全液压制动系统管路布置对车辆制动性能的影响.pdf

l I 喷 洒 流 量 的 稳 定 和 喷 洒 扇 面 角 度 的 稳 定 ， 从 而 确 保 参 考 文 献 洒 布 均 匀 性 。 【1】 李 国 柱 ． 沥 青 洒 布 车 作 业 的 起 步 距 离 分 析 [J]． 工 程 机 l i I 5 结 论 萎 9 9 8．- 同10步0 ．碎 石 封 层 机 作 业 蜘 ． 多重叠洒布是影 响沥青洒布均匀性 的重要 因 筑路机械与施工机械化， 2 0 0 8 5 5 5 5 7 ， 6 0 ． 素， 为了提高沥青洒布车的多重叠沥青洒布精度 ， 从 【 3 ] 盛骤， 谢式千， 潘承毅． 概率论与数理统计【 M 】 ． 北京 设计上应确保喷嘴的正确安装角、所选喷嘴的喷洒 高等教育出版社， 1 9 9 5 ． 寓面角度、 合理的喷嘴数量及喷嘴间距等， 施工时严 [ 4 ]郴州筑路机械厂． J T ／T 2 7 6 2 0 0 4 沥青洒布车 ／ 机[s 】． 北 烙按照 2重叠或 3重叠进行洒布，并保证稳定的洒 京 中国标准出版社， 2 0 0 4 ． 布车行进车速及喷嘴距地高度。 通信地址 长安大学人文学院实验 中心 7 1 0 0 6 4 收稿时间 2 0 0 8 0 9 0 8 全 液 压 制 动 系 统 管 路 布 置 对 车 辆 制 动 性 能 的 影 响 林慕 义 ， 刘瑭 1 ． 北京信息科技大学； 2 ． 北京天玛电液系统有限公司 ’“ ’⋯ ‘ ’ ’ ’’ ’‘ ’ ’ ’“ 。 ’ ◆ ◆ ◆“‘ ⋯ ◆⋯ 。 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆⋯◆’ ‘’ ◆⋯ ‘ ◆⋯ ‘ ◆。◆Ⅲ ◆ ◆ ◆◆ l ◆ ◆‘ { i 摘要 全液压制动系统在动态响应特性方面的要求与常规液压系统不同。以某井下无轨轮式车辆在设计与研制 i 过程中出现的问题为例 ， 测试与分析制动系统管路布置对车辆制动性能的影响， 提出相应的改进建议 ， 经实施后达到 ；预期的效果， 可为全液压制动系统在国产工程车辆中的应用提供参考。t ◆I 【 ． ◆ ◆ l◆Ⅲ◆ ◆‘ ◆ ◆I ． ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆{ ◆ ◆ 1 ◆ ◆I ◆ ◆ ◆ ◆ ， ◆ ◆ ◆ ◆ 1 ◆。 } ．◆ l ◆◆ ◆ l ◆ ◆ ． ◆1 ． ◆ l ◆ ◆ l ◆． 关键词 全液压制动 ； 管路布置 ； 制动性能 全液压制动系统以其优越的性能及较高的可靠 与解决方法具有一定的代表性，本文将以此为例分 生被国外工程车辆广泛采用。与国内应用较多的气 析系统管路布置对车辆制动性能的影响，供设计与 布绊 合 相I 乏 镕 相 赫访 玄 镕 目右 同 吆 笛 凿钴 脑 田 善 余 老 臻l i l 液压系统存在一定差异 ， 在设计应用 中如不加 以注 意则会造成一系列 的问题 ， 最终表现为车辆制动时 存在制动响应速度过快或过慢 、 制动踏板力与制动 力矩作用不同步、 制动反馈冲击压力过大 、 蓄能器充 液时间过长等现象。这些问题部分源于制动阀等系 统元件的自身结构特性， 其余大多是由于在系统设 计与管路布置时未考虑液压制动系统自身的特点 ， 而是按照常规液压系统的设计原则 布置管路造成 的， 致使制动系统无法发挥其应有的功能和优势。 国 产某井下无轨轮式车辆全液压制动系统出现的问题 动系统控制元件 ，制动器为 自主开发 的全封闭防爆 型湿式多盘制动器 ，其液压制动系统管路布置简图 如图 1 所示。在样车总装完成后的性能检测 中发现 制动系统存在较多问题。