摘要：牵引车和半挂车组成了牵引列车，其制动性能主要表现在以下两个方面：1、常规制动情况下的制动能量的分配；2、紧急制动情况下的车辆姿态的稳定。制动能量合理分配的具体表现就是列车所有车轮制动器温升的平衡，如果由于个别车轮温升过高造成制动热衰退，紧急制动时就会出现牵引列车的推头或甩尾。针对国内推广甩挂运输的趋势，在工作实践中对主挂制动协调性进行了长期研究与探索致力于摸索出一种科学的理论依据与评测方法。

关键词：主挂制动协调性；制动强度；制动能量；热衰退；挂接力控制系统CFC（CouplingForceControlsystem）；制动响应时间；制动兼容性范围带一、甩挂运输背景甩挂运输是指牵引车按照预定的运行计划，在货物装卸作业点甩下所拖挂车，挂接另外挂车继续运行的运输组织方式。与传统运输方式相比，甩挂运输具有以下明显优势：（1）减少装卸等待时间，加速牵引车周转，提高运输效率和劳动生产率；（2）减少车辆空驶和无效运输，降低能耗和废气排放；（3）节省货物仓储设施，方便货主，可减少百分之40左右的成本。甩挂运输在国际上得到了广泛的推广应用。在欧州，牵引车和半挂车组成的拖挂比约为1：3，新加坡由于特殊的地理位置此比例高达1：8。我国甩挂运输起步较晚，拖挂比较低，约为1：1.2。道路货物运输仍然以普通单体货车或者是定挂牵引列车为主，与节能减排和发展现代物流的要求不相适应。其主要原因是行业主管部门职责分工不够明确，形成了‘九龙治水’的局面，牵引车和挂车是由不同的汽车制造商生产的，各自都有自己的技术路线，主挂车制动协调性的法规及检测手段也处于缺失状态。业内专家对此有以下普遍共识：汽车列车的制动效能较差，其中汽车列车的制动协调性最差，现行法规内容也有冲突，尚未形成科学合理的法规体系。为此，交通部连续出台了系列行业标准，力图改进目前标准落后的现状，如：JT/T-《道路甩挂运输车辆技术要求》、JT/T.1-《营运货车安全技术条件第1部分：载货汽车》、JT/T.2-《营运货车安全技术条件第2部分：牵引车辆与挂车》。国际上，普遍采用ECER13（UNR13）《关于M、N、O类机动车制动的统一规定》作为主挂制动协调性的法规基础。GB-《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》是参照年生效的ECER系列修订生效的。GB是商用车制动标准的核心和基础，其它与制动相关的标准与技术要求是其内容的延伸和细化。ECER13和GB均明确了其目标与意义在于:（1）定义了适用于每个车辆的性能要求；（2）定义了牵引车与挂车之间的接口；（3）重性能，轻结构，鼓励新技术的应用而不是限制设计；二、制动强度的原理介绍商用车多采用气压制动，司机通过制动踏板促动制动总阀，总阀按照司机意图线性输出不同大小的气压去推动制动气室，气室通过机械机构压紧摩擦片和制动鼓产生阻止车轮旋转的摩擦力，这个摩擦力就是车轮制动力T。车轮载荷垂直作用于地面上，与不同附着系数的路面，会形成地面反力P。

制动时，当车轮制动力大于地面反力时，车轮会抱死并在路面上拖滑，此时ABS应介入调节；车轮制动力小于地面反力时，车轮线速度低于车身速度，其差异叫做车轮滑移率WSS（Ｗheel-ＳpeedＳlip），这个车轮滑移率是评价和控制主车车轴之间以及主挂之间制动力分配的重要参数。

上图为制动时车轮受力简图

车轮制动力（T）的影响因素：控制气压、气室型号、调整臂长度、摩擦片的摩擦系数地面反力（P）的影响因素：车轮载荷（这里的载荷指制动时轴荷转移后的动载荷）、　路面附着系数制动强度（brake　rate）是指制动时，车轮制动力T与地面反力P的比值。

