杜志岐， 唐 镜

(中国北方车辆研究所，北京100072)

随着轮式特种车辆的行驶速度越来越高，制动系统的效能提升及特性匹配要求就越来越重要.

轮式车辆制动系统由行车制动和驻车制动构成.行车制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器4个部分组成，现代制动系统还包含压力报警装置、压力调节装置等.

行车制动采用动力驱动或助气驱动方式.动力制动驱动系统的能源由发动机驱动的油泵或气泵提供，驾驶员动作作为控制输入.根据驱动方式的不同，可分为液压制动、气压制动和气顶液制动[1]；根据制动器型式的不同，可分为盘式制动和鼓式制动.根据整车的总体布置及吨位级别的不同，驻车制动和行车制动可以共用制动器，也可以有单独的中央驻车制动器.

重型商用车辆行车制动系统的常见型式是双管路全气制动；驻车制动也采用气动驱动方式，驻车制动器为非转向轮的行车制动器.轻型轮式车辆行车制动通常为液压钳盘式制动，驻车制动器为单独的中央驻车制动器，采取机械或气动驱动方式.

为了有效提高某8×8轮式车辆的综合效能，充分考虑国内商用车辆领域的产品能力，按照“选型、集成、优化”的轮式特种车辆开发途径，对制动系统进行深层次的解码与重构.

1 3种行车制动系统的原理及优缺点

1.1 气压制动

轮式特种车辆均采用双管路全气压制动系统，其原理框图如1所示.以双轴车辆的全气制动系统为例，其制动过程为：由发动机带动的空气压缩机排出的压缩空气经干燥器和四管路保护阀后向前、后储气瓶及停车备用储气瓶充气，从前、后蓄气瓶出来的气体分别通过双回路制动阀(制动踏板)的两个进气口进入I腔和II腔.制动时，踩下制动踏板，由双回路制动阀出来的两路气体分别通往前后制动膜片气室，产生增压后作用在制动器上实施制动；当需要驻车时，操纵驻车制动阀，停车备用气瓶的气体通过驻车制动阀进入使弹簧制动气室放气从而使制动器制动.

其主要优点为：

1)商用车辆全气制动元件成熟、可靠，轮式特种车辆可直接选型采用；

2)整车共用气源，气动操纵系统简单有效；

3)制动力大，操作轻便；

4)双回路气压制动布置型式安全，可靠；

5)驻车制动可以通过弹簧制动气室作用在行车制动器上实现，结构简单可靠；

其式主要缺点为：

1)蓄气瓶体积大，占用车内空间大.

2)制动响应相对液压制动较慢.

图1 全气制动原理简图

1.2 液压制动

轻型轮式车辆的双管路液压制动系统，由发动机驱动的转向泵向液压助力制动驱动系统提供动力,与转向系统共用油源，制动传动机构以液压油作为制动操纵的传递介质.

商用工程车辆的双管路全动力液压制动系统，通常会采用独立的油源系统(如齿轮泵等)，其原理见图2.依据充液阀[2]等保障蓄压器回路的压力，在一定范围内，驾驶员只需根据不同的制动要求，通过踏板制动阀控制工作油路到4个盘式制动器液压缸使制动钳抱紧制动盘来实现制动.

其主要优点为：

图2 液压制动原理简图

1)全液压制动响应时间快；

2)车内布置简单，占用空间小；

其主要缺点为：

1)较大吨位级别的液压盘式制动器没有带成熟驻车制动器油缸的结构型式，故需要增加驻车制动器解决驻车问题；

2)虽然轮式特种车辆承载能力强，需要给其他性能预留较多，故整车总空间及重量有限，一般不能为液压制动系统单独提供一套专门的液压助力系统.

1.3 气顶液制动

由于液压制动相对气压制动响应时间比较快，车内空间占用体积小，所以现在国外先进的轮式特种车辆采用的制动系统主要为液压制动.而国内的轮式特种车辆领域，受国内汽车产业技术能力的限制，与中、重型轮式特种车辆相匹配的液压制动元器件没有成熟可靠的产品可供直接选用.

为了保障整车重量、车内空间，缩短制动距离，某轮式特种车辆采用气顶液制动系统，使用车内压缩空气作为动力源，通过干燥器和四管路保护阀向蓄气瓶进行充气.当驾驶员需要制动时，作用双回路制动阀使压缩气体分别作用到前、后增压器中的气室，增压器把气体压力转化为制动液压力，使盘式制动器进行制动.由于设计时气动管路较短，作用滞后时间短，制动响应快，因此它既有液压制动的优点，又有气压制动的优点.气顶液制动系统主要由蓄气瓶、双回路制动阀、增压器、钳盘式制动器及制动管路组成.其工作原理见图3.

