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刹车无小事,你真的了解卡车辅助制动吗?

2019-05-10 04:00:00 一叶知秋
卡车之家
一叶知秋

山僧不解数甲子,一叶落知天下秋

一、何为辅助制动

顾名思义,从辅助制动名称中可以看出,其在制动系统中的定位是辅助性的,而其辅助对象就是行车制动(俗称“刹车”)。

为行车制动分担压力,在不使用或少使用行车制动的条件下,使车辆速度降低或保持稳定,以便让行车制动保持良好状态,在紧急关键时刻起作用。

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辅助制动亦可成为可持续制动,与行车因持续制动会造成制动性能快速衰退不同,辅助制动可以为车辆提供持续性制动力,不仅能提高车辆运营效率,而且最重要是保障车辆运营安全。

二、辅助制动分类

按照工作方式不同辅助制动分为:动力设备制动和传动系统制动。动力设备制动是利用发动机进行制动,发动机由动力输出转变为动力消耗。

传动系统制动是通过降低传动系统转速来达到降低车速的目的。具体分类如下:

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三、辅助制动原理

在谈辅助制动原理之前,有必要先简单将发动机工作原理复述下,见图(1)。

汽车正常行驶过程中,发动机对外做正功(只有膨胀行程对外做功),工作循环分为进气、压缩、膨胀、排气四个行程。

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1、动力设备制动

(1)发动机制动

发动机制动是一种最简单的制动形式,只需要松开离合器踏板和油门踏板,变速器挂上前进档位,即可进入发动机制动模式。

失去燃油供给的发动机逐渐停止运转,汽车在惯性的作用下继续行驶,由于传动系处于结合状态,汽车倒拖发动机运转。

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此时发动机在汽车动能的作用下不断压缩空气运转,将汽车动能转化为热能,此时原来为动力源的发动机成为了消耗汽车动能的“空压机”。

汽车动能除了以热能形式散发,还用于克服发动机及其附属部件摩擦、传动系各部件摩擦的损耗等。

随着技术进步,为了最求更大的驱动功率,发动机的机械损耗在逐渐降低,发动机制动功率也会随之进一步减小,因此发动机制动效果是有限的。

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(2)排气式制动

排气制动与发动机制动的原理类似,区别在于排气歧管装了一个蝶形阀或类似的排气制动阀。通过排气制动开关(一般在方向盘右边),控制蝶形阀。

排气冲程时,由于关闭的蝶形阀增加排气阻力,形成排气背压(排气门背部排气歧管与蝶形密闭容器内的压力差),对活塞施加反作用力,从而达到提高制动功率的目的,详见图(3)。

所以排气制动相当于在发动机制动基础上,增加额外制动力。

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(3)泄气式制动

泄气式制动是建立在排气制动的基础上。利用蝶形阀产生的背压或一套控制机构,使排气门在全部行程始终保持一定微小开度。

压缩行程中,压缩空气通过微小开启的排气门“泄出”,使缸内压力下降,减少膨胀过程中压缩气体对活塞做功,从而提高制动功率,详见图(4)。

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(4)压缩释放式制动

与泄气式制动不同,压缩释放式制动,只在压缩行程中,活塞接近上止点时,利用液压机构打开排气门,使缸内高压气体排除气缸,降低缸内压力,减少膨胀行程压缩气体对活塞做功,达到制动效果,详见图(5)。

压缩释放式制动根据控制排气门开启机构结构区别,分为定制式、摇臂式、气门桥式。

由于排气门有专业机构控制,因此蝶形阀并不是压缩释放式制动的必备装置,主要作为并列制动方式存在,例如锡柴CA6DN 12.5升发动机配置压缩释放式制动器及蝶形阀,西康ISM 11升机只配置压缩释放式制动器。

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2、传动系统制动

(1)液力缓速器

液力缓速器,主要通过反作用于变速箱传动轴扭矩,通过传动系传递至车轮,达到减速目的,具体工作原理,详见图(6)。

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(2)电涡流缓速器

从名称上可以看出,电涡流缓速器的区别在于传递力的介质,液力缓速器是利用液体(液压油或水)传递力,而电涡流缓速器是利用磁场力。电涡流缓速器的主要结构详见图(7)。

电涡流缓速器原理需要结合下面三个物理学概念进行分析,第一个是“电生磁”,通电导体附近会产生磁场——例如定子中线圈通电会产生磁场。

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第二个是“磁生电”,闭合电路一部分导体在磁场中运动,切割磁感线,在导体中会产生电流——例如转子在定子所产生的的磁场中运动,转子中会产生电流。

