會在一定程度上縮短制動反應時間。另外，電控制動系統(tǒng)EBS（Electronic Brake Systems）的應用可以用電控線路代替部分氣體控制管路，從而可在商用車制動系統(tǒng)原理上大幅縮短制動反應時間和制動距離。

結  論

由于商用車制動原理及制動系統(tǒng)布置上不同于乘用車，商用車普遍存在制動反應時間較長，從而制動距離也隨之增加。本文經過大量的某商用車制動系統(tǒng)反應時間試驗，研究了不同系統(tǒng)壓力、不同儲氣筒容積對制動反應時間的影響，另外分析了不同管路長短、管徑大小及管路布置對對制動反應時間的影響。提出了電控制動系統(tǒng)EBS可以從根本上縮短制動反應時間和制動距離。有利于指導工程實際應用。