摘要：近年來我國經(jīng)濟(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，給商用車運輸行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，同時對貨物運輸過程中的駕駛安全提出了更高的要求。為了滿足載貨量的需要，運輸車輛通常采用牽引車加裝掛車的方式，掛車因此得到了廣泛的應(yīng)用。掛車制動系統(tǒng)作為掛車的關(guān)鍵系統(tǒng)，其性能的好壞直接關(guān)系到整車運行性能；而作為該系統(tǒng)最關(guān)鍵部件之一的掛車制動模塊，其質(zhì)量將直接影響到掛車制動系統(tǒng)的性能。

關(guān)鍵詞：掛車；制動系統(tǒng)；商用車

作者簡介：
史延濤，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向為機(jī)電制造（設(shè)計開發(fā)） ；
楊柳，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向為汽車零部件設(shè)計；
張惠，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司工程師，研究方向為汽車零部件機(jī)加工工藝設(shè)計。

1項目概況

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁背景下，汽車運輸行業(yè)為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，作為商用車運輸行業(yè)的代表，牽引車和掛車所做的貢獻(xiàn)尤為突出。牽引車就是車頭和車箱之間是用工具牽引的一般大型貨車或半掛車，也就是說該車的車頭可以脫離原來的車箱而牽引其他的車箱，而車箱也可以脫離原車頭被其他的車頭所牽引。目前，牽引車根據(jù)其連接方式主要可分為全掛牽引車和半掛牽引車。半掛牽引車主要用來進(jìn)行長途貨物運輸。隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，居民可支配收入不斷提升，居民消費能力也隨之增強(qiáng)，加上近年來電商行業(yè)興起帶動快遞業(yè)務(wù)量的增長，使得我國物流市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，間接促進(jìn)了我國半掛車行業(yè)的發(fā)展。據(jù)資料顯示，2021年我國社會物流總額達(dá)335.2萬億元，同比增長11.7%。對于使用空氣制動系統(tǒng)的車輛而言，掛車或半掛車在車輛行駛過程中的制動安全很重要。掛車必須要搭配牽引車才能行使，當(dāng)車輛行駛過程中需要行車制動時，牽引車與掛車分別有獨立制動系統(tǒng)，而交通法規(guī)要求牽引車與掛車應(yīng)同時制動。由于掛車是連接在牽引車后面的，所以掛車的制動管路較長，在行車制動時，掛車制動會滯后于牽引車。制動過程中牽引車會先制動，掛車后制動，掛車會對牽引車進(jìn)行沖撞，引發(fā)行車安全。而作為該系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件之一——商用車掛車制動模塊，它的質(zhì)量就直接影響到掛車制動系統(tǒng)的性能。

2項目背景

2.1國外研究現(xiàn)狀國外商用車發(fā)展比我國早，經(jīng)歷了由機(jī)械制動到電子制動的過程，電子制動目前采用的是EBS電子制動系統(tǒng)。電子制動系統(tǒng)主要由中央控制模塊、EBS單通道模塊、ABS電磁閥、EBS雙通道模塊、EBS掛車控制閥、制動信號輸出器等零部件組成。當(dāng)駕駛員踩動制動踏板時，制動信號輸出器內(nèi)置的位移傳感器記錄駕駛員踩踏板的行程，輸出制動位移電信號，并將此信號傳送中央控制模塊，中央控制模塊根據(jù)輸入的電信號判斷駕駛員需要減的速度。此時中央控制模塊控制牽引車上的EBS單通道模塊、EBS雙通道模塊進(jìn)行電子制動。與此同時，中央控制模塊根據(jù)車輛減速度控制EBS掛車控制閥的工作，確保牽引車上的EBS單通道模塊、EBS雙通道模塊與掛車上的EBS掛車控制閥同步制動，保障車輛行駛過程中的制動安全。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)牽引車與掛車制動系統(tǒng)具體表現(xiàn)為，當(dāng)車輛在行駛過程中需要制動時，牽引車與掛車分別有獨立的制動系統(tǒng)，而交通法規(guī)要求牽引車與掛車應(yīng)同時制動。但目前牽引車的制動氣源是依靠牽引車的儲氣筒提供，掛車制動氣源也是依靠牽引車的儲氣筒提供。由于掛車是連接在牽引車后面的，所以掛車的制動管路較長，在行車制動時，掛車制動會滯后于牽引車。制動過程中牽引車會先制動，掛車后制動，掛車會對牽引車進(jìn)行沖撞引發(fā)行車安全。國內(nèi)商用車主機(jī)廠為了解決牽引車與掛車剎車制動時間不協(xié)調(diào)的問題，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致制動不協(xié)調(diào)的原因是掛車制動管路過長。在空氣制動系統(tǒng)中，在管路長度一定的前提下，控制腔壓力增大則輸出腔壓力也將增大。因此現(xiàn)在國內(nèi)掛車為了解決掛車輸出管路氣壓低于牽引車輸出氣壓而產(chǎn)生拖剎現(xiàn)象，設(shè)置了一個越前功能來解決這個問題。其方法是通過掛車制動閥控制腔活塞面積差的設(shè)計，使得掛車制動閥控制管路輸出口P22的壓力比掛車制閥第一回路控制口P41的壓力大20～30 KPa，進(jìn)而實現(xiàn)越前量的調(diào)節(jié)。國內(nèi)EBS電子制動系統(tǒng)還未普遍應(yīng)用于牽引車與掛車，其中一部分原因也是由于加裝EBS電子制動系統(tǒng)會增加車輛出廠成本。以下商用車掛車制動模塊的研發(fā)，成本低，質(zhì)量可靠，能夠很好地解決牽引車與掛車制動不同步的問題。