在制动强度的影响因素中，车轮端的制动气压应该是体现司机意图的线性控制参数，制动器摩擦片的摩擦系数是摩擦片的特征参数，其热衰退的负面特性对制动的稳定性影响很大；车轮的动载荷与减速度的大小及车辆重心高度及悬架型式有关，制动过程中，路面附着系数也是个不可控变量。由此，制动强度是受制动器温度及路面附着系数等综合因素影响的变量，制动过程属于开环控制，这也是主挂制动协调的复杂性所在。

三、主挂制动协调性的目标与法规要求１、主挂制动协调性的目标：牵引车和挂车制动强度相等（TM/PM=TR/PR），主挂车各自制动各自的‘重量’，这里的‘重量’是指制动进行时轴荷转移后的‘动态重量’。这里制动强度也应考虑制动器温升的影响。

对全挂车而言，理想的制动协调性　

D＝０

对半挂车而言，理想的制动协调性

D＝Ps＊减速度

Ps＝半挂车作用在牵引车上的垂直载荷

TM/PM=牵引车制动强度；（TM：牵引车所有车轮周缘上的制动力之和；PM：路面对牵引车所有车轮的静态法向反力之和）TR/PR=挂车或半挂车制动强度；（TR：挂车所有车轮周缘的制动力之和；PR：路面对挂车所有车轮的醉在法向反力之和）D=作用在挂接装置上的推力（拉力取正值，推力取负值)

如上图所示，随着制动强度的增大，前轴的‘动态重量’增大，后轴的减少。有资料表明，在六轴（６×４主车＋３轴挂车）的牵引列车上，前轴制动器对总制动效率的贡献率超过25％，在欧洲新车型上，前桥制动器（或制动盘）尺寸大于后桥的趋势也越来越明显。２、法规对主挂制动协调性要求ECER13附录10（GB-　附录E）要求：牵引车和挂车的制动强度均位于‘兼容性范围带’内。只有这样，主挂车制动才是‘协调的’。　

ECER13附录６（GB-　附录B）要求：响应时间要求确保主挂车所有轴之间的制动力同步，以保证良好的制动稳定性。所有的车轴都应该同时制动，以达到最佳制动效果；挂车可以先制动，这种可以“拉伸”的组合，有助于防止出现折叠现象。

３、兼容性范围带及响应时间的测试方法利用转鼓试验台进行‘兼容性范围带’测绘。利用转鼓试验台测轴荷及制动力：

Pｍ＝挂车控制管路压力，也叫基准制动力（支起车轮，用手不能转动车轮时的气压）

响应时间测试设备及要求：

对于挂车，从模拟装置向控制管路提供压力达到0.65MPa时起至挂车制动气室中的压力达到其稳态值的75％时所经历的时间≤0.4s。

主车响应时间测试设备挂车响应时间测试设备

四、主挂制动协调性解读从能量角度来看，制动能量就是降低车速所消耗的车辆动能，减速制动过程就是将动能转换为热能的过程。制动‘兼容性范围带’保证了主、挂车之间制动器的制动能量平衡，避免热衰退。制动响应时间的要求保证了主、挂车在紧急制动时的稳定性（主挂车均须安装ABS）。

