（光学工程专业论文）fzz—10型制动性能检测台的改进设计与研究.pdf

摘要 制动性能是保证汽车安全行驶的重要因素，定期对其进行检测是保证制动系统完好的重要手 段。针对学校车辆实验中心1 9 9 4 年购置的反力式滚筒制动性能检测台，对照2 0 0 , * 年颁布的汽车 制动性能检测新标准，进行了分析研究，拉出了其不足之处，在不改变滚筒中心距，保证安置角 仍处于理想范周值的情况下，重新设计了滚筒胡。加大了滚筒宜径，提高了滚筒表面磨擦系数， 使检测精度得到提高；通过增加第三滚筒装置，使系统具有了采集到最大制动力后自动停止的功 能，蛆减少滚筒不必要的转动对轮胎产生的剥伤；对该检测台改造后所能检测的车轮直径范围进 行了验算。通过理论研究及实验对比分析了检测过程中被检车轮脱离滚筒对检测结果的影响，并 提出了具体的改进措施。 关键词：汽车安全检测、制动力检测、反力式滚筒实验台、第三滚筒 a b s t r a c t b r a k i n gp e r f o r m a n c ei sak e yf a c t o rt om a k es e c u r i t ya u t o m o b i l el i m n i n g ，t e s ti ti sa l li m p o r t a n t m e b u r e t oa r s u r e t h e b r a k i n gs y s t e m i n g o o dc o n d i t i o n b a s e do l l t h er e a c t i o n m i l e r t e s b a c c o r d i n g t o t h en e wb r a k i n gp e r f o r m a n s t a n d a r d ，a n a l y s i sw a sb e e np e r f a r m e d ，a n ds o i l l c , s h o r t a g eh a sb e e nf o u n d o u t1 口t h eo l dm e c h a n i c a ls y s t e mb o u g h ti n1 9 9 4 w i t h o a tc h a n g i n gt h ed i a m e t e ro ft h er o l l e ra n d m a k i n gt h ef i x e da n g l ei nt h ep e r t c c ts c o p ea sw e l l ，t h er o l l e r s g r o u pw a sb e e nr e d e s i g n e d ，r o l l e r s d i a m e t e rw a si n c r e a s e da n dt h es u d a c ef r i c t i o nc o e f f i c i e n ti sa l s oi n c r e a s e d ，t h e s ei m p r o v e m e n t s e n h a n c et h ep r e c i s i o no ft h et e s t t h em e c h a n i c a ls y s t c mh a v et h ea b i l i t yt oc e a $ ea u t o m a t i ca f t e ri t a c q u i r e dt h em a x i m u mb r a k i n gf o r c eb ya d d i n gt h et h i r dr o l l e rd e v i c e ，w h i c ha l s od e c e a s nt h ed a m a g e t ot h el y r ee a u s e db yu n n e c e s s a r yr o t a t i o na n dr e c h e c kt h et i r ed i a m e t e rs c o p ea sw e l l b a s e d0 n t h e o r e t i cr e s e a r c ha n dc o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t ，t h ew h e e lb r e a k i n ga w a yf r o mt h et o i l e rd u r i n gt h e t e s tc a t a s e a n d i n f l u e n c e t o t h e t e s t i n g , r e s u l t s b e c a u s e o f t h i sh a s b e e na n a l y z e d a n d i m p r o v e d i n e a s u r e s w e eg i v e na tl a s t - k e y w o r d s ：a u t o m o b i l es a f e t yt e s t ，b r a k ef o r c et