摘要：近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，給商用車運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，同時(shí)對(duì)貨物運(yùn)輸過(guò)程中的駕駛安全提出了更高的要求。為了滿足載貨量的需要，運(yùn)輸車輛通常采用牽引車加裝掛車的方式，掛車因此得到了廣泛的應(yīng)用。掛車制動(dòng)系統(tǒng)作為掛車的關(guān)鍵系統(tǒng)，其性能的好壞直接關(guān)系到整車運(yùn)行性能；而作為該系統(tǒng)最關(guān)鍵部件之一的掛車制動(dòng)模塊，其質(zhì)量將直接影響到掛車制動(dòng)系統(tǒng)的性能。

關(guān)鍵詞：掛車；制動(dòng)系統(tǒng)；商用車

作者簡(jiǎn)介：
史延濤，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電制造（設(shè)計(jì)開發(fā)） ；
楊柳，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠嚵悴考O(shè)計(jì)；
張惠，瑞立集團(tuán)瑞安汽車零部件有限公司工程師，研究方向?yàn)槠嚵悴考C(jī)加工工藝設(shè)計(jì)。

1項(xiàng)目概況

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁背景下，汽車運(yùn)輸行業(yè)為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，作為商用車運(yùn)輸行業(yè)的代表，牽引車和掛車所做的貢獻(xiàn)尤為突出。牽引車就是車頭和車箱之間是用工具牽引的一般大型貨車或半掛車，也就是說(shuō)該車的車頭可以脫離原來(lái)的車箱而牽引其他的車箱，而車箱也可以脫離原車頭被其他的車頭所牽引。目前，牽引車根據(jù)其連接方式主要可分為全掛牽引車和半掛牽引車。半掛牽引車主要用來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)途貨物運(yùn)輸。隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，居民可支配收入不斷提升，居民消費(fèi)能力也隨之增強(qiáng)，加上近年來(lái)電商行業(yè)興起帶動(dòng)快遞業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)，使得我國(guó)物流市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，間接促進(jìn)了我國(guó)半掛車行業(yè)的發(fā)展。據(jù)資料顯示，2021年我國(guó)社會(huì)物流總額達(dá)335.2萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)11.7%。對(duì)于使用空氣制動(dòng)系統(tǒng)的車輛而言，掛車或半掛車在車輛行駛過(guò)程中的制動(dòng)安全很重要。掛車必須要搭配牽引車才能行使，當(dāng)車輛行駛過(guò)程中需要行車制動(dòng)時(shí)，牽引車與掛車分別有獨(dú)立制動(dòng)系統(tǒng)，而交通法規(guī)要求牽引車與掛車應(yīng)同時(shí)制動(dòng)。由于掛車是連接在牽引車后面的，所以掛車的制動(dòng)管路較長(zhǎng)，在行車制動(dòng)時(shí)，掛車制動(dòng)會(huì)滯后于牽引車。制動(dòng)過(guò)程中牽引車會(huì)先制動(dòng)，掛車后制動(dòng)，掛車會(huì)對(duì)牽引車進(jìn)行沖撞，引發(fā)行車安全。而作為該系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件之一——商用車掛車制動(dòng)模塊，它的質(zhì)量就直接影響到掛車制動(dòng)系統(tǒng)的性能。

