汽車輔助制動系統(tǒng)的分析

因基礎(chǔ)制動裝置過熱導(dǎo)致的剎車失靈現(xiàn)象已經(jīng)不常見了，貨車和巴士的駕駛員可以更好地控制車輛運行。這種令人滿意的結(jié)果部分程度上得益于輔助制動系統(tǒng)的推廣，相關(guān)設(shè)備可以幫助基礎(chǔ)制動裝置降低車輛速度，特別是在較長距離的下山坡道上。

輔助制動系統(tǒng)包括兩個排氣制動閥，排氣系統(tǒng)中的蝶形閥增大了排氣背壓，來達(dá)到降低動力系統(tǒng)的速度，在發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速條件下效果更加顯著。阻尼減速采用了一種更高效的解決方案，通過水力液壓或者電力手段實現(xiàn)車輛制動。

Jacobs高功率密度壓縮釋放式發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)增加對進(jìn)氣門和渦輪增壓器的控制，從而進(jìn)一步提高制動效果。

液壓減速器使用了一個充滿液壓油的腔體，安裝在傳動系統(tǒng)葉片轉(zhuǎn)子和定子之間，來起到制動效果。阻尼減速程度大小可以通過調(diào)節(jié)腔體內(nèi)液壓油量進(jìn)行改變，液壓油 需要被循環(huán)冷卻，多余的熱量通過熱交換器耗散到車輛冷卻系統(tǒng)中。雖然制動效果非常出色，但是液壓減速器設(shè)計增加了制造成本，并且增大了車輛整備質(zhì)量。電磁 阻尼減速器結(jié)構(gòu)更簡單，通過反電動勢定律來達(dá)到制動效果。設(shè)備安裝在車輛底盤上的定子和傳動軸上的轉(zhuǎn)子之間，利用空氣流進(jìn)行冷卻散熱。

壓縮釋放式制動器是一種不錯的替代解決方案，在上世紀(jì)六十年代Jacobs汽車系統(tǒng)公司就已經(jīng)開始倡導(dǎo)這種設(shè)計理念。通常來說，壓縮釋放式制動器通過在發(fā)動 機(jī)排氣沖程階段控制排氣閥門開啟時機(jī)，進(jìn)一步提高背壓阻尼來幫助增強(qiáng)壓縮效果，從而更好地降低了速度，同時有效利用了廢氣價值。例如下山路段上排氣閥門在 活塞到達(dá)上止點之前保持關(guān)閉狀態(tài)來降低速度，先進(jìn)的柴油發(fā)動機(jī)檢測到當(dāng)前工況不需要消耗燃料，燃油供應(yīng)系統(tǒng)會主動關(guān)閉，因此不會對發(fā)動機(jī)的正常運轉(zhuǎn)帶來負(fù) 面影響。

阻尼效果的產(chǎn)生需要在凸輪從動件下方安裝一個橋接器，含有一個控制電磁閥來調(diào)節(jié)液壓油向液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流動，而作用位置是凸輪而不是常規(guī)的凸輪從動件；液壓 油供應(yīng)來自于搖桿軸上的孔隙。動力輸出條件下電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞鎖定在橋接器上，使得排氣閥門跟隨凸輪完成正常四沖程運動。當(dāng)需要制動的時候，電磁 閥開啟并與橋接器上執(zhí)行機(jī)構(gòu)脫離，排氣閥門依然處于關(guān)閉狀態(tài)，直到氣缸活塞到達(dá)上止點位置。因為凸輪正常運轉(zhuǎn)，而橋接器無法改變排氣閥舉升高度和時間長 短，所以制動效應(yīng)不會給發(fā)動機(jī)做功過程完整性造成麻煩。

大排量發(fā)動機(jī)可以提供更出色的制動效果，但近些年來發(fā)動機(jī)降低尺寸和排量是行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，因此發(fā)動機(jī)制動效果也受到一些影響。與此同時，由于引入了空 氣動力學(xué)特性更優(yōu)的車輛設(shè)計、低滾動阻力輪胎和更低摩擦損失的傳統(tǒng)系統(tǒng)，行車阻尼也進(jìn)一步降低。換句話說，現(xiàn)在重載汽車的自身減速效果降低，而且車輛總重 有所增加，加大了運動慣性。