e s t ，l _ e a c t l o l lr o l l e rt e s t e r ，t h et h i r dr o l l e r 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名时问：二b 叼年彳月b 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究善警：乃漶 刷磁辄赵乏柱 1 她， 时间： 司审年g 日，口日 时间： 矽啪荡年6 月f o r 劾 1 1 引言 第一章绪论 自有机动车道路交通事故死亡记录以来，全世界死于道路交通事故的人数已超过2 2 0 0 万人， 数目之大触目惊心：交通安全已经成为当今世界一个相当严重的社会问题，l j 2 0 0 0 年全世界每年 因交通事故死亡的人数逾1 2 0 万人，受重伤住院者3 0 0 万，受伤总人数达1 0 0 0 余万人，造成盼经济 损失约达5 0 0 0 亿美元o 我巨 2 0 0 1 年道路交通事故死亡人数已超过1 0 万人，且有逐年上升的趋势，因道路交通事故死 亡的人数已居非自然因素死亡人数之首；如2 0 0 3 年全国发生事故次数6 6 7 5 0 7 起死亡人数1 0 4 3 7 2 人受伤人数4 9 4 1 7 4 ，直接经济损失已达3 3 7 0 亿元人民币“1 。 造成交通事故的原因，大致可归纳为驾驶员、行人、车辆、道路和气候等五个方面。其中， 由于汽车制动、转向、照明等技术原因造成的事故，约占事故总量的1 4 。所以，对汽车进行定 期检查和调整，使其处于良好的技术状况。对保证交通安全是非常必要的。 1 2 汽车性能检测的意义 截止到2 0 0 4 年全世界汽车保有量已超过了5 亿辆“1 。汽车的大量使用，在提高运输效率促 进经济发展，改善人民生活的同时，也带来了许多负面的影响，例如：由于交通事故的频频发生 造成的大量人员伤亡事件和巨大的经济损失；尾气排放带来的空气污染；还有汽车运行带来的噪 声污染等这些都严重的影响了人们的生活，会给人们带来疾病甚至死亡。为了解决这些问题， 一方面要从技术上入手，努力研究开发新性能、低污染的汽车，这是汽车研究、生产部j 、j 孜孜以 求的目标。另一方面就是要加强对在用汽车的定期检测，以便及时发现问题，进行维修调整，以 使汽车经常处于良好的技术状况，减少交通事故的发生。 汽车检测就是以汽车技术状况变化规律为基础，合理制定检测规范、检测参数和检测标准， 充分利用现代化手段，在汽车不解体的条件下迅速准确反映汽车各机构、系统、零部件的技术状 况和使用性能，查找故障或隐患所在，以确保车辆在良好的技术状况下运行。所以说，汽车检测 的意义在于：保证交通安全；减少污染环境；改善汽车性能。而最主要的功能是防止由于交通事 故给人们的生命带来的危害和财产的损失。它是在国内外汽车管理和维修部门中，被广泛使用的 用于监督和检查汽车运行和维修状况的一门技术”。 1 3 汽车制动性能检测的必要性 制动性能是汽车在行驶中能人为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力。汽车制动性能 是汽车的主要性能之一，制动性能的优良与否矗接关系到汽车行驶的安全性。汽车的制动性不仅 l 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 取决于制动系的性能，还与汽车的行驶性能、轮胎的机械特性、道路的附着条什以及与制动操作 有关的人体工程特性有密切关系。 随着社会的不断快速发展，人们对便利快捷的交通工具的要求越来越高，汽车作为代步工具 而进入家庭己由梦想变成了现实，因此汽车数量快速增加；由于科学技术的不断进步，汽车工业 的发展，使得汽车的行驶速度越来越高；加之经济快速发展对流通效率的要求，使得公路的建设 飞速发展，不但建的多而且等级高。这些都使得汽车的行驶速度不断提高，而速度快就要求汽车 的制动性能要好，否则发生交通事故的几率就很大，只有可靠的制动性能，汽车的动力性能才能 很好得发挥。 另外，汽车在运行过程中，其技术状况将随着行驶里程的增加而不断发生变化，它的使用性 能也逐渐变坏，从而导致汽车的动力性下降、经济性变差、安全可靠性降低。严重影响了汽车经 济效益和运输效率的发挥。汽车制动性是汽车主动安全的最主要性能之一，是汽车行驶安全的重 要保障。 因制动性能的失灵所引发的事故层出不穷，因此汽车的制动性能检测己被摆到了一个非常重 要的位置上了。 右图即为一个非常典型的因为制动系统故障 造成交通事故的实例。据北京市公安交通管理部 门报道。0 4 年1 0 月，一辆载着2 0 多吨汽油的油 罐车行驶到有“死亡谷，之称的八达蛉高速进京方 向5 1 公里处，由于刹车失灵撞向专为刹车失灵而 设计的紧急避险区，整个驾驶室及罐体前部悬在 空中，驾驶室中5 人在半空迅速逃生。 因此，在实际检测的基础上对在用车辆的制 动性能进行分析和研究，找出其存在的闯题并提 出解决的方法，对确保道路交通安全无疑具有非 常重要的意义”1 。 1 4 制动性能检测指标体系 国内、外有关的安全法规或标准对在用车制动系的技术状况均有明确的要求。汽车的制动性 能主要由下列三方面来评价： 1 4 1 制动效能伽 汽车的制动效能是评价汽车制动性能的最基本指标。