首先是车辆制动响应速度 慢 ， 当驾驶人员开始踩踏制动踏板时， 制动器没有响 应 ， 继续踩下踏板至极限位置后 ， 系统迟滞约 3 s 后 才开始响应 ， 使驾驶人员难 以准确控制制动距离 ； 其 次是制动器一旦响应， 制动力矩急速上升至最大， 造 成车辆紧急制动，制动系统无法实现驾驶人员通常 用于控制速度的点制动减速过程。最为关键 的问题 作者简介 林慕义 1 9 6 4 一 ， 男， 福建省福州市人， 教授， 博士， 研究方向 工程车辆设计理论。 一 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 ． 制动阀2 ． 压力表3 ． 配液板4 ． 前桥制动器5 ． 后桥制动器6 ． 制动泵7 ． 充液阀8 ． 蓄能器9 ． 溢流阀1 O ． 油箱 图 1 全液压制动系统管路布置简图 是由上述因素导致整车制动距离超出国家标准， 无 滞后，压力变化引起管路的膨胀或收缩产生的流量 法通过整机型式检验。 损失 Q 可表示为【3 】 2 分析与测试 制动系统 出现上述 问题是 由多方面 因素造成 的， 其中系统迟滞时间较长与液压软管的流量损失、 沿程压力损失 、 局部压力损失有关 。在典型的全液 压制动系统中， 液压油从蓄能器到制动 阀再到制动 器轮缸的流量为液压油黏度、 液流横截面积及制动 管路长度 的函数。决定液压制动管路流量的是管路 的容量 、 阻力及液流的惯性。经 由制动阀的制动压 力在克服轮缸空行程时由零增至一定值 ， 在随后的 制动增压过程 中系统滞后 时间相对较短 ， 如果不考 虑膨胀等因素 ， 制动管路长度对时间滞后的影 响较 小 。 制动管路包括硬管和软管两种形式 ， 制动硬管 的管壁为钢质材料， 与制动油液相比， 体积弹性模量 大， 设计时可不考虑其弹性的影响， 而制动软管一般 采用内含钢丝 网的液压软管 ， 与硬管相比在制动过 程中其径向膨胀量较大， 此时制动油液的体积弹性 模量已无法反映制动软管内部的液流特性 ， 须考虑 管路膨胀的等效体积弹性模量圆 。 选用液压软管会产生部分流量损失并造成时间 一 28一 学 。 1 式中 p 制动压力 ； L 制动管路长度； 制动管的壁厚； 卜制动管路材料的杨氏模量； 制动管路直径。 油液在管路中流动会产生沿程压力损失 ，制动 管路较长时 ，管路传输滞后时间对制动效果影响较 大。由制动管路中压力传递造成的轮缸压力变化滞 后时间 可表示为 2 C r 一 式中 c 为 压 力波 传递 速 度， c 、 ／ ， K 为等 效 体积 V P 弹性模量， P为油液密度。 由此说明轮缸压力变化滞后时间与制动管路的 布置、 油液的等效体积弹性模量有关。 对于液压制动 软管， 其压力传递速度远小于硬管。 液压制动系统中的管接头、 弯头、 配液板等也会 产生局部压力损失 ，这些损失对系统造成的影响较 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 常规液压系统更为显著。要想获得尽可能高的压力 响应速度， 在管路布置时应尽可能减少管接头与弯 头的数量。局部压力损失 卸f 一般按下式计算 2 【4 ] A p f 等 3 式 中 为局部阻力系数 ； 为油液平均流速 ； p为油 液 密度 。 由以上分析可 以看 出 ， 除 了系统参数 、 元件结 构参数影响液压制动系统响应特性外翻 ， 管路布置 也很关键， 如不加以重视可能会大大超出其它因素 造成的影响。由图 1的管路布置及制动系统出现的 问题与现象可以初步判定 ， 制动系统管路按常规液 压系统布置是造成性能不达标 的主要原因， 其次是 制动器空行程的影响， 具体表现在以下 3 个方面 1 制动系统全部采用普 通液压软管且管路较 长。