Broms- och reglerkarakteristika för elektriska påskjutsbromsar

Nr 331 e 1983 i Statens väg- och trafikinstitut (VTI) * 581 01 Linköping ISSN 0947-8049 $ National Road & Traffic Research Institute * S-581 01 Linköping * Sweden

Broms- och

reglerkaiakteristika för

3 3 l

elektriska påskjutsbromsar

Nr 331 0 1983 Statens vag- och trafikinstitut (VTI) 0 581 01 Linköping

ISSN 0347-6049 National Road 81 Traffic Research Institute 0 S-581 01 Linköping ° Sweden

Broms- och reglerkarakteristika för

3 3 1

elektriska påskiutsbromsar

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Sid

REFERAT I

1 BAKGRUND 1

2 .BESTÄMMELSER 2

2.1 Förslag till BCE-bestämmelser 2

Svenska bestämmelser 3

3 PROVNINGSOBJEKT 6

4 RESULTAT 8

5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 15

Broms- och reglerkarakteristika för elektriska

påskjuts-bromsar

av Peter Stål

Statens väg- och trafikinstitut 581 01 LINKÖPING

REFERAT

Denna undersökning avser att genom provning bestämma broms- och reglerkarakteristikan för de två typer av

elektriska påskjutsbromssystem som förekommer på den

svenska marknaden. Syftet är dels att få fram underlag för att kunna bedöma betydelsen av de skiljaktigheter som föreligger mellan svenska bestämmelser och ett för-slag till bestämmelser inom ECE:s reglemente nr 13,

bl a vad gäller tillåtna gränser för initierad och

stegreglerad bromskraft, och dess betydelse för broms-egenskaperna vid lågfriktion, dels de sistnämnda kra-vens berättigande för de system som förekommer på den svenska marknaden.

Provningarna omfattar två olika elektriska

påskjuts-bromssystem och har utförts i VTIs chassidynamometer. Förutom mätvärden från nämnda provningar omfattar re-sultaten även mätvärden från tidigare genomförda prov-ningar på väg.

Av resultaten för dessa båda system framgår att

till-åtna gränser för initierad respektive stegreglerad bromskraft enligt förslaget till ECE-bestämmelser är tekniskt sett omotiverade, då bromskraften för dessa

system startar från noll, och därefter ökar linjärt

som funktion av påskjutskraften.

BAKGRUND

Förslag i ECE-dokument TRANS/SCI/WP29/R.275 1982 för

elektriska bromssystem på släpvagnar omfattarbl a en lägsta retardationsnivå på 0.4 m/s2 vid vilken elbrom-sen elbrom-senast skall aktiveras. Tillåten initierad broms-verkan vid denna nivå kan ifrågasättas då det gäller dess konsekvenser för bromsegenskaper vid lågfriktions-underlag. Nämnda förslag omfattar dessutom nivåer för stegreglering av utvecklad bromskraft.

Motsvarande krav finns varken preciserade i de svenska

bestämmelserna om fordon TSV FS 1980:6, eller i be-stämmelser om bromsanordningar, F18-1969, annat än i form av krav på förspänningskraft för påskjutsbroms-system respektive krav på sambanden mellan manöver-spänning och retardation för elektriskt manövrerade

bromsar på släpvagnar.

På den svenska marknaden förekommer det i huvudsak

två olika typer av elektriska påskjutsbromssystem.

Dessa två typer omfattar totalt fem olika varianter, två boggiutföranden och tre enkelaxelutföranden. VTI ombads av trafiksäkerhetsverket att genom provning bestämma dessa båda typers broms- och reglerkarakte-ristika och därmed fastställa om ovan nämnda nivåer enligt BCE-förslaget är berättigade av konstruktiva skäl.

Eftersom variationen i utförande av respektive typ av system endast är betingat av systemets totalvikt, om-fattar provningen endast ett utförande av respektive typ, nämligen ett enkelaxelsystem (1200 kg) och ett boggiaxelsystem (2000 kg).

.1

BESTÄMMELSER

Förslag till BCE-bestämmelser

Förslag till bestämmelser för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar i ECE-reglementet omfattar bl a

krav på en lägsta retardationsnivå på 0.4 m/s2 vid

vilken bromssystemet senast skall träda i funktion. Tillåten initierad bromskraft vid denna

retardations-nivå är 10% vid totalvikt respektive 13% vid

tjänste-vikt.

Beträffande tillåtna gränser för stegreglering är dessa preciserade till att, bortsett från initialbromskraf-ten, den stegvisa ändringen av utvecklad bromskraft

inte får ske i större steg än 6% reSpektive 8% av

vagnens totalvikt respektive tjänstevikt. Dessutom gäller för vagnar, vars totalvikt är mindre än 1500 kg att första steget över initialbromskraften inte får vara större än 7% av dess totalvikt. Följande steg får ökas i etapper om 1%, dvs 2:a steget får vara högst 8%, 3:e steget 9% osv.