它是指汽车迅速降低行驶速度直至停车 的能力。评价制动效能的指标有制动减速度、制动距离、制动时间和伟b 动力等。 2 1 4 2 制动效能的恒定性 制动效能恒定性是指汽车在高速或f 长坡行驶时，经连续或频繁制动后，制动效能的保持程 度。这主要涉及到两个问题：第一，制动器材料应具有抗热衰退的能力。当汽车下长坡时，制动 器耍连续较长时间做强度较大的制动，制动器温度升高，常在3 0 0 度以上，甚至高达6 0 0 7 0 0 度。 高速伟4 动时制动器温度也会很快上升。制动器温度升高后。制动器摩擦副摩擦系数减少，摩擦力 矩显著下降，这种现象就是制动器的热衰退，它是制动器不可避免的现象，制动效能的恒定性主 要指的就是制动器的抗热衰退性能。制动器的抗热衰退性能一般用一系列连续制动时，制动效能 的保持程度来衡量。第二，制动器应具有较好的水湿恢复能力，当制动器被水湿后制动力会下降， 要求它能够尽快恢复其制动性能。 1 5 国内外汽车检测技术的发展状况 汽车检测技术是伴随着汽车工业的发展而成熟起来的，早期人们主要是通过有经验的维修人 员发现汽车的故障并进行有针对性的修理，即人们常讲的“望”( 眼) 、闻( 耳听) 、“切”( 手摸) 等方式”1 。随着现代科学技术的进步，特别是计算机科学的发展，汽车检测技术也迅速的发展起 来。目前人们能依靠各种先进的检测仪器与设备，对汽车进行不解体检测- 而且安全、迅速、可 靠。 1 5 1 国外汽车检测技术的发展状况m 嘲嘲 早在上世纪5 0 年代，在一些工业发达国家就形成了以故障诊断和性能调试为主的单项检测 技术，并开始了生产单项检测设备。6 0 年代后期，随着汽车工业的快速发展，国外汽车检测诊断 技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化诊断技 术，主要有非接触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、废气分析仅等。进入7 0 年代以米， 随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能 的汽车性能检测仪器和设备。在此基础上，为了加强汽车管理、各工业发达的国家相继建立汽车 检测站和检测线，使汽车检测制度化。进入8 0 年代后，一些先进国家的现代检测诊断技术已达 到广泛应用的阶段，不仅社会上针对在用汽车的专门汽车检测站众多，而且汽车制造厂装配线终 端和汽车维修企业内部也都建有汽车检测线，给交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本、 和提高运营能力等方面，带来了明显的社会效益和经济效益。 如今工业发达国家的汽车检测在管理上已实现了“制度化”。例如在德国，汽车的检测工作 由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门认证的汽车检测场( 站) ，负责新车的登记和 在用车的检测，修理厂维修过的汽车也要经过汽车检测场的检测，以确保其安全性能和排放是否 符合国家标准。 在检测技术方面已实现了“标准化”。工业发达的国家的汽车检测有一整套的标准。判断受 检汽车技术状况是否良好，是以标准中规定的数据为准则的，检查结果是以数字显示。有量化标 3 准，以避免主观上的误差；对检测设备也有标准规定，如检测设备的检测性能、具体结构、检测 精度都有相应的标准。对检测设备的使用周期、技术更新等也有具体要求。由于检测制度、技术 的标准化，不仅提高了检测效率，也保证了检测质量。 在检测技术上向“智能化、自动化检测”发展，随着科学技术的进步，发达国家汽车检测设 备在智能化、自动化、精密化、综合化等方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研 制新的检测设备。 1 5 2 国内汽车检测技术发展概况删 我国的汽车检测设备应用技术起步比较晚。从上世纪6 0 年代开始汽车检测技术的研究、开发。 7 眸代，大力发展了汽车检测技术，汽车不解体检测技术及设备被列为国家科委的开发应用项目。 由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台，惯性式汽车制动试验台，发动机综合检测仪， 汽车性能综合检验台等。进入8 0 年代，随着国民经济的发展，特别是随着汽车制造业、公路返输 业的发展和进1 2 1 车辆的增多，我国机动车保有量迅速增加，促进了汽车检测技术的发展，使之成 为国家“六五”期间重点推广项目。截至到1 9 9 7 年，全国已建立汽车综合性能检测站近千家，生 产汽车综合性能检测设备的厂家已达6 0 多个。可以说目前在我国汽车安全检测技术已经得到了普 遍的运用，但与世界先进水平相比，还有一定距离。 主要表现在：1 ) 产品可靠性差：国外同类产品的使用寿命较长，一般3 5 年不更换易损件， 而国内产品性能不够稳定，故障率多，易换件使用寿命低，外观质量差。2 ) 检测精度不够高：在 很多项目上还存在着较大的误检测。检测的数据不能真正代表车的行驶性能。3 ) 自动化程度低： 国内还存在很多的自动化程度很低的检测设备仍在使用，这些检测设备大多是在中国的第一批设 备。 