（机械电子工程专业论文）汽车制动试验台关键技术研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 辰车制动性能的检验是机动车安全技术检验的重要内容之。随着我国 汽军葆有量快速增长，汽车对环境的影响受到人们的普遍关注。汽车制动性 能的好坏直接关系到人们 汽车制动性能的方法和工 术进行研究。 全。因此有必要研究出快捷、准确地检测 文的内容就是对汽车制动试验台的关键技 首先论文对国内外汽车制动试验台的现状和今后发展方向进行了综述。 通过对汽车制动过程的分析，提出检测汽车制动性能的方法，比较了各 种检测方法的特点，分析了评价汽车性能的指标及国家标准。 对汽车在制动试验台上的受力情况进行了分析，提出检测汽车制动性能 的原理，分析了影响制动性能检测的因素。 对汽车制动试验台总体结构进行了分析，提出选择试验台滚筒尺寸，转 速及表面材料的方法，给出选择试验台电机、减速器等主要部件的依据。 针对所研究的汽车制动试验台，设计了基于8 9 c 5 5 单片机的试验台测控 系统硬件电路，包括传感器接口与a d 转换电路、指针式显示装置的d a 转 换电路、制动电机驱动电路、单片机与p c 机之间通讯的接口电路等。本论 文增加了制动踏板传感器，对整个制动过程的踏板力、制动力与时间的关系 进行记录，并对采集到的制动数据进行分析与处理，提出由微机自动进行故 障诊断的依据与方法。 用高级语k - 编写了上位管理机的程序，完成的功能主要有数据评判、检 测报告单打印和查询统计等。同时制定了上下位机串口通讯协议。对上下位 机的软件进行了调试。针对试验台测控系统硬件电路，用汇编语言和c 语言 编写了下位测控机软件； 对汽车制动试验台测控系统进行了联调，把对制动试验台的机械部分、 安论 雾 哈尔滨工程大学硕士学位论文 控制系统硬件电路和软件进行联调。调试了单片机与p c 之间的通讯，对制动 试验台进行了标定。实现了对汽车制动性能的准确测试，同时对影响制动性 能的一些因素通过实验得到验证。 关键词： 汽车制动试验台；测控系统；制动性能；检测 a b s t r a c t t h et e s t i n go ft h ea u t o m o b i l eb r a k ep e r f o r m a n c e i so n eo fi m p o r t a n tp a r t sm v e h i c l es a f e t vc b e c k w i t ht h ea m o u n to f t h ea u t o m o b i l ei n c r e a s i n gr a p i d l yi no u r n a t i o n m ea f f e c to fa u t o m o b i l et ot h ee n v i r o n m e n ti s c o n c e r n e db ym o r ea n d m o r ep e o p l e t h eb r a k ep e r f o r m a n c eo fa u t o m o b i l eh a st h e r e l a t i o nw i t ht h e s a f e t yo fp e o p l e t h e r e f o r e , ；t i sn e c e s s a r yt of i n db e s tm e t h o d sa n dt o o l so f t e s t i n ga u t o m o b i l eb r a k ep e r f o r m a n c e sq u i c k l ya n da c c u r a t e l y t h ep a p e ri st h e r e s e a r c ho f k e y t e c h n o l o g y i na u t o m o b i l eb r a k et e s t e r f i r s t l y , t h ep a p e rg i v e ab r i e fi n t r o d u c t i o na b o u tp r e s e n ta u t o m o b i l eb r a k e t e s t e ra n df u t u r et e n d e n c yi nt h ew o r l d t h ep a p e ra n a l y z e st h ep r o c e s so ft h eb r a k i n go fa u t o ，a n dp r e s e n tt h e m e t h o d so f t e s t i n g b r a k e p e r f o r m a n c e ， c o m p a r e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e so fv a r i o u st e s t i n gm e t h o d s ，d i s c u s s e st h ec r i t e r i o n s o fa s s e s s i n g b r a k ep e r f o r m a n c e sa n dn a t i o n a ls t a n d a r d s i tg o e sd y n a m i ca n a l y s i so fb r a k i n ga u t o m o b i l eo nt h et e s l e r e x p l a i n st h e p r i n c i p l eo ft e s t i n ga u t o m o b i l eb r a k ep e r f o r m a n c e ，a n a l y z e st h em a i n f a c t o r sf o r b r a k et e s t e r s i ta n a l y s e st h et o t a lc o n s t r u c t i o no ft h ed r u m t y p ea u t o m o b i l eb r a k et e s t e r , g i v e st h em e t h o d s o f c h o o s i n gt h es i z e s ，s p e e d ，s u r f a c e sm a t e r i a lo f t e s t e rd r u m s ， a sw e l la sr e a s o n so f c h o o s i n gt e s t e rm o t o lg e a r b o x ，a n do t h e rm a i np a r t s 。 