Förslaget till BCE-bestämmelser omfattar också krav såväl vad gäller en övre som en undre gräns för broms-kraften som funktion av retardationen. Dessutom är den undre gränsen uppdelad med avseende på enaxlade res-pektive fleraxlade system. Med enaxlade system avses

här även sådana fleraxliga system, vilkas inbördes

axelavstånd understiger 1 m.

Av figur 1 framgår sambandet mellan retardation och bromskraft enligt förslag till ECB-bestämmelser.

90 80 70 60 50

30

20

10 Bromskraft

_(%)

i 3 G Övre gräns 3 : '2 1 i A. 3I i: i I ? 3 i 2 _ . 3_ = _ e . ; undre gräns -. a i ' , , . 1 . . , i . ! L ' 'x . > > i . I å - . 1 v . A ' .' z '. . . _ g - . . 1! I -. * ' Ä '. . r >.- _\ '. v. ' ' . n t ' 4 ' . i a i 4 4 1 i - c 5 E : A r' 7 , x; - 1-w \ f 1 1 o

Q<5.9,50)§

.._..,...g-45

.6-.i : L 5 Retardation (m/SZ) \ , '1 M . . . _ -p m ww-»n n u. ut » 4 6

1. Bromskraft som funktion av retardation enligtförslag till ECB-bestämmelser G = släpvagnens tyngd då den är lastad till totalvikt ( N ).

Heldragna linjer avser enkelaxelsystem. Streckad linje avser fleraxlade system.

Svenska bestämmelser

De svenska bestämmelserna om fordon, TSV FS 1980:6,

omfattar bl a krav på förspänningskraft för

påskjuts-bromssystem. Denna förspänningskraft skall för system,

vars totalvikt uppgår till 900 kg och högre, vara

minst 2% och högst 5% av G. är lastad till totalvikt (

(G:

N).

Dessa krav skall varavagnens tyngd då den uppfyllda vid en vertikal kulbelastning av 5% av G,

dock högst 1000 N. För system med en totalvikt på

högst 900 kg skall förspänningskraften uppgå till minst

2% av G och högst 450 N vid en vertikal kulbelastning på 450 N.

Vad gäller bromskraft är kraven preciserade att gälla vid provning i provrigg (chassidynamometer) omfattar endast en undre gräns.för lägsta bromsutväxling, dvs ett

lägsta förhållande mellan bromskraft och påskjutskraft.

För system vars totalvikt är 900 kg och högre krävs en

bromsutväxling på minst 4 _{(se figur 2), och för system}

med lägre totalvikt än 900 kg är kravet på bromsutväxling linjärt avpassat till totalvikten (bromsutväxlingen 4 vid 900 kg och bromsutväxlingen 1 vid 200 kg totalvikt),

vilket framgår av figur 3.

;i BROMseKRAFTP/o)

60 i I'

_ j 1 kalla bromsar

_{i i}

50

:i

cc

:5

0'

f(12,5;50)

_{I i}

40

/ vormo bggLnscr

/ f(12,5;40)

:2 C. 30 :å :ä / D.

<3"

23'

/

20

:9.

E

än

/'

10

E /r/

/

.

ø 4 O ; /(5;0) PÅSKJUTSKRAFT WO)

0

2

4

e

a

10

12

14

IS

18

G

Figur 2. Bromsreglerdiagram för påskjutsbroms på släp-vagn med totalvikt g 900 kg

* BROMSUTVÄXLING

4

_Äsoopå)

3

2

l

IOO;O)

O ' 'r

0 I00 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 TOTALVIKT (kg)

Figur 3. Bromsutväxlingsdiagram för påskjutsbroms på

släpvagn med totalvikt < 900 kg VTI MEDDELANDE 331

Det finns dessutom krav på sambandet mellan manöver-spänning och retardation för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar vilka ursprungligen är avsedda för fordonskombinationer där såväl dragfordon som släpfordon är utrustade med elektriskt manövrerade bromsar. Dessa krav finns preciserade i bestämmelser om bromsanordningar, F18-1969, och omfattar såväl en övre som en undre gräns för retardationen som funktion av manöverspänningen (se figur 4). I dessa bestämmel-ser finns även precibestämmel-serat motsvarande gränbestämmel-ser för dragfordon med elektriskt manövrerade bromsar.

A Retardation (m/s') _{övre gräns/} undre gräns Manöver-# 1 r F 1 I T I 1 F I 1 I 2:_ 0,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (volt)

Figur 4. Sambandet mellan manöverspänning ocn retardation för elektriskt manövrerade bromsar på släpvagnar enligt F18-1969

PROVNINGSOBJEKT

Som provningsobjekt har två olika typer av elektriska påskjutsbromssystem använts.

