排气制动、缓速器（精选四篇）
排气制动、缓速器 篇1
重型车辆在复杂的工况下,比如:长下坡制动,平路频繁制动等,行车主制动较一般工况制动强度大幅增加,如:制动器的加快磨损,制动衬片加速衰退等,达到某种严重程度,可导致主制动的失灵,造成交通事故。液力缓速器可实现恒速下坡功能,能有效减少主制动的压力。较其他辅助制动(发动机制动,电涡流缓速器),具有制动力矩大,制动平稳,噪声小、寿命长,体积小等优点。
国外对于电控液力缓速器的研发和应用已经取得了长足的发展[1],比如:德国CF,德国福伊特,瑞典斯堪尼亚,美国通用汽车公司的Allison系列液力缓速器等,国外液力缓速器虽技术成熟,但是成本较高,因此国内主机厂商未能进行大规模的匹配,国内液力缓速器的发展以法士特为先驱,近几年来技术不断的成熟并将液力缓速器推向了市场,得到了用户的认可,并且成本远低于国外厂商的液力缓速器。
缓速器作为车辆辅助制动机构,安装在机械变速箱后端,依照控制系统对其控制,本设计根据整车参数:轮胎半径,后桥等和车速获得传动轴转速,以缓速器的外特性曲线为依据,根据标定气压和传动轴转速获得缓速器输出扭矩,以传动轴转速和变速箱参数:档位,传动比等获得发动机转速,依照排气制动外特性曲线获得排气制动功率,在考虑到空气阻力,道路阻力的情况下,缓速器和排气制动联合制动扭矩来实现车辆的恒速下坡功能,以PID算法做为缓速器恒速下坡过程中的控制算法。换言之,本文旨在通过缓速器外特性曲线和排气制动外特性曲线建立缓速器和排气制动联合制动的恒速仿真模型来适应长距离下坡和更大坡度的复杂工况。
1、缓速器和排气制动联合恒速仿真模型
车辆在下坡过程中,缓速器和排气制动联合作用时,车辆运动学方程为:
式中,m为行车总质量,v为车速,为液力缓速器制动力,为空气阻力,为道路阻力,为排气制动阻力。在仿真模型的建立中主要考虑的是缓速器和排气制动的联合恒速仿真模型,因此认为行车主制动不参与制动过程中。
对于公式(1)建立仿真模型如图(1)所示。
1.1 缓速器模型
缓速器模块[2]如图2所示,传动轴转速可以依据轮胎半径、后桥速比和车速计算而来,在图3制动扭矩转换子模块中,传动轴转速为实时计算值,恒速控制逻辑模块可以实时得出恒速控制气压,以法士特FHB320B缓速器为依据获得其外特性曲线:气压-传动轴转速-制动扭矩,通过缓速器的外特性曲线可以准确的获得缓速器的制动扭矩。
为了模拟缓速器充油时间的延迟,在图3制动扭矩转换子模块中加入了模拟缓速器实际充油过程的惯性环节,即:惯性环节模块。
1.2 排气制动模型
排气制动模型如图4所示,在图5的排气制动子模块中,以潍柴WP12发动机,375马力,法士特9JSD200T机械变速箱,法士特FHB320B并联液力缓速器为整车配置,通过建立发动机转速和排气制动功率二维表,以公式T=P×9550/N计算出排气制动扭矩,其中:T为扭矩(N·M),P为功率(kW),N为发动机转速(rpm)。
当发动机转速低于800rpm时,排气制动输出扭矩将为0,故在模型中加入if-else结构作为判断。
1.3 风阻模型
在实际行车过程中,风阻与空气阻力系数(AirResis Coff)、迎风面积(FacingWindArea)和车速(VehicleSpeed)有关,依据公式:FA=S×C×V2/21.15来确定,S为迎风面积(m2),C为空气阻力系数,V为车速(km/h)。如图6所示:
1.4 道路阻力模型
在下坡时,道路阻力[3]体现为重力沿斜坡方向的分力和滚动摩擦力,在平直道路上只体现为滚动摩擦力,在模型中以坡度(Grade)来表征坡度的大小。道路阻力最终的表现形式为公式(2),仿真模型如图(7)。