图3 气顶液制动原理简图

采用气顶液钳盘式制动后，由于该吨位级别匹配的盘式制动器上没有成熟的驻车制动油缸可以直接选用，故该制动系统需增加中央驻车制动器保证驻车制动.

其主要优点为：

1)使用气顶液制动，减少了制动用气，使车内蓄气瓶体积减小2/3；

2)行车制动器采用盘式制动器，制动效能高，制动性能稳定.

其主要缺点为：

1)需要增加驻车制动器解决驻车问题；

2)没有相配套的ABS系统供直接选用；

3)增压缸等装置需要注意保养，否则易出现管路气阻；

4)制动响应时间轻微延长；

5)气顶液系统关键部件增压器主要选用工程机械装备，需要采取措施保证高强度越野行驶的适用性.

2 多轴气液复合制动系统设计

2.1 系统设计

设计时，根据动力舱前置以及整车布置的要求考虑，一、二轴为转向轮，转向回转占用轮舱空间较大，难以布置制动气室，重型车辆很难有合适的中央驻车制动器供选用，且中央驻车制动器布置在车内也不利于保养维修，因此三、四轴采用弹簧制动气室、全气制动驱动，构成行车制动和驻车制动.

由于液压制动和全气制动响应时间差别较大，液压制动比气压制动响应时间快3倍以上，一般设计时不建议进行多轴混合使用.如图4[3]所示.

图4 气顶液制动和全液制动响应时间对比

由于上述约束条件，一、二轴不能采用气压制动，而车内也没有布置中央驻车制动器的空间.故在设计时，一、二轴采用气顶液钳盘式制动器制动模式，三、四轴采用全气钳盘式制动器制动模式的混合搭配设计.该多轴气液复合制动系统原理见图5.

图5 多轴气液复合制动原理图

2.2 合理匹配两种驱动型式的制动响应时间差

由于一、二轴采用气顶液制动，三、四轴采用全气制动，在制动响应上一、二轴比三、四轴快，所以该制动系统设计主要是尽量提高三、四轴的制动响应时间.采取的措施主要是：

1)在三、四轴制动气路前增加继动阀，缩短制动气路，提高响应时间；

2)在一、二轴和三、四轴制动阀前增加减压阀(压力调节阀)，调整前、后气路压力，匹配前、后制动响应；

3)增大三、四轴气路管路直径，从φ8 mm增加到φ12 mm，提高响应时间；

4)优化三、四轴蓄气瓶到制动阀、继动阀之间的管路距离，最好保证该继动阀进气口采用直通接头，使制动响应时间达到最优；

5) 优化设计制动气瓶体积大小，与制动气室进行优化匹配.

采取以上优化措施，提高响应时间结果见表1.

表1 优化措施表

一般商用工程车采用常规的全气压制动，系统响应时间(不包括驾驶员的反应时间)大多为0.5～0.9 s[4]，采用多项优化措施后，可实现响应时间平均降低0.3～0.5 s.

该车采用以上多项措施，提高三、四轴全气制动响应时间.通过台架测试，响应时间小于0.3 s，使其尽量与一、二轴气顶液制动系统响应时间一致.

通过试验测试，前一、二轴的制动器摩擦片更换的周期为10 000 km行驶里程(包含6 000 km的起伏路面)，三、四轴的制动器摩擦片更换的周期为20 000 km行驶里程，能够满足轮式特种车辆的正常使用要求.

2.3 ABS匹配设计

由于气顶液制动系统和全气制动系统存在着制动响应不一致的问题，也为制动安全性带来一些问题.而ABS系统的安装是确保多轴气液复合制动系统安全性的必要手段.

鉴于商用ABS系统的选型约束，该车采用了8S/6M的气压ABS装置.在一、二轴进入增压器之前安装ABS调压阀，在三、四轴的左右轮之间皆装有ABS调压电磁阀，同时在各轮安装有轮速传感器，见图5.

电控单元通过连续监测一、二、三、四轴轮速传感器速度脉冲电信号，并将它们处理、转换成和轮速成正比的数值.一旦判断出车轮将要抱死，立刻就进入防抱死控制状态，向ABS调压电磁阀输出幅值为24 V的脉冲控制电压，以控制气路的增压、保压、减压等，间接调节了车轮上的制动力.

3 结束语

通过8×8轮式车辆多轴气液复合制动系统的优化匹配，统筹兼顾了整车系统集成、车内空间布局、制动响应时间等设计要求，有效缩短气路制动响应时间,表明气液复合制动系统合理可行.

气液驱动的多轴制动响应时间不一致问题的彻底解决，需要对其一些气压制动系统功能元件继动阀、差动阀等进行深入研究，如加入电气比例控制阀对多轴制动气量进行优化分配.但其效费比是否更高，需要进一步深化研究.