前后车轮制动器制动力矩的分配.pdf

R M&C M2 0 0 6年1期0引言地面制动力受地面附着条件限制，制动过程可能出现以下情况：(1)前轮先抱死滑拖，此时车辆丧失转向能力，不能按导向轮指引方向行驶。(2)后轮先抱死滑拖，此时后轮发生侧滑甩尾，产生一种危险不稳定工况，丧失方向稳定性。(3)前后轮同时抱死滑拖。这3 种情况都应该避免，不允许车轮抱死，应以将出现车轮抱死而尚未抱死的临界状态时的制动减速度作为车辆能产生的最高制动减速度。但前2 种情况即前轮或后轮先抱死的情况，都没有充分利用车轮和地面的附着条件，都使制动效果降低。前后轮谁先抱死，什么时候抱死，与前后轮制动力分配和附着重量分配有关，应该研究2 者的分配关系和对地面附着条件的利用程度。1前后轮制动器制动力分析1!1制动时前后轮地面法向力(见图1)制动减速时，因惯性力作用重量前移。前轮Fn 1=GDDr+HggBj!后轮Fn 2=GDDf+HggBj!式中：Bj制动减速度，Bj=d vd t；Hg装载机重心高度，m；D 装载机轴距，m；Df重心至前轴距离，m；Dr重心至后轴距离，m。(前轴)静态附着重量分配比Ws=Fn 1Fn=DrD(前轴)动态附着重量分配比WD=Fn 1Fn=Dr+HgBj/gD制动过程，其附着重量分配比随着Bj而变化。Fn 1随Bj增加而增加，Fn 2随Bj增加而减小。1!2前后轮地面制动力(见图2)制动器制动地面对轮胎产生制动力，随着车轮制前后车轮制动器制动力矩的分配黄宗益,李兴华,孙蛟(同济大学 机械学院，上海!2 0 0 0 9 2)摘要:探讨了前后车轮制动器力矩分配对轮式机械制动性能的影响，就如何确定合理的前后轮制动器的分配比值进行了分析，最后确定出了合理的前后轮制动力距。关键词:制动车重转移；制动力分配；利用附着系数中图分类号:T U 6 0 3文献标识码:B文章编号:1 0 0 0-0 3 3 X(2 0 0 6)0 1-0 0 2 3-0 4B r a k e R a t i of o r B r a k e A x l eH U A N GZ o n g-y i，L I X i n g-h u a，S U NJ i a o(D e p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,T o n g j i U n i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e i n f l u e n c e s o f b r a k et o r q u er a t i oo nb r a k i n gp r o p e r t yo f w h e e l t y p ev e h i c l ea r ed i s c u s s e d.T h em e t h o d s o f c a l c u l a t i n gr a t i o n a l r a t i oa r ea n a l y z e d.T h er a t i o n a l b r a k i n gt o r q u e s o f f r o n t a n dr e a r w h e e l s a r eo b t a i n e d.K e yw o r d s:b r a k i n g w e i g h t t r a n s f e r;b r a k e f o r c e d i s t r i b u t i o n;b r a k e u t i l i z a t i o na d h e s i o nc o e f f i c i e n t图1前后轮制动力分析路面机械与施工技术2 3R M&C M2 0 0 6年1期动力矩的增加，制动力增加，制动减速度和制动强度随之增加。