论文总字数：14567字

摘 要

为探讨发动机制动与行车制动系联合制动时对车辆制动稳定性的影响，在分析了发动机制动的基本原理基础上，建立了发动机制动与行车制动系复合制动时的利用附着系数数学建模。以一辆装备3.0L排量六缸六冲程发动机的大型汽车为例，分别对该车在满载和空载工况下对不同档位的联合制动稳定性进行了仿真分析，结果表明，随着发动机制动力的增大，变速器档位的降低，联合制动时的车辆稳定性变差。

关键词：发动机；辅助制动；复合制动

Stability Analysis Of Braking System Combined With Braking System Of A Large Automobile Engine

Abstract

In order to investigate the influence of the braking system combined with the braking system on the braking stability of the vehicle，on the basis of the analysis of the basic principle of the engine braking，the mathematical modeling of the adhesion coefficient is established for the braking system of the engine and the braking system。Take a large car with a 3.0L six cylinder six stroke engine as an example，on the car in full load and no-load conditions on the brake stability of different gears are simulated and analyzed ，results show，with the increase of the dynamic mechanism，transmission gear reduction，the vehicle stability becomes worse when the combined braking。

Key Words:Engine;Auxiliary Braking;Composite Braking

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 发动机制动的研究现状 1

1.2 本课题的研究意义 2

1.3 本课题主要研究内容 2

第二章 发动机制动的基本原理 3

2.1 发动机制动原理 3

2.2 发动机制动技术对车辆的影响 4

第三章 复合制动利用附着系数数学模型 6

3.1 发动机制动力数学模型 6

3.1.1 发动机制动力矩 6

3.1.2 发动机制动力矩转化为驱动轮上的制动力 6

3.1.3 汽车下坡稳定速度和坡度的关系 7

3.2 复合制动利用附着系数数学模型 8

3.2.1 ECE R13法规 8

3.2.2 复合制动利用附着系数模型 8

第四章 实例分析 10

4.1 大型汽车参数 10

4.2 复合制动时各个档位的稳定性比较 10

4.2.1 满载时Ⅰ挡和Ⅱ挡的比较 10

4.2.2 空载时Ⅰ挡和Ⅱ挡的比较 11

4.2.3 满载时Ⅲ挡和Ⅳ挡的比较 11

4.2.4 空载时Ⅲ挡和Ⅳ挡的比较 12

4.3 结论 12

致谢 14

参考文献 15

附录 16

第一章 引言

1.1 发动机制动的研究现状

在我国，大型汽车是自身装备了动力装置驱动，不依靠轨道或者架线而在地面行驶的车辆。汽车常常被用作装载客或装载货等，但有时候需要去完成一些特别的任务，比如为农业使用，这时可能需要对车辆进行改装或者是安装一些特定的部件。因此现在车辆使用的范围越来越广泛，不管是生活中还是工作中，我们也更应该要注意到行车的安全，在保证大型汽车的平均行驶速度的前提下，尽可能提高车辆的制动安全性，保证人们出行安全问题，提高生产工作的效率。

人们在生活中很多地方都需要用到发动机制动，我们许多人对发动机制动的原理以及制动的过程进行了研究分析，想尽各种方法去提高车辆制动的能力，提高制动功率，使发动机制动工作时发出的功率与发动机燃烧工作时发出的功率差不多一样，甚至发动机制动发出的功率要比发动机正常燃烧工作时发出的功率还要大，使得发动机制动更具有稳定性。在国内，陆中华等人研究重型汽车液力缓速器制动性能的仿真分析，建立了行车制动器、液力缓速器和整车的数学模型,采用MATLAB软件分析建立了大型汽车发动机制动性能的仿真数学模型，但是没有进行进一步深入的研究^[1]。李玉生则对重型汽车发动机排气辅助制动效能进行分析研究，对重型汽车发动机排气辅助制动过程、特性、效能及其评价指标进行分析研究，提出合理使用排气制动以及改进其效能的技术措施^[2]。董颖等人则指出了汽车发动机制动技术的研究与展望，通过对发动机缓速器工作过程的分析，给出了实现发动机制动性能最优化的方案，提出了实现发动机制动的新结构方案，指出了发动机制动技术今后的发展方向^[3]。但以上方案均没有考虑到发动机制动与行车制动系的联合制动，只是单纯的研究了发动机制动。为此，何仁等人提出汽车联合制动系统的性能仿真分析，联合制动系统,在紧急制动时,能够很大的缩短制动距离,大大的提高汽车的制动效能；在非紧急制动时,缓速器消耗了汽车的绝大部分运动热能，减小了主制动器的制动负荷,减少其磨损；在一定坡度的坡道上持续制动时,能够让汽车以稳定的车速安全行驶^[4]。余强对汽车下坡持续制动性能研究，对发动机制动与行车制动联合作用的持续制动方式进行探讨和研究，但只是对汽车在下连续长坡时的持续制动进行了研究，没有在对课题进行更大范围的研究^[5]。余强等人研究了发动机制动与排气制动对客车制动的稳定性影响利用道路试验和理论分析的方法研究了发动机制动、排气制动工作时，对客车前、后桥的制动力分配比和制动稳定性的影响，得出了持续制动系统的工作将使汽车的制动特性和稳定性发生很大的改变，但没有对其他重型汽车的制动稳定性进行分析^[6]。赵国柱等人研究了缓速器与行车制动系复合制动稳定性，在发动机制动时提出了缓速器对汽车发动机制动稳定性的影响，建立了缓速器与行车制动系复合制动的利用附着系数数学模型，定量评价了缓速器对车辆制动稳定性的影响仿真结果表明复合制动性能稳定性得到了明显提高，但未进行实践论证^[7]。赵迎生等人提出了利用电涡流缓速器调节车辆制动稳定性将电涡流缓速器的力矩输出进行适当的控制并施加在后轮上,与后轮上制动器制动力共同形成了复合制动力，改善了汽车的制动稳定性。但只是研究了电涡流的缓速器没有对其他缓速器进行研究^[8]。所以就不同载荷率不同档位下，大型汽车制动力分配比如何进一步优化设计进行研究，从而使得大型汽车的制动力分配比在不同载荷不同档位下能取得一个最优值。本课题以ECE R13 法规为准则，来评价某大型汽车发动机制动与行车制动系联合制动对汽车发动机制动的稳定性的影响，分析研究发动机制动处于不同档位不同载荷时，汽车发动机制动与行车制动系复合制动对制动稳定性的影响。

