某重型自卸车制动性能分析

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合｝ＩＥ－Ｙ－，＿ｋ大学学报（自然科学版）
配备制动力调节装置或ＡＢＳ系统时，整车制造成 本会有相应的增加。
第３０卷
１．０ ０．８ 鲁Ｏ ６ Ｏ４ Ｏ２
０
（ａ）空载时
∥ ÷？
．唁掭｜／ ，／中桥
澎／ ／ —。前√椤
（ｂ）满载时 图３ ３种载荷状态下利用附着系数与制动强度的关系曲线
Ｚ （ｃ）超载时
第３０卷增刊 ２００７年１２月
合肥工业大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬ（Ｘ；－Ｙ
Ｖ０１．３０ Ｓｕｐ Ｄｅｃ．２００７
某重型自卸车制动性能分析
王俊伟，赵刚
（安徽江淮汽车股份有限公司商用车研究院，安徽合肥２３００２２）
摘要：文章以ＨＦＣ３２ＸＸＸＸｌ重型自卸车为分析对象，建立了三轴汽车的制动力学模型，对其在空载、满载
要求制动强度珍ｏ．１＋０．８５Ｑｏ－－０．２）。
万方数据
（２）车辆在各种装载状态时，前轴利用附着 系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。
（３）对于总质量大于３．５ ｔ的货车，制动强度 Ｚ在０．１５～ｏ．３０之间，每根轴的利用附着系数 位于够一Ｚ±ｏ．０８两条理想的附着系数直线的平 行线之间。
（４）当制动强度ｚ≥ｏ．３时，后轴的利用附着 系数满足关系式Ｚ≥ｏ．３＋０．７４（９一ｏ．３８）。
通常情况下，汽车制动性的研究多以二轴车 为分析研究对象，本文在此基础上建立三轴汽车 制动力学模型，对ＨＦＣａ２ＸＸＸＸｌ重型自卸车前 轴、中桥和后桥制动器制动力和制动力矩以及制 动器制动力的比例关系进行计算和分析，得出整 车在空载、满载和超载情况下的制动强度和利用 附着系数的关系曲线，与ＥＣＥ制动法规相对照， 评价ＨＦＣ３２ＸＸＫＲｌ重型自卸车制动时的方向稳 定性和附着条件利用程度。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｈｅａｖｙ ｄｕｍｐｅｒ ｔｒｕｃｋ，ＨＦＣ３２ＸＸＸＸｌ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅｓ，ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ １０ａｄｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｎ ｔｈｅ／ｅｓｔ－－ｂｅｔ ｗｉｔｈ ＧＢｌ２６７６－－１９９９，ＧＢ７２５８－－１９９７ ａｎｄ ＥＣＥ ｃｏｄｅ，ｔｈｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒａｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ；ｂｒａｋｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎ；ｂｒａｋｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ
（２）凸轮轴对制动蹄端推力之和，Ｐ—Ｐ。＋
Ｐ２。
Ｐ１＋Ｐ２一（Ｌ／２ｒ）Ｆ 其中，Ｐ。为凸轮轴对领蹄端的推力；Ｐ。为凸轮 轴对从蹄端的推力；Ｌ为调整臂长；ｒ为渐开线凸 轮轴基圆半径［引。
对于前桥，由Ｓ一１５８ ｃｍ２，Ｌ一１４５ ｍｍ，则 Ｐ一４８ ３８８ Ｎ；对于斯太尔中、后桥，由Ｓ一 １９６ ｃｍ２，Ｌ一１４５ ｍｍ，则Ｐ一６１ ３８７．２ Ｎ。
万方数据
图２支承销式制动蹄
固定凸轮式制动器的平均制动器效能因数计 算如下：
Ｂｒ一赢４Ｂ下Ｆｔｌ Ｂ酝Ｆｔ２
（９）
ＨＦＣ３２ｘｘｘＸｌ重型自卸车采用典型的领一
从蹄式制动器结构。 ２．１．１制动器的制动效能因数
由于中桥和后桥采用的制动器总成结构参数 一致，故中桥和后桥制动器的制动器效能因数和 制动器制动力一致。根据前轴、中桥、后桥制动器
与总制动器制动力之比来表示，即
卢一甓
由于Ｅ１一Ｔｎ／ｒ。，Ｅ—Ｔｎ／ｒ。＋Ｔ席／＾，则
玉 厂舟一 Ｔｎ＋Ｔ尼
根据２．１的计算数据，代入此式中可以得出 制动力分配系数为：ａ＝０．２７２，口一ｏ．３６４。
２．２．１整车参数的确定 空载、满载及超载情况下，重力加速度ｇ一
９．８ ｍ／ｓ，前轴距Ｌ＝３．６９ ｍ，后轴距ｃ一１．３５ ｍ，制 动分配系数ａ＝Ｏ．２７２，Ｊ；８一ｏ．３６４，无同步附着系数 叻。空载情况下前制动力Ｅｂ。＝４３ ６６０ Ｎ，中、后桥
如一（口一Ｚ矗。）＋２Ｚｈ（１－－ａ）（Ｌ＋ｃ／２）／ｃ，
Ｆ瑚一２Ｚ（１一口＿ｐ（Ｌ＋ｃ／２）， Ｆ稆一（口一Ｚ矗。）一２Ｚ矗（１－ａ）（Ｌ＋ｃ／２）／ｃ。 利用ＶＢ编程可以得到空载、满载及超载时 利用附着系数与制动强度的关系曲线，如图３所 示［３］。ＥＣＥ制动法规对双轴汽车前、后制动器制 动力分配的要求（图３中的粗实线）［４’５］： （１）对于９—０．２～ｏ．８之间的各种路面上，
中、后制动器有：
ＢＦｌ一１．６８９，ＢＦ２—０．５５９，ＢＦ一１．６８１。
２．１．２制动器的制动力矩 （１）制动气室输出力Ｆ。
增刊
王俊伟，等：某重型自卸车制动性能分析
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Ｆ＝２ ＰＳｒｌｌ
其中，Ｐ为气室工作气压，取Ｐ一０．６ ＭＰａ；Ｓ为 气室的有效面积；伽为气室效率，取协一ｏ．９。对 于前桥，Ｓ一１５８ ｃｍ２，则Ｆ＝８ ３６１ Ｎ；对于斯太尔 中、后桥，５—１９６ ｃｍ２，则Ｆ一１０ ５８４ Ｎ。
万方数据
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合肥工业大学学报（自然科学版）
第３０卷
Ｒ·．地面对前轮的法向反力Ｒ２．地面对中桥的法向反力 Ｆｎ．地面对后轮的法向反力Ｒｂ，．地面对前轮的制动力 Ｅｂｚ．地面对中桥的制动力Ｒｂ３．地面对后轮的制动力 Ｇ．汽车所受重力Ｌ．汽车轴距ｎ．汽车质心到前轴的距离
ｂ．汽车质心到中桥的距离ｃ．中桥到后桥的距离 ｈ。．汽车质心高度ｈ．平衡轴中心高度
ＨＦＣ３２ＸＸＸＸｌ重型自卸车在水平路面上制 动时的受力情况如图１所示。
为了便于研究，分析时忽略了汽车所受的滚 动阻力偶矩、旋转质量减速时产生的惯性力偶矩 及空气阻力，还忽略了制动时车轮边滚边滑的情 况，并且附着系数只取一定值够。