System 1. Tillverkare: AB Linde Maskiner

Provningsobjekt: SMV typ 460, årsmodell 1981

I Husvagn

Totalvikt: 1200 kg Maximal

påskjutsväg: 2 mm

Tryckstången, utrustad med en elastisk

dämpning, utför under inverkan av

påskjuts-kraften en liten rörelse relativt broms-reglagets infästning. Denna rörelse påverkar en elektrisk tryckkännande förstärkare(med inbyggd dämpning), som styr utspänningen till hjulbromsmagneterna. Förstärkaren initieras och matas över dragbilens bromsljuskontakt via ett särskilt relä.

Svstem 2. Tillverkare: AB Alde-verken Provningsobjekt: Flakvagn, boggi Totalvikt: 2000 kg

Maximal

påskjutsväg: 32 mm

Tryckstångens rörelser påverkar ett tvåstegs-motstånd med släpkontakt, varvid manöver-spänningen till hjulbromsarna regleras.w

Påskjutsanordningen är utrustad med en

separat svängningsdämpare.

Den huvudsakliga skillnaden mellan system 1 och 2 kan

direkt hänföras till påskjutsanordningen, nämligen genom sättet att styra påskjutskraften, dvs sättet att

reglera manöverspänningen till hjulbromsarna. I övrigt kan dessa båda bromssystem anses vara likvärdiga vad VTI MEDDELANDE 331

gäller uppbyggnad och funktionssätt. Kraften till

hjulbromsarna överförs i båda fallen på elektrisk väg

till elektromagneter i hjulen, Vilka på mekanisk väg

spänner ut bromsbackarna.

RESULTAT

Provningarna har utförts i VTIs chassidynamometer

(rulldiameter 1.2 m), varvid bromskraft, påskjutskraft och manöverspänning har registrerats.

Resultaten för system 1 och 2 finns i form av

broms-kraft, påskjutskraft och retardation som funktion av

manöverspänningen. Dessutom finns resultaten i form av bromskraft i procent av G som funktion av retardatio-nen baserad dels på ovan nämnda provningar i chassi-dynamometer dels på tidigare genomförda typprovningar och typefterkontroller.

Av figur 5 framgår att bromskraften i stort sett startar

från noll för båda systemen. Bromskraften kan anses vara

direkt proportionell mot manöverspänningen och därmed

också mot påskjutskraften (se figur 6\. En skillnad

mellan system 1 och 2 är dock att bromskraften för det sistnämnda systemet stagnerar vid en viss nivå, obe-roende av Ökad manöverspänning. Denna skillnad kan

troligtvis hänföras till själva hjulbromsarna, eftersom manöverspänningen ökar med ökad påskjutskraft.

Manöver-(N) A Bromskraft 7000 6500

6000

2

x 5500 ü i i 5000 4500 AA @ A8

gg: 4:

4000 . 4§§ 7 ?A 3500 .

3000 -

3

2500 - ÅS @ 2000 _ (3 3 1500 . 3

1000

.

[3

3

Ex 9 500

cäaêäaa *

r

r

T

T

1 2 3 4 5 6 7 8 g : System 1:

Bromskraft motsvarande 10% vid Bromskraft motsvarande 13% vid

få: System 2:

Bromskraft motsvarande 10% vid Bromskraft motsvarande 13% vid

Figur 5. Bromskraft som funktion av

VTI MEDDELANDE 331 9 10I =: spänning(volt) 1177 N 1237 N totalvikt = tjänstevikt = 1962 N 472 N totalvikt = tjänstevikt = manöverspänning.

10

Förspänningen för system 1 är relativt hög (8.3% av G),

vilket kan bero på att det är möjligt att justera

för-spänningen på detta system. Det är därför rimligt att anta att inställningen inte har varit korrekt vid

provningstillfället, bl a med tanke på att förspänningen

endast uppgick till % vid typprovningen av detta system. Förspänningen för system 2 uppmättes till 4.7% av G

(se figur 6).

I figur 7 som visar sambandet mellan retardation och

manöverspänning för system 1 och_2 har tillåtna

grän-ser enligt F18-1969 markerats.

VTI 11

(N) A Påskjutskraft

2300. 22004 g

2100.

6

®

2000.

3

8

1900.

(2 1800_ 8

1700.

_A

A

é §9

A

1600.

A

Q2

1500.

_A

Å

G

A

9

1400. 8

1300..

9

Q

120m

[§9

G

1100.

QA

1000

gaia

Manöver-, e 7 r , T I . 1 ;i re :: spänning 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (volt) ® sttem 1 Förspänning = 975 N = 8.3% av G. 25: System 2 Förspänning = 925 N = 4,7% av G.