其中:m为车重(Mass),单位:kg;g为重力加速度;μ为滚动摩擦系数;i为百分坡度(Grade)。
1.5 PID模块
对恒速的控制本设计中采用PID算法,模型中PID模块的输入为实时车速(Vehiclespeed)与目标车速(Drivespeed)的差值,如图11所示,输出为气压值。PID包括三个参数:比例系数Kp、积分时间常数Ti和微分时间常数Td,参数的调节对PID控制算法非常重要,当参数调节合适时,可以使车速保持的相对平稳减少震荡。通过对现有匹配缓速器实车数据的分析和不断的实验调整,最终确定的PID参数为Kp:5、Ti:2、Td:1,在此参数下,车速可以保持相对的平稳。
2、仿真结果及分析
设定恒速目标车速为50km/h,车重为49t,坡度为5%,后桥4.11,轮胎半径0.5m,空气阻力系数0.65,迎风面积8m2,摩擦阻力系数0.015,变速箱档位为7档,仿真结果如图(9)所示,可以看出此恒速控制模型可以很好的保持恒速功能。
在调节坡度变化的情况下保持整车其它参数不变的情况下,分别对缓速器单独作用和缓速器与排气制动联合作用进行仿真实验,当缓速器单独作用时,可以达到的最大坡度为6.7%,当缓速器和排气制动联合作用时,通过仿真实验得出可以达到的最大坡度为8.2%,仿真实验可以得出:当缓速器和排气制动联合作用时,可以在更大的坡度下实现恒速,即可以在更为复杂的工况下实现车辆的恒速下坡。
在实际工况中,对于同一辆车,坡度永远无法保证恒定值,为了更好的符合实际,将坡度模拟为正弦信号,即坡度在5%-7%之间连续变化时的仿真实验结果如图(10)所示。从图(10)可以看出,恒速功能依然可以良好保持。
3、结论
本文在缓速器的基础上,加入了包括环境因素在内的排气制动作用,建立了缓速器和排气制动联合作用使得车辆保持恒速下坡功能的仿真模型,仿真实验结果表明,此仿真模型可以保持车辆的恒速下坡功能,当缓速器单独作用时,可以达到的最大坡度为6.7%,当缓速器和排气制动联合作用时,可以达到的最大坡度为8.2%,即:缓速器联合排气制动作用后,可以适应更为复杂的工况。
摘要：通过液力缓速器和排气制动外特性曲线,借助simulink建立包括环境因素在内的缓速器和排气制动联合制动的恒速仿真模型,通过PID算法对恒速模型进行控制,仿真实验表明该恒速仿真模型可以有效的保证车辆恒速下坡功能并适应更为复杂的工况。
关键词：缓速器,排气制动,PID,恒速
参考文献
[1]吴超,徐鸣,李慧渊,郭刘洋车辆液力缓速器的特点分析及发展趋势[J].车辆与动力技术,2011,1(5):51-55.
[2]陆中华,程秀生.液力缓速器恒速控制策略的仿真研究[J].设计·计算·研究,2009,11(3):1-3.
何谓发动机排气制动 篇2
您好!
我是贵刊的一位忠实读者，同时也是一位十足的车迷。贵刊图文并茂、通俗易懂，确实是一本不可多得的汽车杂志。尤其是“车迷园地”栏目每期都详细解答读者的问题，使我从中学到了不少知识。我也有一些问题一直弄不明白，希望贵刊能帮助解答，谢谢!
1.最近我看到一辆日本凌志Lexus ES300轿车，发现该车自动变速杆的下部有一个O/D字样的按钮，不知该按钮起何作用?
2.一辆本田思域，我发现它的自动变速器的档位处和别的车辆不同，显示有D4、D3、2、1，它们分别代表什么含义?
3.经常听别人讲“发动机排气制动”，它的工作原理是什么?
4.富康轿车上的“后轮随动转向”是怎么一回事?
最后，祝编辑部全体同志工作顺利，万事如意!祝《大众汽车》越办越好!
(黑龙江·郭英振)
郭英振车迷：
您好!
