梁會(huì)仁， 王恩前

(山東沂星電動(dòng)汽車有限公司，山東 臨沂 276000)

客車駐車制動(dòng)系統(tǒng)一般采用氣壓制動(dòng)，正常行車過程中，駐車制動(dòng)儲(chǔ)能彈簧氣室持續(xù)充滿高壓氣體[1]，一旦突發(fā)氣體泄漏或制動(dòng)元件故障將導(dǎo)致氣壓過低，雖然駕駛室儀表盤會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警，但車輛仍將不受控地自動(dòng)制動(dòng)，若此時(shí)駕駛員無法及時(shí)、有效解除制動(dòng)，將造成堵車或交通事故，所以其設(shè)計(jì)的合理性是決定客車制動(dòng)性能的關(guān)鍵。

1 駐車制動(dòng)系統(tǒng)

駐車制動(dòng)系統(tǒng)主要由儲(chǔ)氣筒、手制動(dòng)閥、差動(dòng)繼動(dòng)閥、制動(dòng)氣室、制動(dòng)器及相關(guān)管路等組成。行車過程中，只需拉動(dòng)駐車制動(dòng)手柄接通差動(dòng)繼動(dòng)閥即可解除駐車。異常狀態(tài)下，如行車過程中，駐車儲(chǔ)氣筒突然泄漏、差動(dòng)繼動(dòng)閥內(nèi)泄、管路損壞等導(dǎo)致氣壓過低，此時(shí)駐車制動(dòng)將不受控地自動(dòng)駐車，對(duì)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)及維修帶來不便，甚至引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。鑒于此安全隱患，國(guó)標(biāo)GB 7258-2017[2]機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件第7.4.5條規(guī)定，采用彈簧儲(chǔ)能制動(dòng)裝置做駐車制動(dòng)時(shí)，應(yīng)保證在失效狀態(tài)下能方便地解除駐車狀態(tài)，同時(shí)，國(guó)標(biāo)GB 12676-2014[3]商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法也對(duì)駐車解除作了規(guī)定。

對(duì)于部分商用車，發(fā)生以上故障時(shí)，可待車輛停穩(wěn)后，靠近后橋制動(dòng)氣室，使用專用工具將氣室頂端的解除制動(dòng)螺栓旋出，此時(shí)壓縮膜片及彈簧使氣室推桿收回，其功能相當(dāng)于膜片彈簧氣室進(jìn)氣口充氣，駐車制動(dòng)解除。但是此方法受到維修空間、時(shí)間等很多因素影響，對(duì)于城市客車特別是低地板城市客車，更是沒有足夠的維修空間，且維修過程中，故障車始終?？吭谛熊嚨溃璧K交通甚至引起交通事故。這就需要一套應(yīng)急裝置使駕駛員在此情況下能快速解除駐車制動(dòng)，將車駛向安全地點(diǎn)進(jìn)行檢修。

2 應(yīng)急解除系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試

2.1 應(yīng)急解除系統(tǒng)的控制

基于以上安全隱患，對(duì)于低地板城市客車，本文設(shè)計(jì)一種客車駐車應(yīng)急解除控制系統(tǒng)，如圖1所示，在常規(guī)駐車制動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加雙通單向閥8、應(yīng)急解除閥9、應(yīng)急儲(chǔ)氣筒10、單向閥11等部件，雙通單向閥裝在制動(dòng)氣室12口，原駐車制動(dòng)系統(tǒng)由雙通單向閥進(jìn)口1進(jìn)入氣室，解除系統(tǒng)由雙通單向閥進(jìn)口2接入氣室，應(yīng)急儲(chǔ)氣筒與原系統(tǒng)干燥器直接相連，在駕駛員附近位置增加應(yīng)急解除閥9，控制應(yīng)急儲(chǔ)氣筒至雙通單向閥之間氣體的接通與關(guān)閉，其位置、形狀應(yīng)明顯區(qū)別于手制動(dòng)閥2，并增加操作提示銘牌，避免誤操作。

同時(shí)，為防止干燥器及相關(guān)管路泄漏導(dǎo)致應(yīng)急儲(chǔ)氣筒氣體泄漏，在儲(chǔ)氣筒進(jìn)口處增加單向閥11，防止高壓氣體回流，另外在儲(chǔ)氣筒上安裝氣壓傳感器12，其接入整車CAN通訊，將儲(chǔ)氣筒壓力時(shí)時(shí)顯示在駕駛室儀表盤上，當(dāng)其壓力低于警報(bào)壓力0.55 MPa(廠定起步壓力)時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)信息。

圖1 應(yīng)急解除系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示，正常行車過程中，高壓氣體依次由空壓機(jī)6、干燥器7、駐車儲(chǔ)氣筒1、手制動(dòng)閥2、差動(dòng)繼動(dòng)閥3、雙通單向閥8的進(jìn)口1進(jìn)入制動(dòng)氣室，從而解除駐車制動(dòng)力，車輛行駛。突發(fā)故障時(shí)，如上述任一部件損壞，車輛將不受控自動(dòng)駐車，此時(shí)駕駛員按下應(yīng)急解除閥9，應(yīng)急儲(chǔ)氣筒10內(nèi)的高壓氣體將通過雙通單向閥的進(jìn)口2進(jìn)入駐車制動(dòng)氣室，臨時(shí)為駐車系統(tǒng)提供壓縮氣體，此時(shí)車輛可暫時(shí)移動(dòng)，避免給車輛運(yùn)轉(zhuǎn)和維修帶來不便。而起步時(shí)用手制動(dòng)閥2無法正常解除駐車制動(dòng)時(shí)，駕駛員也可按下應(yīng)急解除閥9，為駐車制動(dòng)氣室臨時(shí)提供壓縮氣體，將車駛向安全地點(diǎn)進(jìn)行檢修。另外，解除設(shè)計(jì)僅用于駐車異常制動(dòng)時(shí)解除車輪抱死狀況，如遇其他故障需要停車時(shí)，駕駛員仍需踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行緊急制動(dòng)，如果駕駛員誤按下應(yīng)急解除閥9，不管駐車氣室腔是否有氣，此時(shí)應(yīng)急儲(chǔ)氣筒10會(huì)繼續(xù)為氣室12口充氣直至充滿，而與行車制動(dòng)回路的氣體進(jìn)入氣室11口產(chǎn)生制動(dòng)力無任何干擾[4-7]。

