吉林大学硕士学位论文

吉林大学硕士学位论文开题报告题目:重型车液压辅助制动系统特性的仿真研究专业:车辆工程姓名:王瑞建指导教师:程秀生教授二零一零年十一月一、研究背景近年来，随着我国道路交通事业的发展，道路交通状况和车辆通行能力有了很大的改善，公路货运车辆的载货量与公路客车的载客量越来越大，并且行驶里程越来越长，各类车辆的性能也在不断提升，平均车速也越来越高。

与此同时车辆行车制动器的制动效能在世界范围内并没有较大突破。

由于受空间尺寸的限制，其散热能力有限等原因，在车辆频繁制动或持续制动的条件下会出现高温积累，导致行车制动器制动效能下降，由此引发驾驶员、乘员、行人、车辆和货物的安全问题。

在交通状况好的地区，车辆平均行驶速度大幅度提高，这就意味着在同样的制动条件下、同样的时间内，车辆的行车制动器要产生更多热量，承受更大的热负荷。

统计资料表明，城市客车日平均制动次数约1600次，造成制动器故障率高，使用寿命短。

在道路通行情况差的地区，尤其是行驶于矿山或山区公路上的汽车经常要下长坡，为不使汽车在自身重力作用下不断加速到危险速度，需对汽车进行持续制动，车辆制动器工作更加频繁，发热更严重。

长时间持续制动会使行车制动器产生大量热量，引起过热现象，从而导致摩擦系数降低，使制动效能下降，这对行驶中的车辆是十分危险的，可能发生制动失效而酿成重大交通事故。

因此，为保证此类车辆具有良好的制动性能，除行车制动器外，还应装备辅助制动器，将行车制动器的负荷进行分流，使其温度控制在安全范围内。

缓速制动器作为车辆辅助制动系统部件，通过作用于传动系统而减轻制动系统的负荷，使车辆均匀减速，以提高车辆制动系统的可靠性，延长制动系统的使用寿命，并能由此而大幅度降低车辆使用成本。

统计数字表明，使用缓速制动器，行车制动器平均故障率可降低48.12%，制动片和制动鼓用量分别可减少42.04%和50.78%。

其中，未装缓速器的客车制动片寿命约5～25万公里，而安装缓速器的客车制动片寿命约15～75万公里。

1.车辆辅助制动系统分类：辅助制动系统，即所谓的缓速制动器，多安装在供山区使用的载重汽车和大型客车上。

目前技术比较成熟，适用于车辆的辅助制动方式主要有液压制动、空气阻力制动、发动机排气制动、电涡流式缓速制动，液力缓速制动等。

1.1液压制动液压制动依靠液流节流对液压泵轴的制动力矩来实现制动。

液压制动装置使吸收的能量通过节流转化为热能，再通过冷却器由冷却介质带走。

此种液压制动可从高速一直制动为零，其间任意点均可提供可靠的恒定力矩制动。

此种制动方式的缺点在于液压泵自身有机械磨损，随着使用时间的增长，其制动性能由于液压泵效力降低而下降；随着所需自动功率的上升，元件尺寸增长较快，使得柱塞间隙密封更加困难。

目前功率在500～600KW以上的液压泵很少见，因而液压制动只能应用在中小功率的车辆。

1.2空气阻力制动它是依靠在制动时突然增大车身空气阻力表面积或装于车辆尾部的制动时可弹出来的空气阻力伞来产生制动力。

这种制动方式一般应用于赛车上，也经常应用于航天飞机上。

这种制动方式制动平稳，安全可靠且无冲击，但它对车辆的行驶路面环境要求严格，很难应用于普通车辆和军用车辆中。

1.3 发动机排气制动排气制动是在发动机制动基础上发展起来的。

发动机制动是在驾驶员放松油门踏板和离合器踏板，变速档位不在空挡时，靠汽车运行的动能迫使发动机加速转动而产生的，即:从驱动轮通过传动系推动发动机曲轴旋转，发动机活塞与缸壁、曲轴与轴瓦的摩擦力、泵气损失以及传动部件的能量损失都会对汽车产生制动作用，但其制动效果不能很明显地阻止制动蹄片的早期磨损。