3 商用車掛車制動系統(tǒng)

商用車掛車制動系統(tǒng)是掛車獨立制動系統(tǒng)，整個系統(tǒng)安裝在掛車上，如圖1所示。掛車上各部件所需的氣源均由牽引車上的掛車控制閥提供。本掛車制動系統(tǒng)由掛車進(jìn)氣接頭、掛車控制接頭、掛車指示燈、掛車制動模塊、掛車組合閥、輪速傳感器、制動氣室等組成。掛車所有的氣壓均來自于掛車進(jìn)氣接頭與掛車控制接頭。安裝在牽引車上的掛車控制閥設(shè)置有進(jìn)氣口P1、行車制動控制口P4、駐車控制口P43、第一輸出口P21、第二輸出口P22.掛車進(jìn)氣接頭與安裝在牽引車上的掛車控制閥的第一輸出口P21相導(dǎo)通，牽引車上的掛車控制閥的第一輸出口P21與自身掛車控制閥進(jìn)氣口直接導(dǎo)通，所以掛車進(jìn)氣接頭的氣壓不需要牽引車上掛車控制閥工作，就可以直接從牽引車上導(dǎo)入氣壓，氣壓始終保持在掛車進(jìn)氣接頭處。當(dāng)進(jìn)氣接頭與牽引車對應(yīng)的氣管接通時，牽引車上儲氣筒的氣壓從牽引車掛車控制閥第一輸出口P21，經(jīng)過掛車進(jìn)氣接頭，再經(jīng)過掛車制動模塊第一輸出口P21到達(dá)掛車儲氣筒。掛車控制接頭與安裝在牽引車上的掛車控制閥的第二輸出口P22相導(dǎo)通。牽引車上的掛車控制閥的第二輸出口P22氣壓的輸出，是由于當(dāng)司機(jī)需要進(jìn)行行車制動而踩下腳閥時，腳閥輸出口的氣壓到達(dá)牽引車掛車控制閥的控制口P4，此時牽引車掛車控制閥控制口P4的活塞下移，使自身進(jìn)氣口P1的氣壓導(dǎo)入到第二輸出口P22，氣壓再到達(dá)掛車控制接頭。當(dāng)牽引車掛車控制閥的第二輸出口P22與掛車控制接頭之間的氣管連通時，掛車控制接頭將來自牽引車的控制氣壓輸出至掛車制動模塊的控制口。

圖1 商用車掛車制動系統(tǒng)管路

4 商用車掛車制動模塊關(guān)鍵技術(shù)

這種商用車掛車制動模塊，利用電控系統(tǒng)將掛車的制動氣源從牽引車改為掛車，縮短了制動距離，通過壓力傳感器標(biāo)定，確保牽引車與掛車制動時間同步，能夠最大程度地保證車輛及駕駛?cè)说陌踩Ｉ逃密噿燔囍苿幽K的技術(shù)方案：采用商用車掛車制動模塊外接中央ECU、壓力傳感器的模式來實現(xiàn)功能，如圖2所示。本商用車制動模塊包括上殼體6、下殼體7，上下殼體之間由螺釘9連接，下殼體7設(shè)置有第一輸出口P21和第二輸出口P22，兩個輸出口分別設(shè)置在 下閥體5的后部和下部，并分別外接對應(yīng)的壓力傳感器，兩個壓力傳感 器均與ECU相連接。第一輸出口P21向掛車儲氣筒輸送壓力，第二輸出口P22控制車輪制 動器。上殼體6與下殼體7之間設(shè)置有電樞組件8、彈簧2、活塞3、單向閥片4、運動堵頭5。為了方便安裝，進(jìn)氣口P1、控制口P4、第一輸出口P21、第二輸出口P22，均設(shè)置有相同結(jié)構(gòu)的接頭1。