管路布置仅考虑了车辆 的结构、 布置位置、 技术 参数等要求 ， 在性能要求方 面未作详细分析 ， 应使 用制动硬管的地方用了软管 ，很多软管长度超过 2 m，如从蓄能器到配液板间的连接软管长达 3 m、 从 配液板到后桥三通接头间的连接软管长达 4 m， 虽 然方便了管路布置 ， 但液压制动系统动态响应性能 受到严重影响。 2 管路中设置了配液板与过多管接头。 为方便 各元器件间的连接 ， 采用 了常规液压系统中的配液 板 ， 除了其 自身对油液产生阻力外， 由此增加的管 接头对油液产生了多处节流 ， 加之系统中其它管接 头 包括数个 9 0 。弯头 的节流作用 ， 回路中的总压 力损失非常严重。 3 制动器空行程未进行有效调整。蓄能器 的压 力在空行程过程中迅速下降， 下降幅值与蓄能器液 容 、 压力等参数有关 。轮缸在制动阀开启瞬间由于 需要克服轮缸活塞惯性力及回位弹簧预压缩力， 存 在压力瞬时增高现象 ， 随后缓慢上升直至空行程结 束 ， 压力上升幅值与轮缸容积及 回位弹簧刚度等参 数相关 。由于该车采用的湿式制动器是根据气液综 合制动系统设计 的， 改用全液压制动后 ， 未调整制 动器空行程 ， 较大的轮缸容积使空行程持续时间增 加。 为验证上述分析并进行改进设计 ， 对该车制动 系统一些关键位置的制 动压力 响应特性进行 了测 试， 部分测试结果如图 2 图 4所示。 图 2为配液板 B 2出口与后桥制动器人 口压力 比较。 由图2可以看出， 由于配液板布置在距后桥制 动器人 口较远的位置 ，两者采用 4 ． 1 m液压软管连 接 ，制动器压力上升前首先克服制动器空行程的时 间约需 0 ．6 s ，而后随配液板出口压力变化升高， 但 由于液压软管较 长 ，压力损失较 大 最高可达 1 MP a ， 压力响应严重滞后 接近 1 s 。 图 3为制动 阀 A 2出口与配液板 B 2出口压力 比较。 由图中配液板 出口压力变化可以看出， 尽管制 o 2 3 4 时间 如 1 B 2出口处2 制动器入口处 图 2配液板 B 2出口与后桥制动器入 口压力比较 图 3 7 ． 5 6 0 重 4 ． 5 奋3 ． 0 1 ． 5 1 A 2出口处2 B 2出口处 制动阀 A 2出 口与配液板 B 2出口压力比较 0 l 2 3 时间 1 C 2出口处2 P 2入 口处 图 4 蓄能器 C 2出口与制动阀 P 2入口压力比较 一 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m _ 动 阀 出 口 压 力 迅 速 上 升 ，但 配 液 板 出 口 压 力 迟 滞 约 小 ， 踏 板 弹 簧 使 阀 芯 保 持 在 控 制 位 置 直 至 制 动 压 l 0．2 s后 才 开 始 上 升 ，且 因 管 接 头 及 配 液 板 自 身 的 节 上 升 到 位 ， 此 时 反 馈 压 力 使 阀 芯 回 位 并 关 闭 所 有 日 流 阻 尼 作 用 ，其 压 力 响 应 滞 后 接 近 2 s，压 力 损 失 异 力 口 ，保 持 轮 缸 的 制 动 压 力 [11。 常 严 重 ，占整个系统损失的三分之二左右。 当驾驶员需要点制动减速而踩下制动踏板时 图 4为蓄能器 c 2出E l 与制动阀 P 2人 口压力 制动油液首先需克服制动器空行程后才能开始耀 比较。由蓄能器出口压力变化曲线可以看出， 由于 压，空行程结束时的压力冲击会对制动踏板产生压 蓄能器容积较大 2 ．5 L ，一次制动压力下降不明 弹； 空行程结束后由于制动阀的踏板行程较小， 驾 显 ， 满足设计要求 。