发动机泄气制动过程数值模拟及其性能优化研究

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1、发动机泄气制动过程数值模拟及其性能优化研究1．1课题研究背景第1章绪论随着经济的高速发展，道路条件得到了极大改善，汽车技术也得到了极大发展，汽车技术的发展和道路条件的改善，使得现代汽车的功率越来越大，汽车行驶速度也越来越快，而汽车的运行阻力变得越来越小以及车辆内部的摩擦损失大大降低，这些因素使得车辆在行驶过程中自身的减速能力大大降低；同时，由于车辆大型化及载重量的增加，使得整车总质量增加，仅仅依靠汽车自身的主制动系统已经不能满足车辆高速度重载荷条件下的制动需求；另一方面，随着我国的汽车保有量的急剧增加，道

2、路的行车密度越来越大，导致因缺少高效的制动系统而引发的交通事故不断增加，我国每年交通事故都超过30万起，这其中因为刹车失灵造成的事故就占到了三成左右。汽车在复杂路段行驶时，频繁使用制动器而使温度急剧升高，并产生热衰退，是致使制动系统失去制动效能的主要原因。刹车的高温会导致刹车鼓龟裂而失去应有的强度，在长下坡时将刹车鼓刹裂而导致的交通事故屡见不鲜，刹车高温向轮毂传递而使出现爆胎的事故也经常发生。汽车在山区道路上下坡行驶时，制动系统将消耗自身的势能和动能，将之转化为热能从而控制速度来稳定行驶，而主制动系统在很

3、短时间内能够产生很大的制动功率，如果汽车主制动系统长时间工作，自身产生的大量热量不能及时传递出去，将使得制动器的温度急剧升高，并产生热衰退，致使制动系统的制动功率逐渐下降，因此，在长下坡路段主制动器常常不能满足汽车制动的要求。事实上，在现代汽车特别是大型商用车连续下坡行驶时的制动工作应该主要由发动机辅助制动器来承担，因为，虽然在短时间内辅助制动的制动功率要比主制动器的制动功率要小很多，然而，辅助制动系统能在连续长下坡的长时间内都保持这一制动功率不变或者能够基本保持这一功率大小，因此，发动机辅助制动器能在整

4、个下坡过程中满足汽车长时间都需要这样大的功率的要求。为了保证汽车行驶的安全性能，必须要在商用车特别是大型商用车上增加辅助制动器，世界上许多国家(例如德国、法国和瑞士等)的交通法规已将辅助制动装置作为商用车的必备系统。对整车质量较大的商用汽车而言，虽然ABS、EBS等先进技术的采用大大提高了制动系统的可靠性，但制动器的温度过高和制动片的磨损仍然是困扰汽车制动系统的两大问题‘1-31。我国汽车保有量连年急剧增长，2012年我国汽车保有量超过1亿辆达到1．2亿辆，超过日本排在世界第二位，2013年我国汽车保有量

5、达到1．37亿辆，这使得我国道路行车密度越来越大，交通事故频繁，对行车安全性带来了极大挑战。图1．1为2004年至U2013年我国各年的汽车保有量。发动机泄气制动过程数值模拟及其性能优化研究^罄RV＼鹾漆廷桀《遵§2004200520062001200820092010201’20122013年份图1．1我国各年的汽车保有量并且我国地形复杂多变，山区陡坡以及较长距离的下坡十分常见，丘陵、山地和高原的面积就占全国土地总面积的69％，汽车在山区公路上行驶往往需要频繁的使用制动器，如果仅仅依靠传统制动器来进行制

6、动，会造成制动鼓以及制动片过热，从而降低制动效能甚至导致能力完全消失。汽车在下长坡时，因持续不断的制动，不仅会使刹车蹄片、刹车鼓过度磨损，还会产生大量的刹车粉尘，还会使制动能力发生热衰退而出现刹车失灵，引发交通事故。图1．2为制动摩擦片的平均磨损率随汽车制动器温度的变化曲线，从图中可以看出，当制动器温度超过2000C时，汽车制动器平均磨损率急剧上升，导致刹车的制动效果恶化严重，大大降低了车辆的安全性。为解决此问题，许多大型商用车常常采用喷水冷却的方法对刹车制动器进行降温，虽然此方法具有一定得降温效果，但是

7、存在一些自身的缺点，比如其可靠性不高，并且还会降低运输效率，而且这种方法也会造成道路湿滑，特别在气温比较低时会使道路结冰，这更增加了车辆行驶的危险性。发动机泄气制动过程数值模拟及其性能优化研究O卯1∞1∞2∞2∞3∞制动器温度／。c图1．2摩擦片平均磨损率随制动器温度的变化对于常在山区公路上行驶的现代汽车特别是大型商用车上装备除行车制动器外的辅助制动装置，大大保证了车辆的安全行驶和良好的制动性能，在不使用或少使用行车制动器的情况下，使车辆行驶速度降下来或保持稳定，延长制动系统寿命，它他的这种特性满足了汽车

8、连续下坡时及频繁进行不同强度制动或市内公共汽车频繁停车等情况下的持续制动需求，因此，在国外辅助制动系统像主制动系统一样已经得到了充分的重视。解决刹车热衰退问题的根本办法是使用发动机辅助制动器来辅助汽车进行减速制动，在发达国家，使用发动机制动来辅助汽车进行减速制动已成为强制性法规H。1。辅助制动系统能够降低车速或保持车速稳定，在很多的情况下可以不使用刹车而使用辅助制动器来降低汽车速度，发动机辅助制动虽然不能使汽车紧急制停，但能够