隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量在高速增加，人們對(duì)汽車性能也提出了更高的要求，制動(dòng)性能作為車輛最為重要的主動(dòng)安全性能是評(píng)價(jià)整車性能的關(guān)鍵因素。研究表明，汽車長時(shí)間進(jìn)行強(qiáng)度較大的制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度常在300℃以上，甚至能達(dá)到600～700℃，這是因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)質(zhì)是把汽車的動(dòng)能通過制動(dòng)器轉(zhuǎn)化為熱能，隨著制動(dòng)器溫度不斷升高，制動(dòng)器摩擦系數(shù)減小，通過摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力矩也會(huì)有顯著下降，這種現(xiàn)象被稱為制動(dòng)器熱衰退。汽車制動(dòng)器熱衰退會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)性能降低，制動(dòng)距離延長，大大增加了交通事故的發(fā)生幾率。

制動(dòng)系統(tǒng)抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能的保持程度來衡量。國內(nèi)外對(duì)制動(dòng)器熱穩(wěn)定性的研究主要集中在建模分析上。但由于制動(dòng)器熱衰退性能受路況、車況、試驗(yàn)人員等諸多因素影響，因此研究制動(dòng)器熱衰退的有效手段是道路試驗(yàn)。受國內(nèi)某汽車企業(yè)的制動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)委托，對(duì)其提供的某款輕型廂式貨車進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)道路試驗(yàn)研究，采取多種試驗(yàn)方案分別獲取制動(dòng)器溫度，制動(dòng)踏板力，制動(dòng)減速度等參數(shù)，從不同方面考察制動(dòng)系統(tǒng)熱衰退對(duì)制動(dòng)性能影響，為后續(xù)底盤制動(dòng)系統(tǒng)的匹配及驗(yàn)證試驗(yàn)提供參考。

試驗(yàn)

試驗(yàn)車輛

試驗(yàn)用車型為國內(nèi)汽車企業(yè)提供的輕型商用車，該車型采用液壓雙回路前后盤式制動(dòng)，車輛總質(zhì)量為5984kg，最大車速為125km/h。

試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

該試驗(yàn)系統(tǒng)主要試驗(yàn)設(shè)備如表1所示。因本次制動(dòng)試驗(yàn)需要采集信號(hào)較多，所以必須合理布置每個(gè)儀器設(shè)備，以保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。



試驗(yàn)方案

試驗(yàn)是在鹽城汽車試驗(yàn)場(chǎng)直線性能試驗(yàn)路進(jìn)行，路面為瀝青鋪裝，樣車的加載以及試驗(yàn)方法主要依據(jù)GB12676-2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗(yàn)方案》以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。本次試驗(yàn)主要考察熱衰退對(duì)制動(dòng)踏板力、制動(dòng)距離的影響，熱衰退循環(huán)對(duì)制動(dòng)性能的影響，因此制定以下4種試驗(yàn)方案。

方案 1：熱衰退對(duì)制動(dòng)踏板力的影響。車輛從0.8Vmax開始，以5.0m/s2 制動(dòng)減速度制動(dòng)10次，考察制動(dòng)踏板力的變化。

方案 2：熱衰退對(duì)制動(dòng)距離的影響。車輛從0.8Vmax 開始，以500N的最大踏板作用力進(jìn)行10次制動(dòng)，考察制動(dòng)距離變化。

方案 3：熱衰退循環(huán)對(duì)制動(dòng)性能的影響。采用國際認(rèn)可的 AMS制動(dòng)試驗(yàn)確定試驗(yàn)樣車的制動(dòng)距離。試驗(yàn)方法為：連續(xù)10次車輛從時(shí)速100km/h 通過制動(dòng)使汽車停止，記錄制動(dòng)器溫度，制動(dòng)踏板力，制動(dòng)踏板位移等參數(shù)。此項(xiàng)測(cè)試僅評(píng)估第一次和第十次的制動(dòng)過程，以在制動(dòng)襯片冷卻和發(fā)熱狀態(tài)下提供關(guān)于其特性的信息。在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上連續(xù)做 10個(gè)AMS制動(dòng)循環(huán)（即10*10制動(dòng)循環(huán)），考察熱衰退循環(huán)狀況下車輛制動(dòng)性能的變化。

方案 4：I 型試驗(yàn)方法考察熱衰退對(duì)制動(dòng)性能的影響。試驗(yàn)方法為：汽車從規(guī)定初速度V0 =60km/h 開始制動(dòng)，速度降到1/2V 0解除制動(dòng)，再以最大制動(dòng)減速度加速到V0 ,試驗(yàn)重復(fù)制動(dòng)20次，每個(gè)制動(dòng)循環(huán)時(shí)間為60s。重復(fù)試驗(yàn)結(jié)束1min內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)脫開，以與O型試驗(yàn)相同條件測(cè)定制動(dòng)系統(tǒng)熱態(tài)制動(dòng)性能?？疾鞜釕B(tài)狀態(tài)下與冷態(tài)狀態(tài)下的制動(dòng)性能關(guān)系。

結(jié)果與分析

熱衰退對(duì)制動(dòng)踏板力的影響

試驗(yàn)樣車制動(dòng)初速度為100km/h，制動(dòng)減速度基本保持不變，連續(xù)進(jìn)行10次制動(dòng)，踏板力變化見圖1。