制动减速度 Bj=FbG/g制动强度 Z=Bjg=FbG为制动力和车重之比。轮胎的制动力受地面附着力的限制，前后轮制动力的极限值分别是Fb 1Fn 1!=G!DDr+HgBjg#Fb 2Fn 2!=G!DDf-HgBjg$1!3前后轮同时抱死时的条件前后轮制动器制动力(Fb 1，Fb 2)分别等于各自的附着力Fb 1=Fn 1!=G!DDr+HgBjg%$Fb 2=Fn 2!=G!DDf-HgBjg$前后轮制动器制动力之和(总制动器制动力Fb)等于机械总附着力：Fb 1+Fb 2=Fb=!G。同时抱死时附着系数!等于制动强度Z，称为同步附着系数!o，Z=!o。这时充分利用了所有轮胎和地面的附着力。1!4具有固定比值的前后轮制动器制动力分配系数与同步附着系数!o制动力分配系数=Fb 1Fb=MB 1MB式中：MB 1前轮制动器制动力矩，MB 1=Fb 1rk；MB所有制动器制动力矩，M=Fb 1rk+Fb 2rk；值取决于前后轮上制动器的制动力矩设计分配。当=WD=Dr+HgZD,即制动力分配系数 等于动态附着重量分配比WD时，前后轮同时抱死，WD随Z 而变。要使在不同制动强度Z 下，前后轮同时抱死，则要求也随Z 同步而变，而实际上一般机械 值是固定的常数，因此只能在一个Z 值时，=WD，前后轮同时抱死，Z=!，制动强度等于地面附着系数Z=!，该附着系数称为同步附着系数!o。=Dr+Hg!oD!o=D-DrHg=DHg1-Dr/D$=DHg1-Ws$由上式可知：前轮制动力分配系数 越大，则!o越大。轴距D 越长或Hg越小，则附着重量转移现象越小，则!o越大。Ws/值越小，即静态重量分配比和制动力分配比之间的比值越小，则!o越大。=f(!o)曲线如图2 所示，t a n =HgD，t a n =DHg。因此，要求在不同地面附着系数下前后轮同时抱死，则 应随地面附着系数%o而变。当 DrD时，!o0，即Dr/D=Ws1，也就是静态附着重量分配比Ws制动力分配系数 时，不存在同步附着系数，无前轮抱死情况，制动时始终是后轮先抱死。!o由车辆结构参数所决定。因同时抱死要求=WD，而WD随Z(!)而变，因此前后制动器制动力为固定比值的车辆，只有在同步附着系数路面上制动时才能使前后车轮同时抱死。1!5前轮打滑条件、前轴利用附着系数和前轴附着效率当在!0要满足上式：o，只有在o路面上制动时，前轮才能先抱死打滑。Z，o路面上制动时，附着系数总大于制动强度，只有在=o路面上制动，Z=。前后制动器制动力分配系数为固定值，前轮打滑时，后轮制动力与后轮附着力之比为Fb 2F2=D(1-)Df-HgZ=Df-HgDf-Z Hg在 Z，则Fb 2 Z，则(Dr+oHg)(Dr+Z Hg)，故f Z。由于前轮先抱死打滑，地面附着系数不能充分利用，在 f Z，故Ef1当 为固定值时，o为定值，Ef随Z 而变。当Z o时，由上式可知，Ef随Z 直线增大，当Z=o时Ef=1；Ef随f而变，如图5 所示。当f o路面上行驶时后轮先抱死，由后轮打滑决定制动性能。后轮打滑条件：后轮制动力后轮附着力，即Fb 2=(1-)G Bj/g F2=Fn 2=G DDf-HggBj%$Z D(1-)(Df-Hg Z)简化后得后轮抱死打滑要满足下式Hg(-o)DfZ-%$1-oDfZ-%$1Hg 0要满足上式要求o，只有在o路面上制动时，后轮才能先抱死打滑。要求Z 在o路面上制动时，附着系数总大于制动强度，只有在=o路面上制动时，Z=o，在o路面上行驶时，Z o，Z o。