发动机制动工况下汽车制动器摩擦性能分析

赵凯辉 魏朗 余强

长安大学

贾鸿社

中国一拖技术中

[摘要] 建立了基于恒速制动车辆纵向力平衡方程、制动器耗散功率及其温度变化微分方程、管路压力调节等子模型的恒速长下坡汽车制动器摩擦性能分析系统。以两轴中型汽车为例，对前后制动器在不同档位发动机制动时的温度、制动副摩擦因数、制动力分配及管路压力变化进行了计算。结果表明，在不影响车速情况下，合理使用各档发动机制动可改善汽车前、后制动器热负荷，减小或避免制动摩擦力矩热衰退，保证汽车长下坡安全行驶。

[主题词] 发动机 制动 制动器 摩擦性能

1 前言

在汽车连续下长坡行驶时，吸收势能维持安全车速的制动工作应由辅助制动系统来承担。其中发动机制动作为下长坡持续制动时普遍采用的辅助制动措施，合理应用就能够在一定程度上缓解制动器温度过高、摩擦力矩降低的状况。在不涉及发动机制动作用下，文献［2～4］对制动器在持续较大热负荷制动时的温升计算进行了研究；另外对发动机制动的研究一般多侧重于针对发动机制动与其它辅助制动的联合作用、变速器速比协调控制策略、发动机排气门开闭时刻等方面。本文对于汽车典型制动热衰退工况——恒速下长坡工况，以两轴中型车为例，首先建立恒速制动车辆纵向力平衡方程、制动器耗散功率、动态温升计算和管路压力调节等制动器摩擦性能分析系统各子模型，进而对汽车恒速下长直坡段时，其发动机和行车制动器联合控速制动的前、

6 计算

以两轴中型车为例，其前、后制动器均为鼓式制动器，该中型车主要整车参数见表1所列，变速器各挡位传动比参数见表2所列。计算工况：车辆满载，以稳定车速45km/h在坡长6000m、坡度为6％的下坡路上行驶；行车制动器与发动机制动联合作用：环境温度20℃。根据给定汽车参数及所建立的计算模型，结合计算工况对前、后制动器摩擦性能热衰退进行计算。计算流程如图1所示。

7 性能分析

7.1 制动器温度变化

图2和图3分别为汽车前、后制动器在使用不同档位发动机制动时温度随行程的变化。从图中可见，随着档位降低，发动村倒拖制动功率增大，前、后制动器所吸收功率降低，不沦是温升斜率还是最高温度均明显下降，其中前、后制动器的最高温度由不使用发动机制动寸的298℃、384℃降为1挡发动机制动时的84℃、148℃；同时，后制动器温度及温升斜率也高于前制动器。

7.2 摩擦性能分析

前、后制动器摩擦片摩擦因数随行程的变化如图4和图5所示。从图中可以看出，由于利用不同挡位发动机制动导致摩擦片摩擦因数随着行程增大也不同程度降低，其中不使用发动机制动时摩擦因数下降较多，其前、后摩擦片摩擦因数由冷态时的0.35左右分别降至0.27、0.19，其它依次是5挡和4挡发动机制动；由于随着档位升高，制动器温升斜率也升高．使得摩擦因数曲线下降拐点也提前；另外由于一般后制动器温度高于前制动器，所以后制动器摩擦片摩擦因数较前制动器要低。

7.3 制动力分配变化

在图6中，由于前、后制动器摩擦因数随温度升高大小不同而下降不同，使得摩擦力矩衰减程度也不同，进而导致实际前、后制动器制动力分配发生改变。一般情况下，随着挡位降低，制动力分配也趋向稳定，反之，则变化较大。

7.4 制动管路压力变化

摩擦片摩擦因数的降低使得汽车恒速行驶所需的制动管路压力相应升高。在图7中，随着挡位降低，管路压力值降低且趋于恒定，其中4挡发动机制动时其值基本不变，表明前、后制动器摩擦力矩未发生热衰退，整车保持了较好的制动安全性。

8 结束语

a．针对汽车恒速下长坡；基于车辆纵向力平衡方程、前后制动器耗散功率及其温升计算模型、制动器热衰退摩擦力矩及管路压力调节模型等子模型构建的制动器动态摩擦性能分析系统，实现了汽车恒速下长坡时针对仅使用行车制动器工况及考虑与不同挡发动机制动联合作用工况下的制动器温度、摩擦片摩擦因数、前后制动器制动力分配、管路压力等的计算分析。

b．随着利用发动机制动的挡位降低，前、后制动器温度及其斜率均相应降低，摩擦片摩擦因数值和制动力分配系数趋于保持稳定，制动管路压力值降低也趋于恒定；相同制动工况下，一般后制动器温度高于前制动器，摩擦片摩擦因数低于前制动器，所以后制动器摩擦力矩热衰退程度大于前制动器，制动力分配系数和制动管路压力趋向增大。