制动失效状态分析及试验模拟

1、制动失效状态分析及试验模拟金约夫 王 兆（中国汽车技术研究中心 天津 300162）摘要：行车制动失效后的性能要求和失效试验在ECE 制动法规体系中占据了重要地位， 也是汽车制动试验的重点和难点。本文从制动系统的定义出发，比较分析能源失效和部件 失效的技术要求，对各类制动系失效后果及试验模拟进行了全面阐述。作为国际汽车技术法规协调的重要成果，ECE R13-H 在世界上许多国家得到日益广泛的应用，逐渐取代ECE R13成为乘用车制动系统型式认证的主要依据。目前，全国汽车标准化技术委员会正根据R13-H 制定中国的乘用车制动标准。准确理解R13-H 的技术内容，并根据中国乘用车技术和产品现状等进

2、行适当的取舍修改，使标准符合我国国情，提高中国乘用车的技术水平和竞争力是标准制定过程中面临的一项重大课题。本文尝试以R13-H 为基础，参照ISO 6597以及VCA 等检测机构的试验方法，对各类行车制动失效对应的车辆状态、失效原因、模拟要求等作探讨性介绍。注：R13-H 条款号用标注。1 相关定义1.1 按供能方式分类的行车制动系根据供能方式的不同，GB/T 5620（ISO 611）将制动系分为人力制动系、助力制动系、动力制动系、惯性制动系、重力制动系和弹簧制动系等。其中，人力制动系、助力制动系和动力制动系等三种形式可用作行车制动系，如图1所示。产生制动力所需的能仅由驾驶员的体力提供。产生

3、制动力所需的能是由一个或多个供能装置（不包括驾驶员的体力）提供。例如，气制动系、液压动力制动系、气顶液制动系。注：本定义不包括在供能失效情况下，驾驶员依靠作用在本系统上的操纵力也能增加制动力的制动系。1.2 具有储能的液压制动装备在R13-H 中专门提到了具有储能的液压制动装备，即由存储在储能器中的压力液体供能的制动装备，压力液体由具有限压装置的液压泵供给，限压值由制造商规定。此处将储能限定为液压，因此，R13-H 所指的液压制动系是指全动力液压制动系。 1.3 传输装置传输装置是指处于控制装置和制动器之间并使二者实现功能连接的零部件组合。传输装置可为机械式、液压式、气压式、电力式或混合式。制

4、动力由驾驶员体力以外的能源提供或助力时，应将储能器视为传输装置的一部分。2 总体要求连接杆件、制动气室、轮缸及其活塞、制动臂及凸轮轴总成等法规规定不易失效的零部件以外的任何零部件发生断裂或行车制动系发生其它任何失效 （失灵、储存的能量部分或全部泄露），未受失效影 响的那部分行车制动系必须能按应急制动的要求使车辆停住。这是R13-H 关于行车制动失效最为概括、最为根本的要求，对行车制动系可能发生的失效和失效后应达到的性能要求作了总体上的说明。在本条款的涵盖下，行车制动系失效包括管路断裂、真空泵/液压泵/空压机失效、管路失效导致储能泄露等原因造成的能量失效和部件失效。 3 能量失效 3.1 助力制

5、动系根据GB/T5620按供能方式对制动系的分类，可以判断，本条款的规定不适用于动力制动系和人力综合法规的要求，可以将助力制动系分为两类。其中一类，在制动系没有任何能量存储的情况下，仅靠驾驶员体力操纵行车制动控制装置就能保证规定的应急制动；可认为其传输装置只需一个储能器即可，且不必要求储能装置具有规定的容量；对此，可进一步理解为法规对储能器的个数和存储容量没有任何要求。对该类车辆，在进行试验模拟时必须考虑制动系统发生失效导致助力作用完全丧失这一最恶劣情形。而另一类助力制动系仅靠驾驶员体力无法达到规定的应急制动，必须借助储能方可实现；根据法规要求，该类系统须安装两个或两个以上、满足一定容量要求的