2項(xiàng)目背景

2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外商用車發(fā)展比我國(guó)早，經(jīng)歷了由機(jī)械制動(dòng)到電子制動(dòng)的過(guò)程，電子制動(dòng)目前采用的是EBS電子制動(dòng)系統(tǒng)。電子制動(dòng)系統(tǒng)主要由中央控制模塊、EBS單通道模塊、ABS電磁閥、EBS雙通道模塊、EBS掛車控制閥、制動(dòng)信號(hào)輸出器等零部件組成。當(dāng)駕駛員踩動(dòng)制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)信號(hào)輸出器內(nèi)置的位移傳感器記錄駕駛員踩踏板的行程，輸出制動(dòng)位移電信號(hào)，并將此信號(hào)傳送中央控制模塊，中央控制模塊根據(jù)輸入的電信號(hào)判斷駕駛員需要減的速度。此時(shí)中央控制模塊控制牽引車上的EBS單通道模塊、EBS雙通道模塊進(jìn)行電子制動(dòng)。與此同時(shí)，中央控制模塊根據(jù)車輛減速度控制EBS掛車控制閥的工作，確保牽引車上的EBS單通道模塊、EBS雙通道模塊與掛車上的EBS掛車控制閥同步制動(dòng)，保障車輛行駛過(guò)程中的制動(dòng)安全。

2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)牽引車與掛車制動(dòng)系統(tǒng)具體表現(xiàn)為，當(dāng)車輛在行駛過(guò)程中需要制動(dòng)時(shí)，牽引車與掛車分別有獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，而交通法規(guī)要求牽引車與掛車應(yīng)同時(shí)制動(dòng)。但目前牽引車的制動(dòng)氣源是依靠牽引車的儲(chǔ)氣筒提供，掛車制動(dòng)氣源也是依靠牽引車的儲(chǔ)氣筒提供。由于掛車是連接在牽引車后面的，所以掛車的制動(dòng)管路較長(zhǎng)，在行車制動(dòng)時(shí)，掛車制動(dòng)會(huì)滯后于牽引車。制動(dòng)過(guò)程中牽引車會(huì)先制動(dòng)，掛車后制動(dòng)，掛車會(huì)對(duì)牽引車進(jìn)行沖撞引發(fā)行車安全。國(guó)內(nèi)商用車主機(jī)廠為了解決牽引車與掛車剎車制動(dòng)時(shí)間不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致制動(dòng)不協(xié)調(diào)的原因是掛車制動(dòng)管路過(guò)長(zhǎng)。在空氣制動(dòng)系統(tǒng)中，在管路長(zhǎng)度一定的前提下，控制腔壓力增大則輸出腔壓力也將增大。因此現(xiàn)在國(guó)內(nèi)掛車為了解決掛車輸出管路氣壓低于牽引車輸出氣壓而產(chǎn)生拖剎現(xiàn)象，設(shè)置了一個(gè)越前功能來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。其方法是通過(guò)掛車制動(dòng)閥控制腔活塞面積差的設(shè)計(jì)，使得掛車制動(dòng)閥控制管路輸出口P22的壓力比掛車制閥第一回路控制口P41的壓力大20～30 KPa，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)越前量的調(diào)節(jié)。國(guó)內(nèi)EBS電子制動(dòng)系統(tǒng)還未普遍應(yīng)用于牽引車與掛車，其中一部分原因也是由于加裝EBS電子制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)增加車輛出廠成本。以下商用車掛車制動(dòng)模塊的研發(fā)，成本低，質(zhì)量可靠，能夠很好地解決牽引車與掛車制動(dòng)不同步的問(wèn)題。

3 商用車掛車制動(dòng)系統(tǒng)