为定值，后轮打滑时，前轮制动力与前轮附着力之比为Fb 1F1=G ZG(Dr+HgZ)/D=D Z(Dr+Z Hg)=(Dr+oHg)Z(Dr+Z Hg)1在o的路面上，Fb 1 1故!r Z，后轴利用附着系数!r随制动强度Z 而变。由于后轮先抱死打滑，地面附着系数不能充分利用，在!o的路面，只能实现低于!r的制动强度为Z=!rDfDf+Hg(!-!o)=!r1+Hg(!-!o)/D制动强度与后轴利用附着系数之比称为后轴附着效率，可用它表示后轴抱死打滑时地面附着条件的利用程度。后轴的附着效率Er=Z!r=Df-Z HgDf-!oHg=Df(1-)D+Hg!=DfDf-Hg(!o-!)，Er随Z 而变。当Z !o时，Er 1，Er随Z 直线下降，Er随!增大而下降，如图5 所示。1!7利用附着系数与制动强度关系曲线图和附着效率曲线图为了形象地表达前后轴利用附着系数和前后轴附着效率、附着系数与制动强度的关系，了解制动时地面附着条件的利用程度，分析评价前后轴实际制动力矩分配的合理性，引入了利用附着系数与制动强度关系曲线图和附着效率曲线图。图3 为!=f(Z)曲线，表示要实现某一制动强度Z 所需要的利用附着系数!，图4 为Z=f(!)曲线，表示在某一附着系数!路面上能实现的制动强度。图中4 5 斜直线表示充分利用地面附着条件的理想制动情况，!=Z。实际上一般车辆制动力矩分配系数B 为定值，只有在!=!o(同步附着系数)时，Z=!制动时，才能充分利用地面附着条件。当!o，受后轮先抱死打滑限制，要实现某制动强度，地面附着系数!r必须大于Z(如图3)，在某附着系数路面上能实现的制动强度Zr必小于!(如图4 所示)。图5 为前后轴附着效率曲线，随!而变，当!=!o，Ef=Er=1，!o时，受前轮抱死打滑限制，以曲线Ef表示，Ef!o时受后轮抱死打滑限制，以曲线Er表示，Er 1。在设计制动系统确定 值时，要考虑选择同步附着系数!o为合适值，不能太大也不能太小，使!f、!r和Zf、Zr曲线尽量靠近Z=!的4 5 直线，附着效率曲线尽量靠近1。目前在车辆制动系统设计中，为确保行车制动安全性，已制定了一些法规，例如联合国欧洲经济委员会制定的E C E 3 2 4/8 4N O.1 3 制动法规。一般具有固定比值制动力分配的车辆制动系是很难有效利用地面附着条件，难以满足法规提出的要求，最好采用前后制动力调节装置，使 值随WD而变，最好是无级变化，始终使=WD，但很难实现。目前汽车采用 有级变化，用比例压力阀，根据制动强度、载荷分配等因素来有级调节前后制动器制动力的比值，使之接近理想制动力分配曲线，满足制动法规的要求。2前后轮制动器制动力分配比值的确定2.1前后桥驱动无脱桥装置这种情况下，其前后车轮是刚性连在一起的，始终是同步的，前后轮制动力有互补功能，因此这种机型在制动时其前后车轮附着效率总为1 0 0%。制动器制动力分配比 一般取为0.5，前后车轮采用相同的制动器，但需要考虑传动轴在制动时受力问题。2.2前后桥驱动有脱桥装置给定同步附着系数!o，由公式=Dr+!oHgD求得制动力分配比值。选定!o时要考虑机械行驶路面的附着系数范围(干沥青和混凝土为0.7 5，冰雪路面为0.1 5)，使得在经常行驶路面上，其综合制动效果最好。联合国欧洲经济委员会制定的E C E 3 2 4/8 4N O.1 3制动法规对机动车前后轮制动器制动力提出了要求，有2 种方式，如图6 所示，在确定 值时应尽量满足法规提出的要求。(1)当Z=0.1 5 0.3 之间，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。在Z=0.2 0.8 之间应满足：利用附着系数!(Z+0#0 7)/0#8 5 或制动强度Z 0#1+0#8 5(!-0#2)。