6、储能装置，在试验时必须对其存储容量进行检查，如图2所示。 3.2 动力制动系制动系，而是针对助力制动系的储能器个数的规定。 当制动系传输装置（包括储能器）任何部分失效时，应继续向未受失效影响的部分供能，确保以规定的应急制动效能使车辆停驶。该条件必须以自动方式或利用在车辆静止时易于启动的装置来实现。显而易见，对采用双能源-双储能器构成双供能回路的助力系统/动力系统，当其中一条回路发生失效（无论是管路失效还是能源失效）时，另外一条管路仍然能够持续供能，从而确保车辆达到规定的应急制动性能。对采用单能源-双储能器的助力系统/动力系统，可通过安装多回路压力保护阀等装置构成两个分立回路来实现双回路的功能，

7、使每个回路独立工作、互不影响，确保在能源工作正常的情况下，从而能够在其中一条分立回路失效时满足继续供能的要求。只有一个能源（真空泵/空压机/液压泵）且未根据GB/T 5620，制动能源是指供能装置中产生能量的部分。除驾驶员体力以外，行车制动所需的能量主要有三种形式：即空压机产生的气压能、液压泵产生的液压能和真空泵产生的真空，对汽油车，还可以直接利用发动机真空作为能量。尽管R13-H 规定液压泵、空气压缩机和真空泵等产生能源的装置的驱动方式是可靠的。但鉴于能源对车辆制动性能的重要性，法规仍然对液压泵失效后的供能情况进行检查，要求动力制动系和不依靠储能就无法满足应急制动性能的助力制动系，除满足继续

8、供能的要求外，进行能耗试验，通过模拟能源失效对储能器的存储容量进行检查。此外，法规附件4-1.2还对具有能量存储的液压制动系作了进一步规定：从符合制造商规定但不超过开启压力的压力开始，在不给储能装置补充能量的情况下，对行车制动进行8次全行程促动后，在进行第9次制动时仍能达到规定的应急制动性能。 4 部件失效 4.1 ABS 失效附件6-4.2规定：只影响防抱制动功能的单个电路功能失效时，行车制动性能不得低于发动机脱开的0-型试验规定性能的80%，其对应的制动距离为0.1V+0.0075V2(m，充分发出的平均减速度为5.15m/s2。附件6-4.1对ABS 失效的类型作了明确的规定，即影响到系

9、统功能和性能要求的电路故障和传感器工作不正常，包括供电电路、控制其外电路、控制器和调节器失效。在ABS 系统中，阀体常开或常闭是一种较为罕见但非常恶劣的失效条件。但法规对此未作进一步规定。原因有二，一是在其范畴内阀体属于不易失效部件，二是阀体失效所导致的后果与管路失效相同。 4.2 制动力分配系统失效当通过专门装置（如由车辆悬架机械控制）满足制动力分配要求时，在该装置控制系统失效（如控制连接断开）时，在发动机脱开的0型试验条件下仍能以不超过0.1V+ 0.0100V 2（m ）的制动距离和不低于3.86m/s2充分发出的平均减速度使车辆停驶。根据VCA 和ISO 标准对制动力分配系统失效的规定

10、，所谓制动力分配系统包括感载阀、减压阀、比例阀、惯性阀（也称G 阀）以及融合多种功能的组合阀（如感载比例阀），也包括电子制动力分配系统（EBD ）。值得注意的是，制动力分配系统失效将导致制动压力调节功能丧失，改变制动力在前后车轴以及左右车轮的分配情况，影响车辆的制动稳定性。同时，鉴于车辆空载和满载条件下的轴荷分配不同，受制动力分配系统的影响也不同，因此，通常需要在空载和满载条件下分别进行试验。 5 失效报警5.1 报警信号的一般要求色光学报警信号和声学报警信号三种，其工作条件也不相同：红色报警信号用于指示导致无法达到规定的行车制动性能或使两条独立行车制动回路中的至少一条无法工作的制动装备失效；声学报警信号可用于传输装置失效后无法继续供能但可以满足能耗试验要求的车辆，声学报警信号不得在光学信号之前报警。 5.2 报警信号的工作条件的一条回路失效，使失效回路的管路压力在整个试 验过程中保持为零，具体可采用下列作法。a ）可通过“失效阀”使阀控回路与储液罐一条回路相开通（ISO 、VCA 方法），如图3所示。b ）在一条回路中安装截止阀使制动器与主缸部分断开。应在行车制动控制装置松开至少1s 后关闭截止阀（ISO 方法）