下面顺序回答您提出的问题：
日本凌志Lexus ES300轿车自动变速杆下部的O/D按钮，又叫OD档(Over Drive——超速比省油档)，该档的速比小于1，即输入轴的转速小于输出轴的转速，使用该档可以降低油耗、减小发动机的噪音和磨损等。
本田思域轿车自动变速器的档位中，“D4”位和“D3”位都是前进档，其中“D4”位表示汽车能够在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个档位之间自动升降档；“D3”位表示汽车能够在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个档位之间自动升降档；“2”位和“1”位都是锁止档，在该档位时表示汽车分别被锁止在“Ⅱ”档和“Ⅰ”档，既不能升档，也不能降档。
“发动机排气制动”是汽车辅助制动的一种形式，这种形式多见于经常在山区行驶的汽车上。汽车在山区行驶时，经常要下长坡，这时汽车在重力的作用下要加速行驶，为了安全起见，驾驶员不得不频繁使用制动器，结果造成制动器发热过多导致制动效能减退，严重的还会将摩擦衬片烧焦。发动机排气制动就是利用关闭发动机排气系统使发动机由一个内燃机变成一个压缩机的原理来产生制动作用。当汽车需要制动时，挂入低档，利用发动机内机构的摩擦阻力和泵气阻力来消耗汽车的动能，从而降低汽车的行驶速度。采用发动机辅助制动，只需在排气歧管的出口处增装一个排气制动阀，当阀门关闭时，发动机排气的背压增高，可以吸收汽车的动能。不制动时，打开阀门，不影响发动机的正常工作。制动时，在关闭阀门的同时切断燃料供给，使发动机在压缩过程和排气过程中都是在压缩纯空气，于是内燃机变成压缩机。制动效果可以大幅度提高，但制动大小却无法由驾驶员控制。在柴油机上装有排气制动阀时，其制动效果是发动机不装排气制动阀的1.5～2倍。
盘式制动器排气装置的改进 篇3
1. 改进前的缺陷
改进前的制动器排放制动系统油路空气时,必须启动柴油机,在压缩空气压力达到0.6 MPa左右时方可进行排放。排放时需一人连踩几下制动踏板后,再踩住踏板不放,由另一人进入车轮下将放气阀旋出一些,使油路空气从排气阀排出。
(1)存在安全隐患
采用这种方法排除空气时,喷射出的油液很容易飞溅到维修人员面部,而且需往复多次方能将制动系统油路空气排放干净。此外,维修人员在柴油机启动状态下进入车轮下排放空气,也存在安全隐患。
(2)浪费制动液
用此方法排放油路空气时,会因油液喷射飞溅无法回收而造成浪费。据统计,1台ZLM50型装载机在排放油路空气过程中浪费制动液6～8 L左右。
(3)污染环境
用此方法排放油路空气时,油液喷射到地面会造成环境污染,影响文明施工生产,且容易造成维修人员滑倒、摔伤。
(4)零部件损坏
若放气单向阀螺栓或阀芯锈蚀、缝隙堵塞,均可造成油路中的空气不易排放。此外,若放气单向阀阀芯锈蚀,还容易在旋转该阀时将其拧坏。
(5)影响制动性能
用此方法排放空气时,若油液喷射飞溅到制动盘上,将造成制动块打滑,影响制动性能。
2. 改进方法
为解决制动系统油路排放空气时存在的上述问题,需采用1个带保护帽的放气单向阀替代原有放气阀,并制作1个空气排放管,一端接1个可调压的单向阀,另一端接针阀。压力可调单向阀另一端接贮油室。
(1)空气排放原理
制动系统油路排放空气原理如图1所示。放气单向阀用螺纹固定在钳夹制动缸端面上,靠放气单向阀保持制动缸油压。正常制动时,由于放气单向阀带有螺帽保护,可防止污泥、油垢黏附在放气单向阀上。在排放制动系统油路空气时,需拧下放气单向阀保护螺帽,将空气排放管接上。