图1.1 排气制动碟形阀排气制动装置通常是在发动机排气管出口处安装一个蝶形阀(图1.1),当排气制动不起作用时，阀片处在张开的位置(图1.1a)，并不影响发动机的正常工作。

当排气制动起作用时，阀片关闭(图1.1b)，同时断油机构强制性切断发动机的供油，行驶的汽车带动发动机曲轴强制旋转运动。

发动机活塞在排气行程中，排出的气体因制动阀片关闭而被压缩，产生压力，使发动机如同压气机一样工作，被压缩的气体使排气时活塞上行产生阻力，加大了发动机的压气损失，从而起到了制动效果。

但是发动机排气辅助制动系统存在以下不足:1）由于压缩比及其它技术原因，适用于柴油机，而不适应于汽油机，制动噪音大，效果也差。

2）只能提供制动和不制动两种选择，且制动力不能随汽车载荷和运行工况进行相应调整。

3）工作时造成汽缸压力和发动机温度升高，易导致气门卡死、汽缸垫损坏以及排气控制阀片易出现烧蚀、卡死等故障。

1.4 电涡流式缓速制动电涡流缓速器的机械结构由定子、转子及固定架等部件组成。

当有电流通过定子励磁线圈时，便产生磁场，对在此磁场中旋转的转子造成阻力矩，即制动力矩。

在磁场作用下，在转子中产生的涡电流可将定子及整个汽车的部分动能转换成热能。

目前电涡流缓速器存在的问题也比较明显，主要如下：1）体积较大，重量较重，所能提供的制动转矩较小。

2）电涡流缓速器存在线圈易老化，容易引起火灾，有安全隐患，及更换线圈费用高等缺点。

3）消耗一定的电能，不能实现制动能量回收。

1.5 液力缓速制动液力缓速器是液力偶合器的一个派生类型，虽然它并非传动元件，而是耗能减速的制动元件。

它依靠工作轮腔内液流循环流动对定轮叶片的冲击作用将车辆动能转化为液体热能（图1.2），再通过一定冷却散热方式将热能散发出去，从而实现车辆缓速制动。

现代汽车的发展方向是高速、安全、环保、舒适，辅助制动器将会是必不可少的标准配置。

液力缓速器作为辅助制动器的一种，同其它辅助制动器(主要指发动机排气制动和电涡流缓速器)相比有着显著的优点，液力缓速器将会得到广泛的应用。

2.液力缓速器类型按照功能分类，液力缓速器主要有两种类型（图 1.3）：单一减速制动型和牵引-制动复合型。

单一减速制动型液力缓速器在工作时，根据工况的不同向工作腔内充入不同数量的工作液体，不工作时将工作腔内工作液体排空。

牵引-制动复合型液力缓速器在牵引、制动工况下工作腔内充满工作液体，制动工况时结合制动元件，将工作轮制动或反转。

图1.2 液力缓速器工作轮腔内情况 a -动轮 b -定轮 c -工作液体循环流二、缓速制动在国内外研究概况目前在国内外,液力缓速制动已作为辅助制动的主要形式得到较为广泛的应用，而且技术比较成熟。

在国外一些国家已经把辅助制动系统作为商用车必备系统列为交通法规。

例如，德国交通法规规定:总质量在5.5 t以上的客车和9t以上的载货车必须安装辅助制动系统。

法规还规定了辅助制动系统测试方法:在坡度为7%、坡长6km的坡道上，不采用主摩擦制动器，应保证汽车以30 km/h的速度正常行驶至坡底。

瑞士交通法规规定：总质量超过3.5 t的牵引车以及总质量8t以上的载货车必须安装持续制动装置。

这种辅助制动装置大都采用液力减速制动。

在北欧、美国西部、日本等多山地丘陵地区，许多公共汽车、工程用车、重型运输汽车上都装备了液力减速制动器。

国际上著名的液力缓速器生产商有德国的ZF公司、VOITH公司和美国的Allison公司，这些公司在液力缓速器研究和应用开展得比较早，技术成熟，结构类型多样化，系列化。