收稿日期：２００７ １１—０１ 作者简介：王俊伟（１９８１一），男，河南太康人，安徽江淮汽车股份有限公司助理工程师
制动力氏、Ｅｂ３均为５７ ８９７ Ｎ。。空载、满载及超
载情Baidu Nhomakorabea下的整车质量ｍ，前轴质量优。，中、后轴质
量ｍ：，以及参数口Ａｈ。和＾见表１所列。
表１ ３种载荷状态下的整车参数
２．２．２ ３种载荷情况下制动强度和利用附着系数 根据模型推导得出：
Ｐ，一锌，伫一镪，弘一锷
其中Ｒｂｌ＝ａＺ（Ｌ＋ｃ／２）， Ｅ１—６＋ｃ／２＋Ｚ矗。， Ｒｂ２＝２ｆｌＺ（Ｌ＋ｃ／２），
在模型模拟计算中，没有考虑簧下质量。理 想状况下汽车在一定的制动强度下后轴轴荷为 零，即后轴被抬起，经过计算可得出３种状态下后 轴被抬起的制动强度。令
Ｆ。一Ｇ（ａ－－Ｚｂｇ）一鱼兰《！二尘一ｏ
２ｆ Ｌ＋告）
。
＼
厶，
代人数据得：空载Ｚ一０．６５４，满载Ｚ一０．７０５，超
载Ｚ一０．７４９。
’根据制动器的制动能力进行复核，３种载荷
矩。支承销式制动器如图２所示。制动器因数 ＢＦ可定义为在制动鼓的作用半径上所产生的摩 擦力与输入力之比，即Ｂｒ—Ｔ，／（ＰＲ），所以
Ｔｆ—ＢＦＰＩ宅
其中，Ｔ，为制动器的摩擦力矩；Ｒ为制动鼓的作 用半径；Ｐ为输入力，一般取加于两制动蹄的张开 力的平均值为输入力［２］。
对于具有固定支承销的领一从蹄式制动器，其 效能因数分领蹄Ｂｎ，和从蹄Ｂ，ｔｚ２部分，ＢＦｃｌ、ＢＦｔ２ 分别为
１ 制动力学原理与模型的建立
１．１直线制动过程中制动力学原理 汽车制动时，地面作用于车轮的切向力称为地
面制动力氏，它是使汽车减速行驶的外力。在轮
胎周缘克服制动器摩擦力矩Ｌ所需的力称为制动 器制动力Ｅ，Ｅ—Ｌ ｒ，其中，ｒ为车轮半径［１］。
地面附着力Ｒ定义为地面对轮胎切向反作
用力的极限值，在硬路面上它与驱动轮法向反作 用力Ｒ成正比，即Ｅｂｍａ。一Ｒ—Ｆ。９，其中，ｐ为
结构参数计算各个制动器的制动效能因数。由 Ｂ，一（４Ｂｎ ＢＲ）／（ＢＦ，４－ＢＲ），当摩擦系数ｆ一 ０．３５时，前制动器有：
Ｂｎ一１．３３２，ＢＦ２—０．５２４，ＢＦ一１．５０４。
中、后制动器有：
Ｂｎ一１．４４１，ＢＦ２—０．５２９，ＢＦ一１．５４８。
当ｆ＝ｏ．３８时，前制动器有：
ＢＦｌ—１．５４５，Ｂ咒一０．５５４，ＢＦ一１．６３１。
ｚ１一—— 。 Ｇ（６＋专＋历ｓ）
』１
Ｌ＋ｃ２ 凡ｂｌ—ｏＧＺ 对后悬架模型进行简化，则垂直方向Ｆ观、Ｆ躬 分别为
Ｆ，，一堡！垒二垒ｓ２＋鱼兰！！二立
２（Ｌ ）
ｃ
Ｆ．一鱼！堡二绝ｓ！一鱼兰（！二垡１
２（Ｌ＋专）
ｃ
其中，Ｚ一（１／ｇ）（ｄｕ／ｄｔ）［１｜。
２前轴、中桥和后桥制动器制动力及制动 力分配
２．１制动器制动力矩 利用制动器效能因数法计算制动器制动力
Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｂｒａｋｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ａ ６×４ ｈｅａｖｙ ｄｕｍｐｅｒ ｔｒｕｃｋ
ＷＡＮＧ Ｊｕｎ－ｗｅｉ。 ＺＨＡＯ Ｇａｎｇ