1 6 汽车检测标准概况“瑚 车辆安全管理与监督、检查是保证安全行驶的一个重要环节，为了提高汽车安全使用性能， 许多国家政府都制定了汽车安全法规，对汽车部件及整车技术参数做了统一标准，如美国政府制 定的汽车安全标准( 简称m v s s 标准) 、日本的道路运输车辆安全标准、欧盟的e e c 指令、 加拿大的c m v s s 标准以及澳大利亚的a d r 标准。1 等，都是本国汽车检测的法律依据。 我国于1 9 8 7 年首次制定了机动车安全运行的标准，机动车运行安全技术条件( g b 7 2 5 8 - - 一1 9 8 7 ) ，它标志着我国对机动车的检测从人工经验检测向现代检测的转变，是我国汽车检测业 的一次大的飞跃：1 9 9 7 年又对其进行了修订，是相当一段时间我国机动车检测的个权威性的标 准。 目前，汽车安全检铡主要以机动车运行安全技术条件( g b 7 2 5 8 - - 2 0 0 4 ) ，营运车辆综合 性能要求和检验方法( g b l 8 5 6 5 - - 2 0 0 1 ) 为依据，内容包括：汽车外观、制动性能、测滑量、 专项性能、车速表、噪声和废气排放等方面的检测”。 4 1 7 国家标准对台试制动性能检测的有关规定1 台架检测是在实验台上进行制动性能测试。与路试相比。台检更省时，省地，也更方便，所 以目前应用十分普遍。 ( 1 ) 制动力检验。各种汽车在制动实验台上测出的制动力应符合表2 - 5 的要求。其中对 空载检验制动力质疑肘，可用表中规定的满载检验制动力要求进行检验。 衷2 - 5 不同种类汽车制动力标准 机动车类型制动力综合与整车质量百分比 轴制动力与轴荷。的百分比 空载满载前轴后轴 三轮汽车4 56 0 乘用车、总质量不6 0 6 0 6 0 。 2 0 。 大于3 5 0 0 k g 的货车 其他汽车、汽车列 6 05 06 0 。 盘 摩托车6 05 5 轻便摩托车 6 05 0 a 用平袄制动幢轻台幢验乘用车时应接动态轴荷计算。 b 空载和满戴桡卷下测试应满足此要求。 ( 2 ) 检验时制动力踏板力或制动气压应符合有关规定。 ( 3 ) 制动力平衡要求。关于左右论制动力的平衡要求。在机动车运行安全技术条件 ( g b 7 2 5 8 2 0 0 4 ) 中规定：在制动力增长的全过程中同时测得的左右轮制动力的最大值，与全过 程中测得的该轴左右论最大制动力中大者相比，对前轴不得大于2 0 。对后轴( 及其他轴) 在轴 制动力小于该轴的6 0 时不大于2 4 ；当后轴( 及其他轴) 制动力小于该轴轴荷的6 0 时，在制动 力增长的全过程中同时测得的左右轮制动力差的最大值不得大于该轴轴荷的8 。 汽车制动协调时间。国家标准g b 7 2 5 8 2 0 0 4 规定，对液压制动的汽车不应大于0 3 5 s ，对气压制 动的汽车制动协调时间应不大于0 6 0 s ，汽车列车和铰链客车，铰链式无轨电车的制动协调时间 应不大于0 8 0 s 。 ( 4 ) 汽车车轮阻滞力要求。如前所述，阻滞力即解除制动力后车轮转动时受到的残余阻力。 国家标准g b 7 2 5 8 2 0 0 4 ，进行制动力检验时，各车轮阻滞力均不应大于车轮所在轴轴荷的5 。 ( 5 ) 驻车制动性能检验。用制动实验台检验驻车制动力时，车辆应空载，乘坐一名驾驶员， 驻车制动装置应能保证机动车在坡度为2 0 ( 对总质量为整备质量1 2 倍以下的机动车为1 5 ) ， 轮胎与路面间的附着系数不小于0 7 的坡道上、正反两方向保持固定不动，其时间不应少于5 m i n 对于挂接挂车的汽车，其驻车制动装置必须能是汽车列车在满载的状态下时能停在坡度为1 2 的 坡道( 坡道上轮胎与路面间的附着系数不应小于o 7 ) 上。 5 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 8 本文研究的主要内容 针对学校车辆实验中心现用的反力式滚筒制动性能检测实验台，对照2 0 0 4 年颁布的汽车制动 性能检测新标准，对其进行了分析研究，找出了其不足之处，提出了改进设计方案。 ( 1 ) 针对现用的纵开槽式金属小滚筒的摩擦系数低，检测精度不高的问题，在不改变滚筒中 心距保证安置角仍处于理想范围值内的情况下，重新设计了滚筒组，加大了滚筒直径，提高了 滚筒表面磨擦系数，使检测精度得到提高，并且核算了改进后的设备的在保证检测精度的情况下 所能检测的车轮直径范围。 ( 2 ) 针对现用设备不能自动停止电机，而使开槽式滚筒容易对被检车轮产生剥伤的问题。通 过增加第三滚筒装置，使系统具有采集到最大制动力后自动停止的功能，以减少滚筒不必要的转 动对轮胎产生的剥伤。 ( 3 ) 通过理论研究及实验对比分析了检测过程中被检车轮脱离滚筒对检测结果的影响，且对 实验中产生的附带现象进行了分析，并提出了可防止检测轮胎脱离滚筒以保证检测精度的具体措 施。 6 第二章反力式滚筒制动检测台的结构及检测原理 2 1 制动过程分析 所有的制动检测台最基本的原理都是建立在汽车模型制动过程受力分析的基础上，归根结底在行驶 的过程中是地面给了汽车摩擦阻力( 地面制动力) ，汽车的制动力才能发挥作用，没有地面摩擦力，汽车 制动力也就无从谈起。