(2)排气操作方法
油路排放空气的管路及单向阀如图2所示。先将空气排放管带有针阀的一端与制动钳制动分泵上的放气单向阀连接。连接过程中针阀把单向阀顶开,制动系统油路与空气排放管相通。再将空气排放管与压力可调单向阀连接。
待空气排放管安装完成后,启动柴油机,当制动系统气压升到0.6 MPa左右时踩踏制动踏板,压缩空气通过制动阀推动助力加力气室活塞和辅助液压缸活塞动作,便可将压力油的压力作用到制动分泵,从而实现制动。
若制动系统油路进入空气,排气时可连续踩几下制动踏板,待进入制动系统油路的空气压缩到一定压力时,制动液与空气便可通过空气排放管排放到贮油室内。直至制动油路空气排尽,即完成排气过程。
空气排出后,拆除空气排放管,并把放气单向阀保护螺帽拧上,以保护单向阀。对其余的制动器可进行同样的排气操作。
3. 改进后的优点
(1)保证排气作业安全
改进后的制动系统在排放油路空气时,维修人员不必进入车轮下,减轻了劳动强度,也避免了油液喷射到维修人员面部,消除了不安全因素。
(2)减少制动液浪费
排放制动系统油路空气时,制动液通过空气排放管、单向阀回到贮油室。制动液被重新循环利用到制动系油路中,避免了制动液浪费。
(3)减少作业环境污染
排放制动系统油路空气时,制动液通过排气管路、单向阀回到贮油室,避免了制动液喷射飞溅到地面而带来的环境污染。
(4)放气单向阀不易损坏
制动分泵放气单向阀配有螺帽保护,可防止阀芯黏附上污泥、油垢等。排放空气时,由于不用旋转放气单向阀,所以可避免将该阀拧坏。
(5)避免制动不良
重型汽车排气制动阀失效分析及改进 篇4
排气制动, 即通过控制汽车尾气的排放来实现汽车辅助制动。对于经常行驶于山区及湿滑路面的车辆, 排气制动对防止侧滑、延长轮胎的使用寿命, 节省燃料, 以及保护行车制动器处于低温状态而延长其使用寿命具有重要的意义[1]。国产重型卡车采用蝶形排气制动阀结构, 其安装位置及组成结构分别见图1、图2所示。
近年来, 国产重卡蝶形排气制动阀失效频次极高, 售后索赔额较高。通过对失效件的分析, 发现主要失效方式有两种:一、制动阀卡滞或卡死, 二、气缸卡塞、漏气。
2 失效模式检查及分析
2.1 制动阀卡滞或卡死失效
2.1.1 解剖分析
外观检查制动阀卡死的零件, 连接板、气缸等外观完好无损伤, 蝶阀片及其工作腔体内壁附着严重的锈蚀产物及少量黑色积炭。拆卸检查, 气缸外观良好, 活塞杆拉出、复位无卡滞, 气缸、推杆连接处转动灵活, 连接板外观完好, 各连接处无脱开、松动等。蝶阀片在工作腔体内处于打开的最大位置, 无法转动。进一步解剖检查 (见图3) , 安装在固定端的压缩弹簧锈蚀, 连接板侧腔体轴孔内轴套内壁及外端面锈蚀严重。将轴打出, 卡死端轴和一轴套配合 (见图4) , 肉眼可见表面及轴套内壁有严重的高温锈蚀。轴的转动带动阀片开启关闭, 轴和轴套高温锈蚀卡死, 导致阀片不能转动。
2.1.2 理化检查结果
对转轴、轴套、阀片腔体、阀片等零件进行理化检查, 转轴材料为40Cr, 调质热处理, 基体硬度平均为311HV, 轴套材料为铁基粉末冶金材料, 烧结制品, 孔隙率较大。阀片为灰铸铁材料, 金相组织良好, 基体硬度平均为266HBW5/750, 阀片腔体也是灰铸铁, 金相组织良好, 基体硬度平均为158HBW5/750。
2.1.3 分析结果