商用車掛車制動(dòng)系統(tǒng)是掛車獨(dú)立制動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)安裝在掛車上，如圖1所示。掛車上各部件所需的氣源均由牽引車上的掛車控制閥提供。本掛車制動(dòng)系統(tǒng)由掛車進(jìn)氣接頭、掛車控制接頭、掛車指示燈、掛車制動(dòng)模塊、掛車組合閥、輪速傳感器、制動(dòng)氣室等組成。掛車所有的氣壓均來(lái)自于掛車進(jìn)氣接頭與掛車控制接頭。安裝在牽引車上的掛車控制閥設(shè)置有進(jìn)氣口P1、行車制動(dòng)控制口P4、駐車控制口P43、第一輸出口P21、第二輸出口P22.掛車進(jìn)氣接頭與安裝在牽引車上的掛車控制閥的第一輸出口P21相導(dǎo)通，牽引車上的掛車控制閥的第一輸出口P21與自身掛車控制閥進(jìn)氣口直接導(dǎo)通，所以掛車進(jìn)氣接頭的氣壓不需要牽引車上掛車控制閥工作，就可以直接從牽引車上導(dǎo)入氣壓，氣壓始終保持在掛車進(jìn)氣接頭處。當(dāng)進(jìn)氣接頭與牽引車對(duì)應(yīng)的氣管接通時(shí)，牽引車上儲(chǔ)氣筒的氣壓從牽引車掛車控制閥第一輸出口P21，經(jīng)過(guò)掛車進(jìn)氣接頭，再經(jīng)過(guò)掛車制動(dòng)模塊第一輸出口P21到達(dá)掛車儲(chǔ)氣筒。掛車控制接頭與安裝在牽引車上的掛車控制閥的第二輸出口P22相導(dǎo)通。牽引車上的掛車控制閥的第二輸出口P22氣壓的輸出，是由于當(dāng)司機(jī)需要進(jìn)行行車制動(dòng)而踩下腳閥時(shí)，腳閥輸出口的氣壓到達(dá)牽引車掛車控制閥的控制口P4，此時(shí)牽引車掛車控制閥控制口P4的活塞下移，使自身進(jìn)氣口P1的氣壓導(dǎo)入到第二輸出口P22，氣壓再到達(dá)掛車控制接頭。當(dāng)牽引車掛車控制閥的第二輸出口P22與掛車控制接頭之間的氣管連通時(shí)，掛車控制接頭將來(lái)自牽引車的控制氣壓輸出至掛車制動(dòng)模塊的控制口。

圖1 商用車掛車制動(dòng)系統(tǒng)管路

4 商用車掛車制動(dòng)模塊關(guān)鍵技術(shù)

這種商用車掛車制動(dòng)模塊，利用電控系統(tǒng)將掛車的制動(dòng)氣源從牽引車改為掛車，縮短了制動(dòng)距離，通過(guò)壓力傳感器標(biāo)定，確保牽引車與掛車制動(dòng)時(shí)間同步，能夠最大程度地保證車輛及駕駛?cè)说陌踩Ｉ逃密噿燔囍苿?dòng)模塊的技術(shù)方案：采用商用車掛車制動(dòng)模塊外接中央ECU、壓力傳感器的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，如圖2所示。本商用車制動(dòng)模塊包括上殼體6、下殼體7，上下殼體之間由螺釘9連接，下殼體7設(shè)置有第一輸出口P21和第二輸出口P22，兩個(gè)輸出口分別設(shè)置在 下閥體5的后部和下部，并分別外接對(duì)應(yīng)的壓力傳感器，兩個(gè)壓力傳感 器均與ECU相連接。第一輸出口P21向掛車儲(chǔ)氣筒輸送壓力，第二輸出口P22控制車輪制 動(dòng)器。上殼體6與下殼體7之間設(shè)置有電樞組件8、彈簧2、活塞3、單向閥片4、運(yùn)動(dòng)堵頭5。為了方便安裝，進(jìn)氣口P1、控制口P4、第一輸出口P21、第二輸出口P22，均設(shè)置有相同結(jié)構(gòu)的接頭1。