圖2 商用車制動模塊安裝結(jié)構(gòu)電樞組件8包括線圈、進(jìn)氣鐵芯組件11、排氣鐵芯組件12。進(jìn)氣鐵芯組件11包括對應(yīng)的彈簧、動鐵芯及靜鐵芯，排氣鐵芯組件12則包括對應(yīng)的彈簧、動鐵芯及靜鐵芯，進(jìn)氣鐵芯組件與排氣鐵芯組件的內(nèi)部組成零部，在此不做一一細(xì)述。本商用車掛車制動模塊具體接口定義如下。進(jìn)氣口P1承接來自牽引車掛車制動閥輸出口P21的氣壓；控制口P4承接來自牽引車持車制動閥輸出口P22的氣壓。第一輸出口P21接掛車儲氣筒，將來自牽引車的氣壓通過本商用車掛車制動模塊，經(jīng)P21口到達(dá)掛車儲氣筒，然后掛車儲氣筒成為掛車制動的源頭，縮短了氣路長度。第二輸出口P22接掛車組合閥控制口，為掛車制動氣室提供控制壓力。電樞接頭10的下方接電樞組件8的控制線圈，控制進(jìn)氣鐵芯組件11、排氣鐵芯組件12的相應(yīng)動作。電樞接頭10的上方接中央ECU，ECU控制整個電樞組件做相應(yīng)動作；排氣口P3用于本商用車掛車制動模塊壓力的卸荷。商用車掛車制動模塊通過電控控制剎車制動，商用車掛車制動模塊活塞主剖面圖如圖3所示。當(dāng)車輛正常行駛時 ，進(jìn)氣口P1始終保持有氣壓狀態(tài)，在進(jìn)氣口P1氣壓及彈簧2的作用下，推動活塞3向右移動。此時，關(guān)閉F通道，打開E通道，使通道C、通道D、通道E與第二輸出口P22導(dǎo)通。

圖3 商用車掛車制動模塊活塞主剖面當(dāng)需要剎車時，司機(jī)踩下腳制動閥，此時掛車尾部剎車燈亮，中央ECU接收到剎車信號后，控制電樞接頭10通電 ，電樞接頭10通電后控制進(jìn)氣鐵芯組件11及排氣鐵芯組件12觸動工作。此時，進(jìn)氣鐵芯組件11通電后，對應(yīng)的動鐵芯吸合，使與第一輸出口P21相通的通道A與通道B連通，排氣鐵芯組件12也同步通電，關(guān)閉排氣口P3以確保通道B的壓力得到保持，如圖4所示。與此同時，通道B的壓力推通運動堵頭5，使運動堵頭5封堵住控制口P4，通道B的氣壓經(jīng)通道C、通道D、通道E到達(dá)第二輸出口P22，最終P22口的氣壓到達(dá)掛車組合閥控制口，使持車組合閥向掛車制動氣室進(jìn)行壓力輸出，使制動氣室對車輪產(chǎn)生制動。

圖4  制動示意由于電信號快于氣信號，而且與商用車掛車制動模塊第一輸出口P21相連接的掛車儲氣筒安裝在掛車上， 距離掛車制動氣室較近，因此商用車掛車制動模塊第二輸出口P22的氣體壓力建立速度較快，能夠彌 補(bǔ)制動壓力從牽引車儲氣筒向掛車輸送氣體壓力時氣體壓力建立速度過慢的技術(shù)問 題，從而滿足道路交通安全法規(guī)的要求。商用車掛車制動模塊內(nèi)部電氣原理如圖5所示。圖中電樞接頭61.3、61.2控制進(jìn)氣電磁閥，電樞接頭61.1、61.2控制排氣電磁閥。其中進(jìn)氣電磁閥是常閉式，排氣電磁閥是常開式。