本文要研究制动器的制动性能，所以很有必要对地面制动力和制动器制动力进行 分析，同时这样也有助于理解制动性能检铡台的检测原理。 2 1 1 制动器摩擦力矩与制动器制动力 汽车的制动系统装有车轮制动器。汽车制动时，驾驶员踏下制动踏板使制动器起作用，即使制动蹄 与制动鼓( 或制动盘) 压紧，制动蹄摩擦片与制动鼓( 或制动盘) 的摩擦作用形成制动器摩擦力矩肘， 也称之为制动力矩。由于制动力矩作用于车轮，在车轮与地面接触中将产生地面对车轮的切向反作用力， 阻止汽车运动，这就是地面制动力。可见，制动器摩擦力矩是产生地面制动力的必要条件，也是汽车本 身所具有的制动条件。因此，为了使汽车具有良好韵制动性能，制动器必须产生足够的制动力矩。为了 讨论问题方便，也常采用制动器制动力以来说明制动器的作用。 汽车在良好的路面上制动时车轮受力情况如图2 一l 所示”“。 y a 层0 1 f 。射 囱；2 - 2 车轮在制动时的受力简围 图中： 缈车轮的法向载荷，： f 地面对车轮的法向反力， 7 b 车轴对车轮的推力，n ； 时一喘9 动器摩擦力矩，n r l ； r 车轮半径，m ； m ，滚动阻力偶矩，n m ； m ：惯性力矩，n m 。 现参照图2 - 1 来分析制动器制动力。 为克服制动器摩擦力矩m ，而在轮轴缘所需施加的切向力，即为制动器制动力，用符号f 。米表示。 一等 ( 2 - 1 ) 由上式可知，制动器制动力首先取决于制动器的摩擦力矩 t ，即取决于制动器的型式、结构尺寸、 制动器的摩擦副的摩擦系数及车轮的半径尺寸。对于一定型式的汽车，各结构参数为定值，制动器制动 力则与制动踏板力成正比。因驾驶员踩制动踏板的力不同可得到不同的制动强度。但应指出，制动器摩 擦副的摩擦系数及摩擦作用的大小，在使用中有很大的变化，应注意保养和调整，以保证制动器的技术 状况良好，才能保证摩擦系数基本不变。 2 1 2 地面制动力m 1 仍参照图2 - 1 来分析地面制动力。对车轮中心取力矩，略去肼，得 m 。一f ，+ m i e ( m , - m t ) ， 因为竺i 较小，可以略去，则地面制动力： r e 丝 r ( 2 2 ) ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) 地面制动力c 是实际使汽车减速行驶的外力。e 的产生源于制动力矩肘，是在m ，的作用下，地 面作用于车轮使汽车减速行驶的外力。因此地面制动力的数值取决于两个摩擦副的作用：其一是制动器 内制动体摩擦片与制动鼓之间的摩擦力，其二是车轮与地面间的摩擦力。 8 2 1 3 地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系 汽车制动时，由于制动强度不同，车轮的运动大体上可分为减速滚动和抱死拖滑两种状况，因而地 面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系也不同，如图2 - 2 所示“，下面就按车轮的滚动和拖滑两 种情况分别讨论。 制琦系油压p 图2 - 2 制动过程中、c 与的关系 ( i ) 当车轮滚动时。制动踏板力较小尚未达到某一极限值时，制动器摩擦力矩不太，地面制动力足 以克服制动器摩擦力矩而使车轮维持滚动。显然，车轮滚动时的地面制动力就等于制动器制动力，并且 随着制动踏板力的增加，地面制动力与制动器制动力均随踏板力的增长成正比得增长，如图2 2 所示。 但地面制动力的最大值不能超过附着力 或最大地面制动力 e e 一，；妒 e 一一日 ( 2 - 5 ) ( 2 6 ) ( 2 ) 当车轮抱死拖滑时。如不考虑制动过程庐值的变化，即设庐为常数，则当制动踏板力或制动系 压力上升到某一值时，地面制动力达到附着力峰值f 时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。踏板力再增 大时，制动器制动力e 由于制动器摩擦力矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是若作用在币轮上的法 向载荷为常数，地面制动力c 达到附着力峰值e 时就不会再增加了。若想再提高ct 只有再提高附着 9 系数。 由此可见，汽车地面制动力首先取决于制动器制动力，但是同时又受地面附着条件的限制。所以只 有具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供足够的附着力时，才能获得足够的地面制动力。 2 2 滑移率与汽车制动力的变化关系 随着制动强度的增加，车轮的滚动的成分越来越少，滑动的成分越来越多，引入滑移率s 来说明这个 过程中的制动力的变化。滑移率的定义为”1 ： s 。u - r 6 0 1 0 0 “ 其中：h 一车轮中心速度。 r 一没有地面制动力时的车轮滚动半径 埘一车轮的角速度 ( 2 - 7 ) 作纯滚动时，“- r 0 3 ，此时的滑移率s = o ；在只滑动不滚动的时候，= o ，滑移率s = 1 0 0 所以 一般情况下，车轮都是在作边滑动边滚动，即0 j o 显然，滚动半径与地面制动力成正比的增大，戎一s 曲线o a 段近 似直线。至a 点后，轮胎接地面积中出现局部的相对滑动，氟的值增大速度减慢。