Figur 6. Sambandet mellan påskjutskraft och manöver-spänning

12 (m/sz) l Retardation övre begränsning 7 . _undre

*V'

//// begränsning

x

»D - Manöver-. 1. :spänning 11 12 (volt) 8 : System 1 A : System 2

Figur 7. Sambandet mellan manöverspänning och retarda-tion. Heldragna linjer markerar övre resp undre begränsning enligt ?18-1969

13

I figur 8, som visar utvecklad bromskraft i procent av G som funktion av retardationen, har tillåtna grän-ser enligt förslag till ECB-bestämmelgrän-ser respektive

TSV FS 1980:6 markerats. Mätresultaten från

provning-arna i chassidynamometer har här kompletterats med resultat från tidigare utförda vägprov vid typprov-ning och typefterkontroll av respektive system. Mätresultaten tyder på god överensstämmelse mellan utförda provningar i chassidynamometer och provningar

utförda på väg. Resultaten från provningarna utförda

på väg för system 2 bekräftar det tidigare gjorda an-tagandet att även detta systems bromskraft ökar

lin-järt med ökad påskjutskraft även över den nivå som

erhölls vid provningarna i chassidynamometer.

Med tanke på att båda systemens resultat understiger

erforderliga krav enligt TSV FS 1980:6 bör det på-pekas att systemen ursprungligen var typprovade och godkända före dessa bestämmelsers ikraftträdande.

80 70 60 30 20 10 14 A-Bromskraft (%) G

i T I' I _-3 4 5 6 '7Reta5dation ' (m/s ) ® Riggprov i chassidynamometer

O Vägprov 60 km/h, vikt vid provning 1040 kg

âyâtem_2i 43 Riggprov i chassidynamometer

15 Vägprov 60 km/h, Vikt vid provning 2000 kg

Bromskraft i % av G som funktion av retarda-tionen för system 1 och 2. Heldragna linjer markerar begränsningar enligt förslag till

BCE-bestämmelser och streck - prickade linjer

undre gräns enligt TSV FS 1980:6 Figur 8.

15

DISKUSSION OCH SLUTSATSER

Som framgår av figur 8 föreligger endast en marginell skillnad mellan undre gränsen för utvecklad bromskraft enligt förslaget till ECB-bestämmelser respektive

kravet på utvecklad bromskraft enligt TSV FS 1980:6.

I motsats till ECB-förslaget anger däremot de svenska bestämmelserna inte någon övre gräns för utvecklad

bromskraft. Detta är normalt sett inte hellemrnödvändigt med tanke på att ett konventionellt påskjutsbromssys-tem automatiskt reglerar bromskraften som funktion av såväl påskjutskraften som fordonskombinationens retar-dation.

Vid lågfriktion är det dock möjligt att kompenseringen

för avvikelser i retardation mellan dragfordon och släpvagn sätts ur funktion även för ett konventionellt

påskjutsbromssystem, t ex i det fall då dragfordonet

retarderar mer än släpvagnen, då släpvagnens hjul har låst, och den otillräckliga friktionen mellan underlag

och låsta hjul medför att hjulen förblir låsta.

Avsaknaden av en övre gräns för utvecklad bromskraft i de svenska bestämmelserna kan dock anses vara en

brist med tanke på förekomsten av såväl konventionella

som okonventionella påskjutsbromssystem. Det är dock inte möjligt att inom ramen för denna undersökning avgöra var en sådan gräns bör dragas.

Definitionen på ett påskjutsbromssystem enligt de

svenska bestämmelserna är att bromsansättningen skall regleras genom påskjutskraften i kopplingsanordningen. Detta innebär att ett system som t ex reglerar broms-kraften enbart som funktion av retardationen inte kan

hänföras till påskjutsbromsbestämmelserna TSV FS 1980:6,

utan snarare till bestämmelserna om bromsanordningar F18-1969.

16

Förslaget till ECB-bestämmelser avser däremot att

om-fatta såväl renodlade elektriska bromssystem på släp-vagnar som elektriska påskjutsbromssystem. Tillåtna

gränser för initierad och stegreglerad bromskraft enligt ECE-förslaget tyder på att dessa gränser är avpassade till vissa befintliga typer av elektriskt manövrerade bromssystem vars tekniska konstruktion bl a medför olinjär reglering av bromskraften, och därmed inte fungerar som ett konventionellt påskjuts-bromssystem. Med tanke på resultaten för system 1 och 2 är dessa gränser tekniskt sett omotiverade, vilket de även borde vara för ett renodlat elektriskt broms-system.

Som tidigare påpekats uppfyller inte, varken system 1

eller 2, nu gällande svenska bestämmelser. Det borde

dock vara möjligt att med dagens teknik uppnå

broms-prestanda som väl uppfyller kraven för undre gränsen enligt ECB-förslaget, vilket visserligen skulle inne-bära en viss skärpning av nu gällande svenska bestäm-melser.