圖2 商用車制動(dòng)模塊安裝結(jié)構(gòu)電樞組件8包括線圈、進(jìn)氣鐵芯組件11、排氣鐵芯組件12。進(jìn)氣鐵芯組件11包括對(duì)應(yīng)的彈簧、動(dòng)鐵芯及靜鐵芯，排氣鐵芯組件12則包括對(duì)應(yīng)的彈簧、動(dòng)鐵芯及靜鐵芯，進(jìn)氣鐵芯組件與排氣鐵芯組件的內(nèi)部組成零部，在此不做一一細(xì)述。本商用車掛車制動(dòng)模塊具體接口定義如下。進(jìn)氣口P1承接來(lái)自牽引車掛車制動(dòng)閥輸出口P21的氣壓；控制口P4承接來(lái)自牽引車持車制動(dòng)閥輸出口P22的氣壓。第一輸出口P21接掛車儲(chǔ)氣筒，將來(lái)自牽引車的氣壓通過(guò)本商用車掛車制動(dòng)模塊，經(jīng)P21口到達(dá)掛車儲(chǔ)氣筒，然后掛車儲(chǔ)氣筒成為掛車制動(dòng)的源頭，縮短了氣路長(zhǎng)度。第二輸出口P22接掛車組合閥控制口，為掛車制動(dòng)氣室提供控制壓力。電樞接頭10的下方接電樞組件8的控制線圈，控制進(jìn)氣鐵芯組件11、排氣鐵芯組件12的相應(yīng)動(dòng)作。電樞接頭10的上方接中央ECU，ECU控制整個(gè)電樞組件做相應(yīng)動(dòng)作；排氣口P3用于本商用車掛車制動(dòng)模塊壓力的卸荷。商用車掛車制動(dòng)模塊通過(guò)電控控制剎車制動(dòng)，商用車掛車制動(dòng)模塊活塞主剖面圖如圖3所示。當(dāng)車輛正常行駛時(shí) ，進(jìn)氣口P1始終保持有氣壓狀態(tài)，在進(jìn)氣口P1氣壓及彈簧2的作用下，推動(dòng)活塞3向右移動(dòng)。此時(shí)，關(guān)閉F通道，打開E通道，使通道C、通道D、通道E與第二輸出口P22導(dǎo)通。

圖3 商用車掛車制動(dòng)模塊活塞主剖面當(dāng)需要?jiǎng)x車時(shí)，司機(jī)踩下腳制動(dòng)閥，此時(shí)掛車尾部剎車燈亮，中央ECU接收到剎車信號(hào)后，控制電樞接頭10通電 ，電樞接頭10通電后控制進(jìn)氣鐵芯組件11及排氣鐵芯組件12觸動(dòng)工作。此時(shí)，進(jìn)氣鐵芯組件11通電后，對(duì)應(yīng)的動(dòng)鐵芯吸合，使與第一輸出口P21相通的通道A與通道B連通，排氣鐵芯組件12也同步通電，關(guān)閉排氣口P3以確保通道B的壓力得到保持，如圖4所示。與此同時(shí)，通道B的壓力推通運(yùn)動(dòng)堵頭5，使運(yùn)動(dòng)堵頭5封堵住控制口P4，通道B的氣壓經(jīng)通道C、通道D、通道E到達(dá)第二輸出口P22，最終P22口的氣壓到達(dá)掛車組合閥控制口，使持車組合閥向掛車制動(dòng)氣室進(jìn)行壓力輸出，使制動(dòng)氣室對(duì)車輪產(chǎn)生制動(dòng)。

圖4  制動(dòng)示意由于電信號(hào)快于氣信號(hào)，而且與商用車掛車制動(dòng)模塊第一輸出口P21相連接的掛車儲(chǔ)氣筒安裝在掛車上， 距離掛車制動(dòng)氣室較近，因此商用車掛車制動(dòng)模塊第二輸出口P22的氣體壓力建立速度較快，能夠彌 補(bǔ)制動(dòng)壓力從牽引車儲(chǔ)氣筒向掛車輸送氣體壓力時(shí)氣體壓力建立速度過(guò)慢的技術(shù)問(wèn) 題，從而滿足道路交通安全法規(guī)的要求。商用車掛車制動(dòng)模塊內(nèi)部電氣原理如圖5所示。圖中電樞接頭61.3、61.2控制進(jìn)氣電磁閥，電樞接頭61.1、61.2控制排氣電磁閥。其中進(jìn)氣電磁閥是常閉式，排氣電磁閥是常開式。