因为摩擦副间的滑动 摩擦系数小于静摩擦系数( 晟大静摩擦力通常大于滑动摩擦力) ，故氟值在b 点达最大值后又逐渐降低。 实际车辆行驶过程中，轮胎常常受到侧向力而侧偏或发生侧滑现象。侧向力系数为侧向力与垂直载荷之 比。曲线表明，滑动率越低，同一侧偏角条件下的侧向力系数越大，即轮胎保持转向、防止侧滑的能力 越大。制动时若能使滑移率保持在较低值，根据车型和路况的不同，滑移率一般可在1 5 - 3 0 的范围内， 便可获得较大的制动力系数与较高的侧向力系数。这样，制动性能晟好，侧向稳定性也很好。 1 0 图2 - 3 制动力系数与滑移率关系曲线 具有一般制动系的汽车是无法做到这一点的，但近年来发展起来的制动防抱死装置却能实现这个要 求，从而显著的改善汽车在制动时的制动效能与方向稳定性。 2 3 制动性能检测方法概述 制动性能的检测方法总的来说有两种：道路实验法和台架试验法”1 。 道路试验法检验制动性能的优点是直观、简便，能真实得反映汽车行驶过程中汽车动态的制动性能， 如轴荷转移情况下制动力的变化等；能综合的反应汽车其他系统的结构性能对汽车的制动性能的影响， 如转向机构、悬架系统结构和型式对制动方向稳定性的影响；且不需要大型设备和厂房，但是也存在下 列不足之处： ( 1 ) 只能反映整车制动性能的好坏，而对于各轮的制动状况及制动力的分配，虽然能从汽车在制动 时的拖印作出定性分析，但是不易取得定量的判断。 ( 2 ) 不易诊断故障发生的具体部位。 ( 3 ) 重复性较差。制动距离的长短和制动减速度的大小，往往因驾驶员操作方法、路面状况和道路 交通状况的不同而有很大差别。只有在专用试验道路上用专用检测仪器的情况下，才能获得重复性较好 的检测结果。 ( 4 ) 除道路条件外，道路试验法不仅受气候条件等的限制，且有发生事故的危险。 ( 5 ) 消耗燃料、磨损轮胎、紧急制动时的冲击载荷对人体及汽车各部件都有不良影响。 台架检测法检测制动性能的优点是迅速、准确、安全、不受外界条件限制。重复性很好，能定量测 得各轮的制动全过程( 制动力随时间增长的动态过程) 。有利于分析前后轴制动力的分配及每轴制动力的 平衡状态制动协调时间等参数，给故障诊断提供可靠的依据。所以台架检测已成为汽车诊断与检测的 发展主流，在国内外都获得了广泛的应用。但台架检测法除需要大型设备与相应的厂房外，还存在其他 一些不足，例如：很多情况下不能准确地模拟汽车在道路上的真实制动情况，而导致检测结果与实际结 果有差距；制动性能检测的一次性通过率太低；检测结果重复性差等问题。所以台架试验虽有很多优点， 但是也有很多地方有待于改进。 2 3 1 反力式滚筒制动检测台的检测原理 汽车制动力台架检测装置大体可分为：( 1 ) 反力式滚筒制动检测台。( 2 ) 平板式制动试验台a ( 3 ) 己被淘汰的五轮仅。( 4 ) 惯性式制动性能检测台等。目前国际国内主要用的是反力式滚筒制动检测台， 所有的反力式滚筒制动检测台测力装置的工作原理大体都是相同的。反力式滚筒制动检测台的测力装置 主要由测力杠杆和应变式测力传感器( 以前为测力弹簧秤) 组成。测量装置示意图及车轮受力分析如图 2 4 所示。 0 车轮q 主动滚筒0 2 从动滚筒 卜扭力箱2 一测力臂3 一压力传感器4 一应变片5 一信号导线 圉2 - 4 反力式滚筒实验台的测力原理“4 进行汽车制动力检测时，将汽车置于制动力检测台上，车轮置于主从滚筒之间，然后汽车挂空档， 检测开始的时候。启动电机，电机通过减速箱、链传动和主滚筒带动车轮转动，从滚筒起支撑作用，检 测时候也与车轮主滚筒同时转动。当驾驶员接到指令后，踩下制动踏板，车轮在汽车的制动器的制动力 的作用下开始减速转动，此时电动机仍按没踩下制动时的速度带着车轮转动，电动机驱动的滚筒对车轮 的周缘的切线方向作用制动力只、只以克服制动力摩擦力矩，维持车轮继续转动。与此同时车轮轮胎对 滚筒切线方向附加一个与制动力方向反向大小相等的反作用力f 、只，在e 、疋形成的反作用力矩作 用下，减速器壳体与测力杠杆一起沿滚筒转动相反方向摆动，测力杠杆一端的受力经安置在其力臂下的 中国农业大学硕士学位论文第二章反力式滚筒制动实验台结构及检测原理 测力传感器测得，并转换成与制动力大小成比例的电信号再经过高精度的放大器放大后输送到控制系 统进行相应的处理最后经过变换，制动力的大小就正确得在显示屏上显示出来了。 2 4 f z z 一10 型汽车制动轴重复合检测台的工作原理 2 4 1f z z - 1 0 型汽车制动轴重复合检测台的实物图及技术参数 f z z 1 0 型汽车制动轴重复合检测台的实物图如图2 - 5 所示。 圈2 - 5f z z - 1 0 型汽车制动轴重复台检验台实物图 本产品是学校实验中心19 94 年购置的产自成都汽车保修机械厂的f z z 一1 0 型汽车制动轴重复合 检测台。 本产品的主要技术参数“： 滚筒直径： 滚筒中心矩： 滚筒转速： 电机功率； 举升器使用空气压力： 质量： 可测最人制动力： 1 2 0m m 4 1 0 r a m 7 r m i n 2 2 x 2 ( 3 a c 3 8 0 v ) 1 o m e , 1 5 0 0 k g 3 2 5 k n 1 3 使用范围： 轴载质量不大于l o t 的备型汽车 2 4 2 f z z - i o 型汽车制动检测台的组成 1 电动机2 减速箱3 压力传感器4 滚筒5 举升器6 链传动7 控制显示装置 围2 - 6f z z - i o 型汽车制动轴t 复台植验台的结构简图矧 滚筒组：开槽式金属小滚筒左右各两个。 