2.2 應(yīng)急解除儲(chǔ)氣筒容積計(jì)算

應(yīng)急解除儲(chǔ)氣筒容積可依據(jù)理想氣體定律方程[8]式PV/T=常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)突然斷氣后輪抱死時(shí)，按下應(yīng)急解除閥解除駐車制動(dòng)，首先計(jì)算能使駐車制動(dòng)解除的最小容積Vmin[9]。系統(tǒng)額定工作氣壓P=0.8 MPa， 20″制動(dòng)氣室(左右各一個(gè))容積V20″=0.83 L，儲(chǔ)能彈簧氣室解除壓力P0=0.55 MPa，壓力損失綜合取值10%。將上述方程變形為：

P×Vmin=P0×(Vmin+2×V20″×1.1)

將相關(guān)參數(shù)代入上式計(jì)算得Vmin=4 L,即應(yīng)急儲(chǔ)氣筒容積為4 L時(shí)理論上剛好可解除駐車制動(dòng)。為了保證安全，考慮到設(shè)計(jì)余量，參考國(guó)標(biāo)GB 7258[4]中關(guān)于駐車制動(dòng)系統(tǒng)至少能夠進(jìn)行3次“制動(dòng)-解除制動(dòng)”操作的要求，使應(yīng)急儲(chǔ)氣筒容積V可滿足解除制動(dòng)3次后壓力仍不低于儲(chǔ)能彈簧氣室解除壓力P0，即：

將參數(shù)代入上式計(jì)算得V≥13 L。綜合實(shí)車安裝工藝性、經(jīng)濟(jì)性及儲(chǔ)氣筒通用性，將應(yīng)急儲(chǔ)氣筒容積設(shè)計(jì)為15 L，經(jīng)校核3次“制動(dòng)-解除制動(dòng)”后儲(chǔ)能彈簧氣室壓力為0.57 MPa，滿足不低于解除壓力P0的設(shè)計(jì)要求。

2.3 應(yīng)急解除系統(tǒng)整車臺(tái)架測(cè)試

按照?qǐng)D1 應(yīng)急解除系統(tǒng)原理圖，在試驗(yàn)樣車上加裝相關(guān)閥件、解除制動(dòng)儲(chǔ)氣筒及相關(guān)管路等，將樣車放置在舉升試驗(yàn)臺(tái)架，舉升機(jī)支撐各輪胎前后處邊縱梁上，且不接觸輪胎，前后分別用兩套固定支架支撐在中間縱梁上。啟動(dòng)空壓機(jī)為全部?jī)?chǔ)氣筒充氣，待儀表盤顯示氣壓達(dá)到額定氣壓后，樣車熄火關(guān)閉空壓機(jī)。放開手剎，用手轉(zhuǎn)動(dòng)前、后輪輪胎，車輪可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，然后快速將行車、駐車儲(chǔ)氣筒壓縮氣體放出，即行車制動(dòng)失效、駐車制動(dòng)自動(dòng)作用，用手轉(zhuǎn)動(dòng)后輪輪胎，車輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)，此工況模擬行車過程中駐車回路各種因素下壓力過低且無法充氣的工況，此時(shí)按下應(yīng)急解除閥，再次用手轉(zhuǎn)動(dòng)后輪輪胎，車輪可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可將車輛牽引至安全位置。依次按下、拉起3次應(yīng)急解除閥，儀表盤顯示解除制動(dòng)儲(chǔ)氣筒壓力為0.60 MPa>0.55 MPa，同時(shí)與設(shè)計(jì)計(jì)算值相比，計(jì)算誤差(0.60-0.57)/0.57=5%，說明解除制動(dòng)儲(chǔ)氣筒容積與設(shè)計(jì)計(jì)算值基本相符，并滿足使用要求。

再次啟動(dòng)空壓機(jī)將全部?jī)?chǔ)氣筒充到額定氣壓，熄火關(guān)閉空壓機(jī)，放開手剎，車輪可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，按下應(yīng)急解除閥，車輪仍可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，踩下腳制動(dòng)閥，車輪制動(dòng)，此時(shí)按下應(yīng)急解除閥，車輪仍制動(dòng)中，說明不管行車過程中還是制動(dòng)過程中，誤操作應(yīng)急解除閥不會(huì)影響車輛狀態(tài)[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)駐車制動(dòng)原理及國(guó)標(biāo)對(duì)駐車制動(dòng)解除的要求，設(shè)計(jì)了適合于低地板城市客車的駐車制動(dòng)應(yīng)急解除控制系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)氣筒容積進(jìn)行計(jì)算，可為同類氣制動(dòng)底盤的相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。