安裝在直線型六缸發(fā)動機(jī)進(jìn)氣和排氣閥門機(jī)構(gòu)上的制動系統(tǒng)元件

Jacobs 數(shù)據(jù)顯示，隨著發(fā)動機(jī)設(shè)計和發(fā)動機(jī)制動設(shè)計的不斷升級，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘條件下，壓縮釋放式發(fā)動機(jī)制動效果從上世紀(jì)六十年代的8千瓦/升提 高到九十年代的20千瓦/升。在此期間重載柴油發(fā)動機(jī)從機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)發(fā)展到了雙凸輪軸設(shè)計，發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)通過一個專用凸輪集成到了氣門機(jī)構(gòu)中。

雖然發(fā)動機(jī)制動設(shè)計效果顯著，但是增加的車輛總重、車輛較低的滾動阻力和低排量發(fā)動機(jī)都要求更強(qiáng)的輔助制動功率，Jacobs的解決方案是高功率密度HPD 發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)。在高功率密度發(fā)動機(jī)制系統(tǒng)中，橋接器、控制閥和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)都與常規(guī)裝置系統(tǒng)，共同應(yīng)用到進(jìn)氣凸輪。驅(qū)動階段發(fā)動機(jī)保持四沖程模式，制動 階段發(fā)動機(jī)切換到兩沖程模式，從而制動沖程的數(shù)量加倍。Jacobs解決方案能夠更高效地利用渦輪增壓器，控制其最優(yōu)化制動充壓效果。

高功率密度發(fā)動機(jī)制動技術(shù)系統(tǒng)化地控制進(jìn)氣閥門、排氣閥門和渦輪增壓器，所有元件都需要考慮在內(nèi)。對于雙進(jìn)氣閥門設(shè)計，系統(tǒng)能夠獲得更大的空氣入流量，這時使用雙壓縮釋放理念，可以更高效地利用氣流完成制動。創(chuàng)新系統(tǒng)把發(fā)動機(jī)1500轉(zhuǎn)/分鐘下的制動功率提高到28千瓦/升，2200轉(zhuǎn)/分鐘達(dá)到最大制動功率37千瓦/升。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速處在1400轉(zhuǎn)/分鐘到2100轉(zhuǎn)/分鐘之間，Jacobs高功率密度系統(tǒng)的制動性能表現(xiàn)是傳統(tǒng)壓縮釋放設(shè)備的1.5倍。例如13升發(fā)動機(jī)，Jacobs聲稱1300轉(zhuǎn)/分鐘下制動扭矩2000牛米，2500轉(zhuǎn)/分鐘下制動功率611千瓦。

應(yīng)用到梅賽德斯奔馳Actros展示貨車上，發(fā)動機(jī)1500轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下制動功率370千瓦。Jacobs公布整套高功率密度發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)重量約為12千克，比常規(guī)液壓阻尼系統(tǒng)150千克的重量明顯降低。所有額外產(chǎn)生的熱量通過排氣系統(tǒng)消散，另外可以幫助柴油顆粒過濾器保持合適的工作溫度。Jacobs使用了兩輛展示車，自身重量加上貨物總重40噸，搭載了13升直線型六缸發(fā)動機(jī)。其中一輛裝配了傳統(tǒng)壓縮釋放式制動系統(tǒng)，另一輛使用了高功率密度系統(tǒng)，測試地點選在英國Millbrook試驗場的山地道路，因為其中有一段下山路坡度達(dá)到26%，所以很少為重載貨車開放。

常規(guī)壓縮釋放式制動系統(tǒng)和高功率密度系統(tǒng)性能對比

裝配傳統(tǒng)壓縮釋放式制動系統(tǒng)的貨車可以成功應(yīng)對26%的下坡度，不過需要額外操控基礎(chǔ)剎車系統(tǒng)進(jìn)行配合。使用高功率密度系統(tǒng)的貨車可控性更強(qiáng)，發(fā)動機(jī)制動更早介入，整個下坡過程都不需要應(yīng)用基礎(chǔ)剎車系統(tǒng)。使用高功率密度系統(tǒng)的貨車安裝了一款電位器來控制渦輪增壓器，因為其在發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速狀況下增壓延遲大、效果不明顯。