驱动装置：驱动电机。 传动装置：减速箱、链传动。 控制系统；电机、二次仪表等的( 手动) 开关按钮。 举升系统：举升器。 传感器系统：左右轮测力传感器、放大器、输送线路等。 二次仪表：显示装置等。 2 4 3f z z - i o 型汽车制动检测台的工作流程 ( 1 ) 车辆到位：车辆开上两滚筒问的举升装置：被检车辆开上图2 - 6 中的5 ( 举升器) ，正停在5 ( 举升 器) 上。 ( 2 ) 举升器下降，滚筒支撑双轮：在滚筒中间的5 ( 举升器) 的双板下降，被检车轮完全由4 ( 滚筒) 支撑。 ( 3 ) 电机启动：按下电机开关，启动l ( 电机) 经2 ( 减速箱) 带动滚筒转动，有6 ( 链传动) 保证两滚筒 的转速一致。 ( 4 ) 踩制动数据采集：司机昕到指令后，迅速踩下制动，同时3 ( 传感器) 采集数据。 ( 5 ) 检测结束：检测结束，打印结果同时车开走。 1 4 2 5 现用制动检测台存在的问题 现用的f z z 一1 0 型汽车制动轴重复合检测台存在的问题主要有以下几方面。 ( 1 ) 纵向开槽式金属小滚筒的摩擦系数不高，而且稳定性不好，当表面磨损且粘有沙子、油水时，附 着系数急剧下降，这样会使被测车辆抱死在滚筒上打滑，不能充分测出制动力；而且在制动检测车轮抱 死时金属槽容易剥伤轮胎。 ( 2 ) 驱动电机不能及时自动停止，容易因为轮胎与滚筒之间的相对运动而引起对轮胎的不必要的剥伤 及对驱动电机设备产生损害。 ( 3 ) 在检测过程中被检车轮容易脱离前滚筒，而影响检测精度。 2 6 本章小结 本章首先通过对汽车制动时受力模型的分析，阐述了制动力的产生原理、受附着力的影响及制动力 大小与滑移率的关系等问题，说明了进行制动检测时，可以通过检测制动时地面对车轮的摩擦力矩来评 价汽车制动器制动性能的好坏。介绍了目前的制动检测方法，讲述了反力式滚筒检测台的检测原理。介 绍了学校实验中心现用的f z z 一1 0 型汽车制动轴重复合检测台( 19 94 年购置) 的基本组成、工作流程 等。最后提出了现用的f z z - i o 型汽车制动轴重复合检测台的不足之处。 中国农业大学硕士学位论文 第三章滚筒组的改进及防剥自停功能的设计 第三章滚筒组的改进及防剥自停功能的设计 针对第二章中提出的学校实验中心1 9 9 4 年购置的f z z - i o 型汽车制动轴重复合检测台的 ( 1 ) 、( 2 ) 问题，本章首先解决滚筒组的问题，以期在不改变篱心距的情况下，通过对滚筒组 的改进设计，提高检测的精度及稳定性，并使驱动电机能够自动停止，避免在检测过程中轮胎 的剧烈剥伤及电机受损。 3 1 大滚筒的设计 3 1 1 安置角对制动力检测的影响 首先对车轮在制动检测时进行详细的受力分析，如图3 - 1 所示；为被检测车轮在反力式滚 筒检测台上进行制动力检测时的受力图“”1 。 ? 石 9 1 f一0 “ 一彳 ： 、 繇 ，t j z c 厂。弧、 必 一，i “2 j 图中：m 肥分别表示滚筒对车轮的支持力；6 表示车轮的重力 f 表示非巍l 试轮对车轮的水平力；n 为安置角。 国3 1 检测时车轮在检测台上的受力图 根据力学平衡原理可得下列关系式： 水平方向上： 1 6 中国农业大学硕士学位论文 第三章滚筒组的改进及防剥自停功能的设计 _ ( s i n a + p c o s a ) - n2 ( s i n a 一妒c o s a ) 一f = 0 ( 3 1 ) 竖直方向上 1 r c o s a 一p s i n a ) + n 2 ( c o s a + q ，s i n a ) 一g - 0 联立上式解得：- 一! 生竺旦专器芋 亏耋篝产 即盟坐掣鑫掣 ( 3 - 2 ) 车轮制动时，检测台所能测出的最大制动力受轮胎与滚筒之间的附着系数限制。附着力c ( 即要测的制动力) 的大小为： 一妒( 1 + n 2 ) 一妒矿g 面+ f 忑。p ( 3 3 ) 其受安置角a 、附着系数妒、和水平力f ( 与非测试车轮的制动性能有关) 等三个因素影 响，当安置角a 、附着系数妒、和水平力f 增加时，检测台所能提供的附着力相应增大。安置 角a 与被测车轮的直径d 、检测台的结构参数、滚筒中心距l ，滚筒直径d 有关。当d 、d ， 发生变化时，安置角a 也会相应得发生变化。 为了防止检测制动力时整车滑移，希望受检车轮不脱离前滚筒，即n 1 乏0 ，现假定f10 ， 则可推得s i n a q ，c o s a20 ，即t a n a 芑妒。目前滚筒附着系数在0 6 - 0 9 范围内，则可算得 相对应安置角a 应该在3 0 9 6 ”3 8 6 6 0 的范围内。 从以上分析可见：适当增大的安置角对检测有利，但并不是越大越好，因为当安置角a 增 大时，车轮的轮胎相对变形增大，迟滞损失增加，滚筒带动车轮旋转的附加转矩增大，仪器示 值大，影响测量精度，同时增加车轮驶离滚筒时的困难 3 1 2 大滚简直径的设计 ( 1 ) 对大滚筒直径大小进行重新设计的必要性。 