（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｇｈｕａｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２２，Ｃｈｉｎａ）
状态下的复核情况见表２所列。
空载时整车在路面附着系数９—０．７４１时后
桥载荷减为零，之后被抬起，整车制动减速度在 ∞＞ｏ．９１３时最大，能达到７．３３ ｍ／ｓ２。
满载时整车的制动强度不能达到０．７０５，后 桥不能被抬起。在路面附着系数ｃｙ＝０．７时，制动 减速度为４．８５４ ｍ／ｓ２。
超载时整车的制动强度不能达到０．７４５，后 桥不能被抬起。在路面附着系数妒一ｏ．７时，制动 减速度为３．２０３ ｍ／ｓ２。
图１整车在水平路面上制动时的受力图
Ｂ砌一（ｄｈ／ｒ）／（Ａａ ７／ｒ一扫） Ｂ凇一（加／ｒ）／（Ａａ ７／ｒ＋佃）
其中 Ａ＝：—ａｏ－－ｓｌｎ—ｏｔｏＣＯＳａ３
４ｓ１’ｎ ｉａｏ ｓｉｎ虿ａ３
Ｂ—ｌ ｑ－ａｒ ｃ。ｓ鼍ｃ。ｓ等
式中有关结构尺寸参数见图２所示。
假设前轴刚要抱死或后桥刚要抱死时的制动 强度为Ｚ，令前轴的制动器制动力分配系数为ａ， 中桥为ｐ，则后桥为（１一ｄ—ｐ；对受力模型进行简 化，则竖直方向Ｒ。、水平方向Ｅｅ。分别为
（３）前轴、中桥、后桥制动器的输出力矩。 Ｍ—ＦＢＰＲ叼２
其中，Ｒ为制动器半径，Ｒ＝２０５ ｍｍ；珑为制动器 效率，取侥一ｏ．７５。
当Ｐ＝０．６ ＭＰａ，厂一０．３５时，前制动器Ｍ１， 中、后制动器Ｍ２分别为：
Ｍ１—１．５０４×４８ ３８８×０．２０５×０．７５—
１１ １８９ Ｎ·Ｉｎ
Ｍ２—１．５４８×６１ ３８７．２×０．２０５×０．７５一
轮胳道路附着系数［１］。
制动时若不考虑附着系数９的变化，则制动 系统压力上升到一定值时，地面制动力Ｒｔ达到 最大值即等于附着力Ｒ，此时车轮将抱死拖滑。 若制动系统压力继续上升，制动器制动力瓦由 于制动器摩擦力矩的增长而仍按直线关系上升， 但是地面制动力Ｅｓ达到附着力的值后就不再增 加了‘１｜。 １．２直线制动过程中制动力学模型的建立
从图３可以看出，在地面附着系数大于０．２ 时总是后轴先抱死，根据上述模型计算的结果。 ＨＦＣ３２ＸＸＸＸｌ重型自卸车的制动力分配不能满 足ＥＣＥ制动法规的要求。对于法规第２条的规 定，一般具有固定比值制动力分配制动系的载货 汽车，若不配备恰当的制动力调节装置，使其具有 变比值制动力分配特性，都无法满足要求。但是
］４ ９６６．５ Ｎ·Ｉｎ
当Ｐ一０．６ ＭＰａ，厂一０．３８时，前制动器Ｍｌ、 中、后制动器Ｍｊ分别为：
Ｍ１—１．６３１×４８ ３８８×０．２０５×０．７５—
１２ １３４ Ｎ·Ｉｎ
Ｍ２—１．６８１×６１ ３８７．２×０．２０５×０．７５—
１６ ２４９ Ｎ·ｒｎ
２．２制动器制动力的比例关系 实际制动力分配系数口常用前制动器制动力
和超载情况下的前、后制动力矩，制动力分配和制动效能进行理论分析和模拟计算；结合平板试验台的试验结
果，根据有关标准和ＥＣＥ法规要求，评价了其在不同载荷情况下的制动性。
关键词：制动效能；制动力距；制动强度；制动性能
中图分类号：Ｕ４６３．３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３—５０６０（２００７）（Ｓｕｐ）一００７７—０５