圖中每一段曲線峰值代表一次制動(dòng)，曲線峰值之間部分代表車輛非制動(dòng)行駛。從圖中可看出，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，制動(dòng)器溫度有明顯上升，在保持制動(dòng)減速度基本不變的情況下，制動(dòng)踏板力從191N增加到273N。產(chǎn)生此現(xiàn)象原因是因?yàn)橹苿?dòng)過程中，摩擦材料與制動(dòng)器產(chǎn)生摩擦，整車的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能90%轉(zhuǎn)化為熱能，即表現(xiàn)為制動(dòng)器溫度升高，制動(dòng)系統(tǒng)的摩檫片里含有大量的有機(jī)化合物，這些有機(jī)化合物在生產(chǎn)過程中被固化下來。

當(dāng)制動(dòng)器超過一定溫度后，摩檫片里的有機(jī)化合物受熱分解，所產(chǎn)生的氣體和液體析出，起著潤滑的作用，導(dǎo)致摩擦系數(shù)變小，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，此時(shí)若要使車輛繼續(xù)保持恒定的制動(dòng)減速度，勢(shì)必需增加制動(dòng)踏板力。

熱衰退對(duì)制動(dòng)距離的影響

試驗(yàn)樣車制動(dòng)初速度為100km/h，制動(dòng)踏板力基本保持
不變，連續(xù)進(jìn)行10次制動(dòng)，踏板距離變化見圖2。從圖2 可看出，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，制動(dòng)器溫度上升明顯，在保持制動(dòng)踏板力基本不變的情況下，制動(dòng)距離從61.3m 增加到70.5m。原因同3.1 所述，制動(dòng)器溫度上升會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，若使用同樣踏板力，必會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)距離變長。



熱衰退循環(huán)對(duì)制動(dòng)性能的影響

考察樣車在熱態(tài)狀態(tài)下，進(jìn)行10*10的AMS制動(dòng)試驗(yàn)，考察熱衰退循環(huán)狀況下樣車制動(dòng)性能的變化。AMS制動(dòng)試驗(yàn)是德國汽車類雜志AMS（Auto Motor und Sport）組織的對(duì)歐洲市場(chǎng)車輛制動(dòng)性能測(cè)試，其條件嚴(yán)格且測(cè)試結(jié)果公正、可靠，在歐洲很受公眾和消費(fèi)者認(rèn)可。試驗(yàn)制動(dòng)初速度為100km/h，單個(gè)AMS制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如圖 3。



從圖中可以看到10次連續(xù)制動(dòng)過程中制動(dòng)器溫度上升極為劇烈，第10次制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度高達(dá)450℃。制動(dòng)器溫度的變化，引起制動(dòng)性能發(fā)生變化，制動(dòng)踏板力趨于變大，制動(dòng)距離趨于變長。AMS試驗(yàn)主要考察第1次和第10次制動(dòng)性能變化情況，10*10次制動(dòng)循環(huán)過程中制動(dòng)距離有增大趨勢(shì)，制動(dòng)踏板力也有明顯增加趨勢(shì)。并且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證即使每個(gè)循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，但是由于上個(gè)循環(huán)的高溫已經(jīng)對(duì)制動(dòng)器材料造成部分不可逆影響，所以制動(dòng)性能在持續(xù)下降。

I 型試驗(yàn)方法考察熱衰退對(duì)制動(dòng)性能影響

我國GB12676-2014規(guī)定了商用車輛制動(dòng)系統(tǒng)必須符合I型試驗(yàn)要求，本試驗(yàn)樣車試驗(yàn)結(jié)果圖表2，可以看出重復(fù)制動(dòng)后熱態(tài)制動(dòng)器制動(dòng)效能制動(dòng)距離和MFDD不低于該類車規(guī)定性能的80%，也不低于發(fā)動(dòng)機(jī)脫開的O型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的60%，穩(wěn)定性未超出3.7m，滿足國標(biāo)要求。



結(jié)論

本文對(duì)某車企5.9t廂式運(yùn)輸車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了多方案的道路試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，隨著制動(dòng)次數(shù)的增加，制動(dòng)器升溫極快，當(dāng)超過一定溫度后，摩擦系數(shù)降低，車輛出現(xiàn)制動(dòng)熱衰退現(xiàn)象。若要保持恒定制動(dòng)減速度，則必須提高制動(dòng)踏板力；反之，若一直使用相同制動(dòng)踏板力制動(dòng)，則制動(dòng)距離增加；從10*10次制動(dòng)循環(huán)試驗(yàn)可以看出，即使每個(gè)循環(huán)的初始溫度都降低到100℃以下，因高溫已對(duì)制動(dòng)器材料產(chǎn)生了不可逆的影響，車輛也出現(xiàn)了制動(dòng)力不足以致剎車距離變長的現(xiàn)象。

剎車過程是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程，如果能將熱能釋放出去，那么無疑會(huì)加快其轉(zhuǎn)化速度，從而使汽車更快失去動(dòng)能實(shí)現(xiàn)良好的制動(dòng)效果，因此可采用空心通風(fēng)盤式制動(dòng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)制動(dòng)器。除從制動(dòng)系統(tǒng)本身來解決問題，也需要掌握制動(dòng)技巧，比如，在汽車下長坡、崎嶇山路等陡峭路面時(shí)，可采用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)+剎車輔助，即利用發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮行程產(chǎn)生的壓縮阻力，內(nèi)摩擦力和進(jìn)排氣阻力對(duì)驅(qū)動(dòng)輪形成制動(dòng)作用來達(dá)到汽車減速的目的等。