姜 帆（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

卡车的驻车制动力的计算

姜 帆
（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

摘 要：文章对4x2、4x4民用、军用卡车的驻车制动力进行了讨论，并依据GB 12676对民用卡车要在18%坡道停驻的要求和GJB1473对军用卡车要在40%坡道停驻的要求，运用Matlab/Siumlink软件编写了计算程序对车辆的驻车制动力进行了校核。

关键词：驻车制动力；坡道；Matlab

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.028

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-74-03

引言

GB 12676-1999(汽车制动系统结构、性能和试验方法) 5.2.7.1中，要求民用卡车的驻车制动系统必须使满载车辆停在18%坡道上（约10.2°上坡或下坡）。GJB1473（军用汽车安全性标准）5.1.15中，要求军用越野汽车在额定装载质量和不带挂车的条件下，使用驻车制动应能在40%的纵坡上（约21.8°），使汽车在向上和向下两个方向均能可靠停住。本文对后桥装配有驻车制动器的4x2、4x4的民用、军用卡车此方面性能进行了理论推演，运用Matlab/Simulink软件编写了计算程序，在已知车辆满载重量、轴距、重心位置、地面附着系数等参数，运行该程序可求得车辆驻车制动力所能停驻的坡度的坡道角度和所需驻车制动器制动力的大小。

1、计算推演

对于在后桥装配有驻车制动器的4x4、4x2卡车，其坡道驻车制动能力取决于后桥上的驻车制动器的制动力和后桥轮胎与地面的附着条件。校核时预设地面附着系数为0.7，再比较车辆后桥驻车制动器的制动力与车辆所能提供的后桥轮胎附着力大小。当车辆驻车制动器制动力大于车辆后桥轮胎附着力时，选用车辆后桥附着力来计算车辆驻坡能力；当车辆驻车制动器制动力小于车辆后桥附着力时，选用车辆驻车制动器制动力来计算车辆驻坡能力，可知无论驻车制动器制动力有多大，坡道上车辆所能利用的最大有效驻车制动力为车辆后桥附着力。因此在计算车辆的极限驻车制动能力时，只需利用车辆后桥附着力来计算。驻坡状态分为上坡和下坡两种状态，对于采用仅在后桥装配驻车制动的车辆来说，两种状态中，车辆后桥的地面附着力是不同的，这就导致车辆在上坡和下坡两种状态下，停驻在坡道上的极限坡道角度是不同的。

1.1 上坡停驻-极限坡道角度计算

车辆上坡停驻时，以前桥接地点为原点，车辆在图1中所示力的作用下处于受力平衡状态，受力平衡方程式如下：

式中：Z1—前轴受地面反作用力，N；Z2—后桥受地面反作用力，N；L—轴距，m；L1—重心到前轴距离，m；L2—重心到后轴距离，m；Gα—车辆重量，N；α—坡道角度，°；hg—重心高度，m。

车辆重量计算公式如下：

式中：m—车辆质量，kg；g—重力加速度，9.8m/s2。

结合公式（1），车辆上坡过程中后桥附着力计算公式如下：

式中：Fβ2—后桥附着力，N；ϕ—路面附着系数，计算时可取ϕ=0.7。

由图1可知，车辆在上坡坡道上能够停驻的条件是：车辆的驻车制动力大于或者等于车辆自身重力在下坡方向的分力，而车辆在上坡时可利用的极限驻车制动力为车辆后桥附着力Fβ2，因此车辆的极限驻坡条件为：

由公式（3）、（4）计算得出：

车辆上坡时可以停驻的坡道角度α计算如下：

车辆上坡时可以停驻的极限坡道角度为：

1.2 下坡停驻-极限坡道角度计算

车辆下坡停驻时，以前桥接地点为原点，车辆在图2中所示力的作用下处于受力平衡状态，受力平衡方程式如下：

结合公式（7），车辆下坡过程中后桥附着力计算公式如下：

由图2可知车辆在下坡坡道上能够停驻的条件是：车辆的驻车制动力大于或者等于车辆自身重力在下坡方向的分力，而车辆在下坡时可利用的极限驻车制动力为车辆后桥附着力Fβ2，因此车辆的极限驻坡条件为：

由公式（8）、（9）计算得出：

车辆下坡时可以停驻的坡道角度α计算如下：

车辆下坡时可以停驻的极限坡道角度为：

1.3 小结

综合车辆上、下坡极限坡道角度计算结果，对比公式（3）、（6）、（8）、（11）可知，对于只在后桥装配有驻车制动器的4x4、4x2卡车，⑴上坡角度与下坡角度相同条件下，上坡时后桥附着力大于下坡时的后桥附着力；⑵车辆上坡时可以停驻的极限角度大于车辆下坡时可以停驻的极限角度。车辆下坡时能够停驻的极限坡道角度，即代表该车在坡道上的极限驻坡能力；车辆在极限坡道角度条件下停驻在上坡道时后桥附着力的大小，即可用来校核车辆驻车制动器制动能力。

2、程序设计

2.1 编程

借助matlab/simulink编写坡道驻车制动力及坡道角计算校核分析程序zzfx2.mdl，如图3。输入条件如表1，输出内容如表2。

Cheliangxiahuali是车辆在坡道上（包括上坡和下坡）由重力分力Ggsinα引起的下滑力；podujiao是由极限下坡角计算得到，它代表着（仅在后桥装有驻车制动器）4x4、4x2卡车的坡道驻车能力，仅与汽车轴距、重心位置、地面附着系数有关；xiapofuzhouli是车辆在下坡道上后桥轮胎上能达到附着力；

shangpofuzhuoli是车辆的上坡角等于podujiao时，车辆在上坡道上后桥轮胎上能达到附着力，整车驻车制动器制动力应不小于它，它是驻车制动力校核的依据；jc在podujiao不小于军车21.8°坡道角时显示为1，否则为0；mc在podujiao不小于民车10.2°坡道角时显示为1，否则为0。

表1　输入条件

表2　输出显示

2.2 举例说明

某4x2民用卡车，其轴距2.9m，满载质量15t，地面附着系数0.7，重心距前轴距离为1.4m，重心高度1.6m，重力加速度取10m/s2。

在matlab工作区输入：

Gg=150000

b=0.7

L1=1.4

L=2.9

hg=1.6

运行程序zzfx2.mdl得到结果见图4。

Podujiao显示此车坡道极限停驻的坡道角为13.7度，满足民用车GB12676标准要求，驻车制动力应不小于其后桥上坡附着力62970牛。

3、结论

卡车的驻车制动力是设计人员在制动系统设计中必须要考虑到的，军用、民用卡车的此方面要求也略为不同。其整个计算推演较为冗繁，本文编写了计算程序可大大简化此类设计工作，提高工作效率。

参考文献

[1] 张小虞.汽车工程手册［M］.北京:人民交通出版社,2001.

[2] 刘惟信.汽车设计［M］.北京:清华大学出版社,2000.

The Calculation of Parking Brake Force on Trucks

Jiang Fan
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

Abstract:This paper discussed the parking brake force of the 4x2、4x4 civil and military trucks. Further, author wrote a program with Matlab/Simulink to check civil trucks parking brake system on slope 0f 18% according to Chinese Standard GB12676 and military trucks parking brake system on slope of 40% according to Chinese Military Standard GJB1473.

Keywords:parking brake force; rampway; Matlab/Simulink

作者简介：姜帆，中级工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院。

中图分类号：U462.1

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-74-03