(下转第3 8页)图5前后轴附着效率曲线2 6R M&C M2 0 0 6年1期养护机械与施工技术(上接第2 6页)取同步附着系数!o=0.3，当Z=0.2 0.8 时!(Z+0 0 7)/0 8 5。由此得出 应满足 Hg(Z+0.0 7)+Dr0 8 5 D+0 0 7 Dr0 8 5 Z D Hg(Z+0.0 7)-Dr0 8 5 D-0 0 7 Df-0 8 5 Z D0 8 5 Z D(2)当Z=0 1 5 0 3，各轴利用附着系数曲线位于!=Z 0 0 82 条平行于理想的附着系数直线的线之间。当Z 0 3 时，后轴的利用附着系数应满足下式!(Z-0 0 1 8 8)/0 7 42!3前后轮制动力矩的确定前轮MB 1=12 MB后轮MB 2=12(1-)MB式中：MB为总制动力矩。参考文献:1 余志生.汽车理论 M .北京：机械工业出版社，1 9 9 0.2 刘惟信.汽车制动系统结构分析与设计计算 M .北京：清华大学出版社，2 0 0 4.收稿日期：2 0 0 5-0 5-3 0 责任编辑:董强柱图6符合E C E制动法规设计制动力分配以控制废气的循环风机的转速及排入布袋除尘器管路的阀门动作时序和开度。3间歇式沥青混凝土再生技术方案的实验根据上述设计方案，笔者单位为北京路桥路兴物资中心昌平沥青厂设计了1 台样机。其主要技术要求为西安筑路机械厂生产的1 0 0 0 型间歇式沥青混凝土搅拌设备配套。最大再生能力为在旧沥青料含水量小于4%时，每小时3 0t(即回收料为原机生产能力的5 0%)。目前该产品已通过西安筑路机械测试中心鉴定，试验沥青再生料10 0 0t(品种有A C-2 5、A C-2 0、A C-1 6)，通过试验检测再生料的各项指标完全达到高速公路路面材料的技术要求。表1 表3 为再生沥青混合料与新拌沥青混合料的对比，表中新料为按级配要求各种新料配制生产的，含3 0%回收料为加入3 0%拌和站产生的废料，含3 0%铣刨料为加入3 0%从翻修路面铣刨回收旧混合料。4结语通过样机试验该技术方案完全可以实现沥青混合料的热再生，且可以充分利用中国现有的间歇式搅拌设备，符合中国公路施工的基本国情，对新骨料和再生料的级配可准确控制。参考文献:1 王日彬.废旧沥青混合料的再生利用 J .黑龙江交通科技，2 0 0 2，(2):1 7-1 9.2 陈启宗.国外沥青混凝土再生搅拌设备的发展 J .工程机械与维修,2 0 0 1，(1 0)：4 0-4 3.3 刘伟.连续式沥青再生混合料质量的控制 J .筑路机械与施工机械化，2 0 0 4，2 1(1 2)：1 5-1 8.收稿日期：2 0 0 5-0 5-1 9 责任编辑:董强柱品种项目新料 A C-1 6 含 3 0%回收料的 A C-1 6 含 3 0%铣刨料的 A C-1 6 稳定值/k N1 0 2 81 0 1 21 0 0 6流值/0 1 m m3 1 6 42 9 8 82 9 9 5筛分合格合格合格油石比/%4 64 84 9表1 A C-1 6 再生混合料和新拌混合料的对比值品种项目新料 A C-2 0 含 3 0%回收料的A C-2 0 含 3 0%铣刨料的A C-2 0 稳定值/k N1 0 9 21 0 21 0 1 5流值/0 1 m m3 0 8 42 9 5 62 9 7 9筛分合格合格合格油石比/%4 54 74 8表2 A C-2 0 再生混合料和新拌混合料的对比值#品种项目新料 A C-2 5 含 3 0%回收料的A C-2 5 含 3 0%铣刨料的A C-2 5 稳定值/k N1 1 7 01 0 4 6无流值/0 1 m m2 9 22 8 6 4无筛分合格合格合格油石比/%4 34 5无表3 A C-2 5 再生混合料和新拌混合料的对比值3 8