第三个是“磁场力”,带电导体在磁场中做切割磁感线运动,会受到磁场力的作用——例如产生电流的转子在定子所产生的磁场中运动,收到与运动方向相反的磁场力作用,从而达到制动效果。

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四、辅助制动特点对比

1、制动功率:传动系统制动比动力设备制动能提供更大的最大制动功率。因此液力/电涡流缓速器往往能提供更高的平均下坡速度,利于高效物流运输。

2、成本:成本与制动功率大致呈现正比关系,制动功率越大,往往成本也越高,液力/电涡流缓速器成本最高。

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3、结构复杂程度:泄气式/压缩释放式制动涉及发动机结构改动,往往复杂程度较高,其次是液力/电涡流缓速器,发动机制动结构最简单。

4、安装难易程度:安装难易程度在一定程度上与结构复杂程度成正相关,泄气式/压缩释放式制动器安装难易程度最大,其次是液力/电涡流缓速器。

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5、噪音:除了最简单的发动机制动以外,其他类型辅助制动都存在一定噪音,其中压缩释放式制动的噪音水平控制得最好。

6、重量:电涡流缓速器,受电磁感应所需材料影响,重量最大,其次是液力缓速器。在制动功率相当情况下,液力缓速器明显比电涡流缓速器更适合目前追求轻量化的物流商用车市场需求。泄气式/压缩释放式制动器重量较小。

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五、辅助制动应用现状及未来展望

1、现状:目前国内物流商用车辅助制动装置以动力设备制动器为主,传动系制动普及率较低,尤其是液力缓速器,最近几年才出现在卡车可选配置里。

2、原因:动力设备制动成本较低,且基于法规(GB7258、GB12676)对制动性能要求,很多卡车出厂已经标配动力设备制动器。

而液力缓速器无法规模普及主要是因为,首先“劣币”盛行,水淋刹车拥有根深蒂固的群众基础以及宽松的法律法规环境。

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其一,淋水装置凭借短期投入成本低,加装方便等优势赢得了市场的青睐,即使水淋刹车会导致制动器故障、道路交通安全隐患等问题,也阻止不了淋水装置的盛行。

其二、法律法规出现执法不严,执法不一,区别执法现象。比如北方冬天禁止使用,其他季节则是睁一只眼闭一只眼,而西南地区刹车淋水甚至是交警判断你车辆是否安全的准则之一。

其次是“良币”疲软,目前液力缓速器在成本、技术等方面优势不明显,尚无法达到普及的要求。

有两个方面消息可以大概说明现在液力缓速器的应用状态:其一是GB7258-2017(包括GB7258-2012)关于辅助制动要求是“装备缓速器或其他辅助制动装置”,可以看出缓速器不是必选项。

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其二是2016年两会期间,法士特首席技能培训师曹晶提出“为商用车强制配置缓速器”的建议,工信部的答复中指出:争取将具有自主知识产权的缓速器产品列入商用车《重大技术装备推广应用指导目录》,显然国家相关部门对缓速器推广和应用十分重视,但同时也不难发现规模性推广应用尚需时间。

3、未来展望:

辅助制动的性能特点谙合未来物流市场对时效及安全的综合要求。

单一的辅助制动也许应对未来需求会略显乏力,多种辅助制动联合制动不失为较理想解决方法,充分利用动力设备制动和传动系统制动各自优点,应对不同工作场景。

但目前液力缓速器的普及率较低,尚需多方联动,共同推进应用。

(1)技术创新:目前国产品牌液力缓速器已经崛起,法士特、华盛等品牌均已向市场推出自己的产品。

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但与经验丰富的进口品牌相比,国产产品性能仍有待市场考验,国内主机厂、零部件厂商应加强联动,提高整车匹配性,不断技术创新,丰富产品品类,提高液力缓速器性价比,让客户愿意买单。

(2)市场引导:国家层面可以出台相关政策,对市场进行引导。

例如:可对西南区域购买液力缓速器进行适当补贴或者政策倾斜,引导用户消费,提升用户认知,扩大液力缓速器影响范围;保险业、车管所等部门应该认可液力缓速器后装的合法性,可享受正常保险、年审等。

(3)法规政策:加快相关调研验证工作,明确辅助制动的配置要求。对于不合法装置应统一执法标准。(文/卡车之家特约作者:一叶知秋)

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