为了能够实现汽车的自停防剥功能，现要加入第三滚筒，这样就要拆掉举升装置，而没有 了举升装置，由于改进的工作量限制而不改变简心距l ，为了使汽车开进开出的困难减少，决 定加大滚筒的直径。 1 7 中国农业大学硕士学位论文第三章滚筒组的改进硬防剥自停功能的设计 ( 2 ) 进行大滚筒赢径大小设计的依据。 各种型号的滚筒检测台的滚筒直径有很大差异，一般可在1 0 5 3 0 0 r m n ”1 之间取值；滚筒 直径大的时候：轮胎在滚筒上滚动时变形小，滚动阻力小，但是所需电动机功率大、体积大； 滚简直径小时，则体积小，所需屯动机功率小，但车轮滚动阻力大。并且在一定筒心距l 下， 随着滚筒的大小的改变，安置角也在变化。由3 1 3 分析得：安置角的大小对测量的精度有很 大影响，根据3 1 3 的分析对大滚筒的直径大小进行设计。 ( 3 ) 设计过程如下： 首先根据图3 - 1 验算一下没有改变滚筒直径时的安置角( 任选被检车轮直径为6 0 0 m m ) 。 l s i n 口，2 d + d 根据测量所得数据；d 一1 2 0 m m ，l14 1 0 m m ，取特定轮胎的直径：d = 6 0 0m m 代入数据得； 4 1 0 s i n n 。l ：0 5 7 3 0 0 + 6 0 a 1 3 4 7 。 ( 3 - 4 ) 不改变滚筒直径时安置角在理想范围3 0 9 6 。一3 8 6 6 。内，这样虽然能保证测量精度，但 是容易看出由于没有了举升装置，显然增加了车辆驶进驶离滚筒的困难。 现对大滚筒直径大小进行重新设计。 根据筒心距及安置角的限制，暂定筒的直径为d = 1 6 0 m m 。 进行校核： 把数据d = 1 6 0 m m ：l - 4 1 0 m m ；d = 6 0 0m m 代入上式3 4 得： 解得 4 1 0 s i n 口；l ；0 5 4 8 0 + 3 0 0 口篇3 2 7 。 1 8 所得结果能够满足安置角在3 0 0 66 3 8 6 6 6 之间，因此可以保证测量精度，则这个暂定 尺寸可以满足精度条件，这样既通过增加了滚筒的直径，而减少了被检测车辆的驶迸驶离滚筒 时的困难，提高了在检测时车轮在滚筒上的稳定性，而且也能够较好的保证安置角在理想的范 围内，从而保证了滚筒加大后的测量精度。 为了确保安置角在一定范围之内，以保证检测时能有足够的精度，现仍根据3 1 1 中求得 的安置角范围对被检测的车辆的轮胎范围进行标定。 取轮胎直径d 一7 0 0 m m 时，根据现有的滚筒直径，计算一下安置角得： 4 1 0 s i n n 。上 2 8 3 5 8 6 。对车辆进 行检测时如果口小于最小值将无法通过测试。这就给被检测车辆的轮胎参数提供了一个范围， 不在范围内的车辆，在检测过程中很难合格，而发生误判的现象。对于被检轮胎参数以外的车辆， 应在平板检测台上进行检测或进行路试检测，才能保证检测的准确公正性。 4 3 运用实验分析车轮脱离滚筒对检测结果的影响 在制动力检测台进行检测的时候可以明显地看出：在检测的过程中，被检测车辆有向后的移 动，这样轮胎就与前滚筒脱离。前面已经给出了一组检测时拍的滚筒与轮胎的位置关系的照片， 从前面的照片中，能够清楚得看到在检测过程中车轮离开前滚筒。上述理论论证了车轮脱离滚筒 的问题会对检测精度产生影响，现通过实验来验证上述理论的真伪。因为要采集的制动力是在检 测整个过程中车辆提供的最大制动力，那么捡测精度问题就转化到了检测到的制动力究竟是不是 制动力最大值的问题? 4 3 1 实验方法 在实验过程中通过对三辆车的前轮进行两种方式的制动力检测，一种方式是直接检测，允 许车轮在检测过程中脱离滚筒。另一种方式是用外力保证在检测过程中车轮不脱离滚筒，而且为 了使实验更有说服性，对这个外力规定如下：只保证不允许被检车轮脱离滚筒，而不在水平或竖 直方向上给车施加额外的力，对被检测车辆采取牵引措施，牵引绳牢固，不轻易脱落断开，采取 单绳牵引并且保证绳水平并与车辆中轴线重合。下图4 - 3 为检测时对数据进行采集。 图4 - 3 制动力检测时采集过程照片 4 3 2 实验结果 对三辆车分别用两种方法进行检测，结果如f ： 中国农业大学硕士学位论文第四章制动力植测过程中被检车轮的离筒问题 1 、型号：n i s s a 货卡一卡星 1 ) 不加牵引绳的检测数据如表4 1 表4 1 不加牵引绳的检测数据 注：和。表示两轮的制动力总和占两轮的轮重总和的百分比；差5 表示左右轮的制动力差占两轮轮重总和的 百分比( 以后不再注明) 。 2 ) 加牵引绳的检测数据如表4 2 表4 2 加牵引绳的检测数据 通过这两组数据能看出加牵引绳的检铡结果的最大制动力比不加牵引绳的最大制动力耍大。 也就是说不加牵引绳的检测实际上没有采集到最大制动力。为了更好的说明车轮在检测过程中的 离筒问题对检测结果精度的影响的普遍性，分别又用不同的车型进行了两组实验。 2 、型号：捷达前卫 1 ) 不加牵引绳的检测数据如表4 - 3 。 表4 3 不加牵引绳的检测数据 左轮 右轮 。 一和4 f )差。( ) 制动力( ) 轮重( 七)制动力( 触v )轮重( 丘) 2 2 33 6 8 2 3 03 0 4 6 7 41 0 2 2 4 2 2 5 2 2 3 2 9