蝶阀片、阀片腔体、转轴等零件质量基本正常, 轴套孔隙率则较大。排气制动阀工作在发动机排放的高温、高水蒸气含量、高氧化性气氛含量等复杂环境中, 碳钢零件或表面未经任何防腐、防高温氧化处理会被迅速氧化。高热、高湿环境下, 粉末冶金材料孔隙中储存的油脂极易气化逸出, 导致其润滑作用尽失, 孔隙更利于氧化性气氛浸入加速氧化, 直接影响转轴与轴孔的配合间隙量。在二者综合作用下, 转轴与轴套之间转动困难, 最终造成制动阀零件卡死。
2.2 气缸卡塞、漏气失效
2.2.1 解剖分析
气缸外观及内部结构见图5、图6。卡塞的气缸外观无异常, 活塞杆伸出端无防尘罩等结构。将气缸中部环向切开观察, 可见内部各部件表面布满黄褐色粉状物及红褐色附着物见图7。经分析判断, 黄褐色粉状物主要为泥浆脱水后的细小颗粒, 红褐色附着物则为铁的低温氧化锈蚀产物, O型橡胶圈及气缸端盖上亦附着此类物质。塑料缸盖由于活塞杆处灰尘进入, 往复运动磨损, 缸盖变形导致密封不良, 造成气缸漏气, 图8为漏气气缸缸盖 (已磨损变形) 。
2.2.2 理化检验结果
活塞杆导向套、弹簧支座、气缸端盖、缸盖所采用的材料均为高性能工程塑料, 缸体为ZL101铸铝合金, 弹簧为65Mn弹簧钢, 组织性能良好, O型圈、活塞密封圈为PVDF-聚偏氟乙烯, 防尘罩材料为EPDM三元乙丙橡胶。
2.2.3 结果分析
因气缸内异物 (粉尘、水珠等) 进入, 导致缸内各零部件或锈蚀、或互相黏着, 导致活塞杆与活塞杆导向套间、或活塞密封圈与气缸内壁间难以滑动, 最终引起卡塞现象。由此判断, 卡塞气缸内的金属锈蚀产物及粉末状粉尘是导致其卡塞的主要原因。
外来异物 (粉尘、水珠等) 首先堆积在破裂防尘罩处, 活塞杆进入气缸过程中, 形成相对的负压环境, 堆积在防尘罩破裂口处的异物被动进入气缸, 吸附在活塞密封圈及活塞杆O型密封圈表面, 当活塞杆工作时, 这些吸附物刮擦并损伤密封圈、缸体内壁及活塞杆等, 造成密封不严, 导致气缸漏气。
3 解决方法
3.1 制动阀卡滞或卡死失效解决方案
排气制动阀高温高湿的工作环境, 轴和轴套的锈蚀造成卡滞或卡死, 导致了功能的失效, 所以提高轴和轴套的耐蚀性是唯一的解决途径, 故改进采用1Cr18Ni9Ti不锈钢的轴和轴套, 解决了制动阀卡死的失效故障。
3.2 气缸卡塞、漏气失效解决方案
失效气缸为塑料缸盖带呼吸孔, 外加橡胶防尘罩, 在实际使用中, 防尘罩脱落或破裂, 吸入大量的尘土和水汽, 造成气缸内腐蚀和活塞杆磨损, 导致卡塞和漏气失效, 解决方案主要是防止灰尘进入, 将缸盖用铝合金材料代替原来的塑料缸盖, 用外装消音器取代原来的塑料缸盖的呼吸孔, 同时去掉防尘罩, 解决了气缸卡塞、漏气失效故障。见图9、图10。
4 结束语
重型汽车排气制动阀阀片卡滞、卡死失效, 气缸卡塞、漏气失效均为腐蚀引起的失效故障, 阀体和排气管相连, 处于发动机排放产生的高温高湿环境, 轴和轴套选用普通钢铁材料易造成锈蚀, 改用不锈钢材料解决了腐蚀卡死失效故障;气缸在防尘罩脱落或破裂的情况下, 塑料缸盖呼吸孔吸入尘土、水汽, 造成腐蚀卡塞及磨损变形漏气失效。改变为铝合金缸盖加装消音器结构, 解决了该故障。改进后的方案已批量装车, 并试验验证效果良好。
摘要：文章通过对重型汽车制动阀失效件的解剖分析, 通过理化检测等手段, 从使用性能及结构分析入手, 对失效模式及失效原因进行了细致的分析, 并提出改进方案得以应用。
关键词：重型汽车,排气制动阀,阀体卡滞,气缸漏气
参考文献