1.2 本课题的研究意义

发动机制动效能和发动机制动方向稳定性是分析研究车辆制动性能的两个重要方面。为了提高大型车辆行车制动的安全性、稳定性，应该尽量避免车辆制动时侧滑、跑偏和刹不住车等不稳定情况的发生，特别是要避免后轮先抱死这种情况的发生。无论是从制动法规要求出发，还是从生活实际应用要求出发，都应该考虑到发动机制动对车辆制动稳定性和车辆制动效能的影响。对于后轮驱动的车辆，发动机制动产生的制动力矩作用在车辆后轮上，导致了后轮先抱死这种情况的出现。但发动机制动将对车辆前、后轮的制动力的分配比产生了很大影响，致使前后轮制动力分配曲线发生改变，因此研究分析车辆发动机制动与行车制动系联合制动的稳定性，可以大大提高大型汽车的制动稳定性，提高车辆制动安全性，具有重要意义。

1.3 本课题主要研究内容

为了分析车辆制动稳定性，建立了发动机制动与行车制动系复合制动时的利用附着系数数学模型，利用MATLAB仿真编程语言进行编程，利用这个数学模型，根据车辆ECE R13法规对大型汽车发动机制动与行车制动系复合制动稳定性进行研究分析，按照广义制动力分配曲线、广义I曲线与汽车行车制动系制动力分配线位置关系，以ECE R13法规作为分析约束条件时正确选择变速器档位。分析变速器处于不同档位不同载荷时，汽车发动机制动与行车制动系复合制动对制动稳定性的影响。

第二章 发动机制动的基本原理

2.1 发动机制动原理

汽车发动机制动是利用发动机的牵阻作用减慢车速，发动机制动是利用汽车发动机做功产生的制动力对驱动轮形成的制动作用。车辆发动机制动是驾驶员脚松开油门踏板，利用汽车发动机中的压缩行程做功产生的制动阻力，作用在驱动轮上对大型车辆进行减速制动作用。利用发动机制动有助于大型车辆的减速和速度控制。正常行驶的车辆需要降低速度或者停车时，缓慢松开油门，离合器处于接合状态下，通过车辆的驱动轮带动发动机内曲轴的不停旋转，让车辆保持继续行驶的能力。这个时候，车辆在行车的惯性力作用下将行驶动能转化为热能，一部分能量被消耗在发动机的进气、排气以及压缩等过程中，另一部分能量被消耗在对发电机、空气压缩机、油泵和水泵等器件的驱动。发动机的每个部件所产生的阻碍曲轴旋转的阻力矩，就是对驱动轮产生的制动力矩。它将经过传动系统放大后，传递给驱动轮，迫使汽车降低速度或停车。

发动机在制动过程中，由车辆发动机运转，利用摩擦损失和泵气损失，通过调整发动机的工作过程可以得到压缩功损失，从而实现发动机的制动效果。虽然不同类型的发动机制动结构不同，具体的工作过程也有很大不同，但它主要的工作原理是相同的。在图1中，方框部分是一个调整发动机正常工作的过程。首先，将进气冲程中进气阀打开，活塞向下移动，新鲜的空气进入气缸内；然后是压缩冲程，活塞向上移动，压缩气缸内的空气；下一个过程是特有的发动机制动的工作，通过液压机构部件，在活塞到达压缩的上止点前的一定角度，打开排气阀，使得气缸内被压缩的高压气体快速的被释放出去，以减少气缸内的压力，从而在下一个发动机做功冲程开始以后，因为发动机气缸内压力相对较低,导致对外做功较小，最后，气缸排气阀开启，活塞向上移动，完成排气全行程。这样在压缩冲程和进气冲程中，发动机对充量做功；但在做功冲程中，因为高压气体的快速释放，导致充量对发动机做功非常小；在排气冲程中，发动机对充量做功，从而达到提高发动机制动功率的效果。通过增加气缸进气量，提高排气背压，准确的控制气缸进气阀和排气阀的开启时间，可以使发动机制动性能达到最大的效果。

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