但 由制动 阀人 口压力随蓄能器 员难以控制踩踏幅度 ，加之制动阀出口与制动器之 出口压力变化 曲线可明显看出 ， 由于从蓄能器到制 问因管路 、接头及轮缸等因素造成制动压力反馈浦 动阀入口连接软管长达 4 m，其中还经过了配液板 后， 使驾驶员无法及时得到制动响应而过度踩踏带 及数个接头的节流作用 ， 随着制动阀的开启 ， 因沿程 动踏板至极限位置 ，此时的点制动演变为制动压 与局部压力损失的作用 ， 制动阀人E l 压力急剧下降 最大的紧急制动。 而得不到及时补液 ， 压力补充时间近 1 ． 8 s ， 严重影 压力反馈式制动阀造成的上述影响可通过在址 响了制动阀的出E l 压力。 口处予 以节流的方法调整 ，但阻尼节流太小对冲 3 曲 讲 与 讨 反弹不起作用，太大则造成压力响应滞后而影响 赳” 动 l生能 ， 需要通过充分的试验与分析确定。 由于每次踩踏板 的速度不 同， 相同测点得出的 ． ， 一 ⋯ 测试 曲线略有差异 ， 但结果完全 能够验证前面的分 儿 析判断。根据测试与分析结果 ， 车辆的全液压制动 全液压制动系统 的布置受车辆 自身结构 的 系统管路布置应在原有基础上作较大调整 ， 需重点 制 ，因液压制动系统在动态响应特性方面的要求蔼 采取如下措施 于常规液压系统 ，系统管路布置对整车制动 f生能悬 1 取消配液板 ， 压力表直接连接在蓄能器出E l 响较大 ，对其进行管路布置与设计时除了要考虑拦 处 。 制元件的结构特点 ， 还应注意尽量减少管路长度 、 2 蓄能器与制动阀间连接距离应尽可能缩短 ， 质、接头数量及制动器空行程等 因素对制动系统 同时减少 中间过渡接头。 能的影响， 尤其是不可在制动阀与制动器、 蓄能器与 3 制动阀与制动器问的连接尽可能采用硬管， 制动阀之间增设节流作用明显的配液板等装置。眭 缩短长度并减少管接头 ， 尤其是 9 0 。弯头。 制动阀 自身结构与特性所造成的一些影响可通过 4 在保证摩擦片间隙的条件下 ， 尽可能减少制 分的试验与分析调整来消除。 动器的空行程。 ； 经过对车辆制动系统的重新布置与调整， 制动 参考文 献 性能得到明显改善 ， 系统响应迟滞时间缩短到 0 ． 4 S 以内。由于车辆结构与布置方 面的限制 ， 其制动性 能仍无法调整到最佳状态 ， 但经检测 已能够满足使 用需要并达到了国家标准， 系统符合 煤矿用防爆柴 油机无轨胶轮车技术检验规范中的防爆要求， 车 辆制动迅速、 安全可靠。 此外， 全液压制动系统在使用中出现的踏板反 弹、 无点制动等现象主要与制动阀 自身结构与特点 有关。压力反馈式制动阀的原理是 制动时 ， 阀芯受 踏板弹簧的作用向下移动， 首先关闭回油口， 而后将 蓄能器出口与制动轮缸的压力 口相连通 ， 踏板力通 过踏板弹簧与制动压力的平衡决定制动压力的大 一 3 0一 [ 1 】 林慕义， 宁晓斌． 工程车辆全动力制动系统【 M】 ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 ] 【 美】 L鲁道夫． 汽车制动系统的分析与设计[ M 】 ． 张蔚 林 ， 陈名智， 译． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 5 ． 【 3 ] 陈宏伟． A u d i 盘式制动器防抱制动动态响应特性分 析f D ] ． 长春 吉林大学， 1 9 9 9 ． [ 4 ] 宋鸿尧， 丁忠尧． 液压阀设计与计算【 M 】 ． 北京 机械工 业 出版社 ， 1 9 7 9 ． 通信地址北京市海淀区清河小营东路 1 2号 北京信息科 技大学机电学院 1 0 0 0 8 5 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 0 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m