2008在第62届国际汽车展览会(IAA)商用汽车展览会上，VoithTurbo(福伊特驱动)公司展示了其最新开发的用于商用车的新型液压制动系统—VIAB，如图2.1所示。

该系统将离合器和转矩转换器以及缓速器的功能集成到同一个系统中，并置于发动机和变速器之间。

从而使汽车起动时采用液压动力传动，更加平顺，转矩传输无损耗；制动时还具有一般缓速器的效果。

图2.1VIBA实物图在国内，我国交通部在1997年颁布了JT/T325《营运客车类型划分及等级评定》标准，并于2002年进行了修订，规定在大型、中型的高二、高三级营运公路客车上必须安装缓速器，我国在1999年发布的国家强制性标GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，它采用了ECE第13号法规（ECER13）《关于M、N、O类机动车制动的统一规定》中制动系 II 型和 IIA 型试验制动性能的规定，对装有缓速器的车辆的制动性能及其试验方法作了规定。

这些规定尽管比国外的法规晚，但对我国缓速器行业的发展和车辆行驶的安全起到了积极的作用。

由于上述标准的规定及对缓速器作用的进一步认识，我国汽车缓速器生产厂家和缓速器产量的急剧增加，在市场上也形成了缓速器行业无序的竞争情况。

一些并没有能力开发的生产缓速器的厂家盲目上马，对车辆性能、质量和安全产生了消极影响，因此必须进一步制定有关缓速器产品的标准，以规范缓速器的设计、生产与试验，提高产品质量及车辆的安全性，为此建设部参照《道路车辆-汽车和挂车连续制动系统—试验程序》（ISO/WD12161 Road vehicle-Endurance braking systems of motor vehicle and flowed vehicles-Test procedures）于2004年制订了行业标准《城市客车缓速器制动性能要求与试验方法》，并且正在计划制订汽车缓速器的行业标准。

国内高校在车用液力缓速器的研究方面也做了大量的工作。

华中科技大学曾经进行液力缓速器的研制工作，主要是以传统液力计算方法进行样机制作，性能试验和分析。

北京理工大学进行了军用车辆液力变矩器牵引—制动性能的研究，实现液力缓速和液力变矩双重功能。

吉林大学汽车学院承担的吉林省科委“车用智能液力缓速器关键技术研究”项目，以汽车自动变速控制理论与控制技术、汽车液力传动理论、液力变矩器与液力偶合器的现代设计方法为基础，通过对现有液力缓速器进行改造和智能控制，对液力缓速器结构和参数进行优化设计。

因而，其技术改进和系列化生产的继承性好、投入费用少，硬件开发与软件研制成果的通用性强，可推广到不同类型汽车的液力缓速器产品中。

三、本文研究的目的、意义我国地域辽阔，山区（包括山地、丘陵和高原）占国土总面积的2/3，这些地区的道路曲折蜿蜒，上下坡路多，交通路况复杂，在这样的条件下车辆经常需要制动行驶。

为了使汽车（特别是重型汽车和大型客车）能在山区安全行驶，提高行车速度，对此类车辆安装缓速制动器就显得十分必要。

另一方面，随着高速公路主干线相继建成，城市间高速长途客运得到空前的发展，为了提高大型长途客车的安全性和舒适性，在这些车上安装具有“巡航速度特性”功能的液力缓速器很有必要。

本文研究目的就是在广泛收集国内外相关资料的条件下，应用现代设计方法设计一种车用新型液压辅助制动装置，解决传统重型汽车在起步过程中发动机载荷冲击太大导致起步不平稳以及汽车下长坡过程中长时间制动而导致制动系统的安全问题，使汽车的起步更加平稳、减少传动系统中冲击载荷并且改善汽车在下长坡过程中的制动效能。