圖5 商用車掛車制動模塊內(nèi)部電氣原理當(dāng)剎車結(jié)束后，司機(jī)松開腳制動閥 ，剎車燈關(guān)閉 ，電樞接頭10斷電 ，進(jìn)氣鐵芯組件11及排氣鐵芯組件12恢復(fù)初始工作狀態(tài)，第二輸出口P22的氣壓依次經(jīng)通道E、通道D、通道C、通道B、排氣鐵芯組件12后，從排氣口P3排出，此時電控控制制動過程結(jié) 束。本商用車掛車制動模塊主要運用電信號快于氣壓信號的原理，以及將儲氣筒由牽引車優(yōu)化至掛車的方法，達(dá)到牽引車與掛車制動同步的效果。此外，為了防止電信號出現(xiàn)故障而影響行車安全，本商用車掛車制動模塊又設(shè)計了機(jī)械制動功能，機(jī)械制動的工作原理如下。當(dāng)需要行車制動時 ，司機(jī)踩下腳制動閥 ，掛車尾部剎車燈亮，此時若商用車掛車制動模塊電樞接頭10失效，腳制動閥輸出口的氣壓作用在牽引車掛車控制閥控制口P4，牽引車掛車控制閥第二輸出口P22的氣壓推動本商用車掛車制動模塊控制口P4的氣壓，推動運動堵頭5向上運動并封堵住通道C，此時控制口P4的氣壓依次經(jīng)通道D、通道E到達(dá)P22輸出口，然后向制動氣室 輸送壓力。當(dāng)剎車結(jié)束后，司機(jī)松開腳閥 ，第二輸出口P22的氣壓依次經(jīng)通道E、通道D、 控制口P4后，從腳制動閥排氣口排出，此時機(jī)械控制制動過程結(jié)束。本商用車掛車制動模塊除了電控制動、機(jī)械制動外，還設(shè)置了緊急制動。當(dāng)牽引車掛車控制閥輸出口管路發(fā)生斷裂時，商用車掛車制動模塊進(jìn)氣口P1氣體壓力迅速降低， 當(dāng)氣體壓力值下降到規(guī)定的氣壓值時，活塞4在掛車儲氣筒第一輸出口P21的氣壓作用下，克 服彈簧2的壓力，使活塞3向左移動，在活塞4向左移動的同時打開通道F，關(guān)閉通道E，此時掛車儲氣筒第一輸出口P21的氣壓依次經(jīng)通道F到達(dá)第二輸出口 P22，并向制動氣室輸送氣壓，從而實現(xiàn)緊急制動，確保了行車過程中制動管路破裂的情況下車輛及駕駛員的安全。

5 結(jié)束語

在經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)步發(fā)展的今天，汽車物流運輸行業(yè)得到了快速發(fā)展，牽引車掛車以其載重量大、可操控性強(qiáng)等特點，搭載經(jīng)濟(jì)發(fā)展的便車得到了廣泛的應(yīng)用。商用車掛車制動模塊作為掛車制動系統(tǒng)的重要部件，采用外接中央ECU控制器、壓力傳感器及合理優(yōu)化氣路布置等措施，解決了牽引車與掛車制動不同步、制動過程中掛車對牽引車產(chǎn)生沖撞等安全問題。同時，還考慮到電控失效、制動管路斷裂等影響駕駛安全的問題，設(shè)置了機(jī)械控制回路、緊急制動控制回路，進(jìn)一步提升了掛車制動系統(tǒng)的可靠性，確保了車輛行車安全，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

 [1]張堃,黃茂,劉保國,等.重型越野汽車電控制動系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J].汽車工程,2014(8):980-983,993.[2]王麗萍,尚永孝.EBS電子制動系統(tǒng)簡介[J].汽車實用技術(shù),2017(6):139-141.[3]袁素娟.EBS掛車閥性能檢測系統(tǒng)設(shè)計[D].北京:中國計量大學(xué),2019.[4]劉亞歐,魏仲文,陶仕佳.EBS在商用車上的應(yīng)用及性能研究[J].重型汽車,2020(1):25-26.[5]趙靜,王芷薇,郭斌,等.EBS汽車比例繼動閥性能檢測系統(tǒng)研究[J].汽車工藝與材料,2020(10):54-58.[6]趙陽,王衛(wèi)翼.基于EBS系統(tǒng)的掛車制動控制[J].商用汽車,2021(10):94-95.

《汽車測試報告》征稿

投稿咨詢

投稿郵箱：marketing@auto-testing.net

投稿微信咨詢（備注投稿）：