圖5 商用車掛車制動(dòng)模塊內(nèi)部電氣原理當(dāng)剎車結(jié)束后，司機(jī)松開腳制動(dòng)閥 ，剎車燈關(guān)閉 ，電樞接頭10斷電 ，進(jìn)氣鐵芯組件11及排氣鐵芯組件12恢復(fù)初始工作狀態(tài)，第二輸出口P22的氣壓依次經(jīng)通道E、通道D、通道C、通道B、排氣鐵芯組件12后，從排氣口P3排出，此時(shí)電控控制制動(dòng)過(guò)程結(jié) 束。本商用車掛車制動(dòng)模塊主要運(yùn)用電信號(hào)快于氣壓信號(hào)的原理，以及將儲(chǔ)氣筒由牽引車優(yōu)化至掛車的方法，達(dá)到牽引車與掛車制動(dòng)同步的效果。此外，為了防止電信號(hào)出現(xiàn)故障而影響行車安全，本商用車掛車制動(dòng)模塊又設(shè)計(jì)了機(jī)械制動(dòng)功能，機(jī)械制動(dòng)的工作原理如下。當(dāng)需要行車制動(dòng)時(shí) ，司機(jī)踩下腳制動(dòng)閥 ，掛車尾部剎車燈亮，此時(shí)若商用車掛車制動(dòng)模塊電樞接頭10失效，腳制動(dòng)閥輸出口的氣壓作用在牽引車掛車控制閥控制口P4，牽引車掛車控制閥第二輸出口P22的氣壓推動(dòng)本商用車掛車制動(dòng)模塊控制口P4的氣壓，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)堵頭5向上運(yùn)動(dòng)并封堵住通道C，此時(shí)控制口P4的氣壓依次經(jīng)通道D、通道E到達(dá)P22輸出口，然后向制動(dòng)氣室 輸送壓力。當(dāng)剎車結(jié)束后，司機(jī)松開腳閥 ，第二輸出口P22的氣壓依次經(jīng)通道E、通道D、 控制口P4后，從腳制動(dòng)閥排氣口排出，此時(shí)機(jī)械控制制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。本商用車掛車制動(dòng)模塊除了電控制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)外，還設(shè)置了緊急制動(dòng)。當(dāng)牽引車掛車控制閥輸出口管路發(fā)生斷裂時(shí)，商用車掛車制動(dòng)模塊進(jìn)氣口P1氣體壓力迅速降低， 當(dāng)氣體壓力值下降到規(guī)定的氣壓值時(shí)，活塞4在掛車儲(chǔ)氣筒第一輸出口P21的氣壓作用下，克 服彈簧2的壓力，使活塞3向左移動(dòng)，在活塞4向左移動(dòng)的同時(shí)打開通道F，關(guān)閉通道E，此時(shí)掛車儲(chǔ)氣筒第一輸出口P21的氣壓依次經(jīng)通道F到達(dá)第二輸出口 P22，并向制動(dòng)氣室輸送氣壓，從而實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，確保了行車過(guò)程中制動(dòng)管路破裂的情況下車輛及駕駛員的安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)步發(fā)展的今天，汽車物流運(yùn)輸行業(yè)得到了快速發(fā)展，牽引車掛車以其載重量大、可操控性強(qiáng)等特點(diǎn)，搭載經(jīng)濟(jì)發(fā)展的便車得到了廣泛的應(yīng)用。商用車掛車制動(dòng)模塊作為掛車制動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，采用外接中央ECU控制器、壓力傳感器及合理優(yōu)化氣路布置等措施，解決了牽引車與掛車制動(dòng)不同步、制動(dòng)過(guò)程中掛車對(duì)牽引車產(chǎn)生沖撞等安全問(wèn)題。同時(shí)，還考慮到電控失效、制動(dòng)管路斷裂等影響駕駛安全的問(wèn)題，設(shè)置了機(jī)械控制回路、緊急制動(dòng)控制回路，進(jìn)一步提升了掛車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，確保了車輛行車安全，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。

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