法规在制动兼容性及响应时间的要求，主要是针对主挂制动协调性的以下两方面的情况：

正常制动情况下（比如＜2m/s），制动能量的平衡

紧急制动情况下（比如＞4m/s），主挂车的稳定性

１、制动能量平衡的目的在于均衡所有车轮制动器温升，避免出现热衰退

温度对效率和磨损的影响

随着摩擦片温度的上升，摩擦系数会逐渐降低，达到‘衰退温度’后，摩擦系数急剧下降，产生严重的热衰退；

随着摩擦片温度的上升，摩擦片的磨损量也会逐渐加大，达到‘衰退温度’后，摩擦片碳化现象会加剧；

‘衰退温度’拐点与摩擦片的成分有关，鼓式制动器的此值一般在-℃之间

制动温度对主、挂车磨损的影响

制动温度对列车磨损的影响

上图所示，制动器温度升高会导致制动器热衰退，同时制动蹄片磨损加剧。正常制动下制动能量的分配，是主、挂制动协调性的关键因素。通过设计、试验合格的车辆，制动强度在‘协调性范围带’内，可以避免主、挂车制动器温度过高而产生热衰退，同时所有车轮的蹄片磨损也保持在合理范围内。２、响应时间的要求，保证了紧急制动情况下，主挂车的稳定性

主挂制动强度一致，磨损和发热同样很小，列车制动时笔直且稳定。

3、制动协调性总结：‘兼容性范围带’(准静态制动分配)+响应时间(动态响应)+ABS(在所有工况下稳定的性能（鲁棒性　robustness）=主挂制动协调五、挂接力控制系统CouplingForceControlsystem（CFC）挂接力控制系统是一种自动平衡牵引车和挂车制动强度的系统（功能）。与ABS只能在制动时车轮出现抱死才介入的控制原理不同，EBS可以参照车轮滑移率信息WSS（Wheel-SpeedSlip）主动控制轮端制动器的气压，优化制动力分配BFD（BrakeForceDistribution）。因此，主挂车均安装EBS并实现通讯，可以认为是闭环的控制过程，并能实现最优化的挂接力控制。主挂车EBS通讯协议为ISO。推荐甩挂运输的主挂都安装EBS，这样的列车组合具用以下优势：

通过主挂之间快速的CAN通信，降低了制动距离和提高了响应时间；

基于ESC，给主挂整体匹配带来最好稳定性控制；

通过轮速进行挂接力控制来实现最优化的挂接力控制；

通过EBS的制动管理功能，集成缓速器控制，降低摩擦片的磨损；

可以将更多的信息传输到牵引车仪表上（例如：挂车胎压、挂车制动系统压力、挂车摩擦片磨损、报警灯、稳定干预、挂接力控制时的轮速等）

挂接力控制原理

　以牵引车前轴为基准，调节后轴的制动压力，使得前后轴速度差为0，牵引车前后轴的制动强度相同

　调节握手阀的压力，使得挂车和牵引车前轴的速度差为0，主挂车制动强度相同

备注：挂车需要装配感载阀

六、目前市场现状

长期以来，在‘多拉快跑’的大背景下，主挂的制动协调性没有引起足够的重视，由超载带来的‘制动力不足恐惧症’短时间内难以消除。下面就实际工作中遇到的以下两个方面的问题为例做个解释：1、主、挂车气压。各车辆主管部门唯恐制动力不足，以GB-《机动车运行安全技术条件》为代表的强制性法规要求提高主车的系统气压到10bar，出于法规与国际接轨的考虑，挂车系统压力维持在8.5bar不变。主车气压提高了挂车气压不变，从维持制动强度不变的角度来考虑，主车的制动气室应做相应减小。如果牵引车生产厂家不做制动力匹配，带来的后果就是主车制动强度过大，主车制动摩擦片磨损过快，制动时‘推头’。对定挂运输的列车,为了避免推头造成的危险，司机只能解除主车前桥制动来减小主车制动强度或者通过改装挂车制动系统来加大挂车的制动强度，一般会改装非线性输出的‘刹车大王’，这样的挂车容易热衰退，在紧急制动时刹车失效。

建压过程

曲线定义与上图相同；

　标准的挂车ABS是4S/2M，采用的是低选侧控的控制逻辑。ABS传感器装在1、3轴上，左右两侧各由一个电磁阀控制，如果有车轮制动抱死，同一侧的制动气室均释放气压，避免车轮抱死；

背景：主挂车均为EBS，主车三轴均为盘刹，挂车两轴均为鼓刹。司机反应平时制动可以，偶尔紧急制动无刹车。

《半挂车互换性参数对甩挂运输的影响》---谢良富程军