a c c o r d i n gt ot h ea u t ob r a k et e s t e r , i th a sb e e nd e s i g n e dt h a tt h eh a r d w a r e c i r c u i to f t h e t e s t i n gs y s t e mb a s e d o n8 9 c 5 5 s i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e r , i n c l u d i n g a i dc i r c u i t sf o rs e n s o ri n t e r f a c e s ，d ac i r c u i t sf o rn e e d l ei n d i c a t i n gt y p ed i s p l a y d e v i c e ，d r i v i n gc i r c u i t s f o rb r a k em o l o r s , t h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ec i r c u i t 哈尔滨工程大学硕士学位论文 b e t w e e nt h es i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e ra n d p c ，e t c t h ep r o g r a m sh a sb e e nd e v e l o p e df o r t h ep cc o m p u t e ru s e df o rd a t a m a n a g e m e n t s ，t h ef u n c t i o n s o ft h e p r o g r a m sa r e d a t ae v a l u a t i o n , p r i n t i n gt e s t r e p o r t e r s a n di n f o r m a t i o n i n q u i r e s a n ds oo n t h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l b e t w e e nt h es i n g l e - c h i pc o m p u t e ra n dt h ep c c o m p u t e r h a sb e e ns e tu p lo ft h e s o f t w a r eh a sb e e nt e s t e d t h es o f t w a r eo ft h es i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e rh a sb e e n d e v e l o p e da c c o r d i n g t oh a r d w a r ec i r c u i to ft h et e s t i n gs y s t e mf o rt h eb r a k et e s t e r t h eb r a k ep e d a ls e n s o ri sa d d e di nt h i s p a p e r , i ti s u s e dt o h c t pr e c o r d i n gt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eb r a k ef o r c ea n dt i m e t h ep a p e ra l s oa n a l y s e st h eb r a k e d a t aa n dg i v e st h er e a s o n sa n dm e t h o d so fd i a g n o s i n gb r a k et r o u b l e s b yp c c o m p u t e ra u t o m a t i c a l l y t h ea d j u s t m e n ta n dt e s t i n gh a sb e e nd o n ef o rt h ea u t ob x a k et e s t e r , f i o m m e c h a n i c a l p a r t st ot h eh a r d w a r ec i r c u i t sa n dt h es o f t w a r eo ft h et e s t i n gs y s t e mo f t h eb l a k et e s t e r t h ec o m m u n i c a t i o no ft h e s i n g l e c h i pc o m p u t e ra n dt h ep c c o m p u t e rh a sb e e nt e s t e d ，a n dt h eb r a k et e s t e rh a sa l s ob e e nc a l i b r a t e d f i n a l l y ， t h ea c c u r a t et e s t i n go fa u t o m o b i l eb r a k ep e r f o r m a n c e sh a sb e e na t t a i n e db yt h e b r a k e t e s t e r , p r e d i c t e dr e s u l t sh a v er e q u i r e d k e yw o r d s ：a u t o m o b i l eb r a k et e s t e r ；t e s t i n gs y s t e m ；b r a k ep e r f o r m a n c e ； t e s t i n g 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下， 由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的 引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开 发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 作者f 签字) ：涨佥拉 日 期：炒轳年f 月1 ，日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 1 课题研究目的 且前，国内采用台架试验的方法对汽车制动性能的检测主要是局限在安 全性能的范围，微机测试时，只能测出几个主要的参数，如制动力、轴重等。 本课题研究在汽车制动试验台上引入多传感器检测与信息融合技术，对汽车 制动系的各项性能参数进行全面综合测试。通过计算机实时诊断系统对汽车 青0 动系统的各项性能指标进行评价和对制动过程曲线的分析，能够准确快速 的诊断出汽车制动系的故障所在。本课题属于自研课题。 1 1 2 课题研究意义 汽车制动性能的检验是机动车安全技术检验的重要内容之一，也是汽车 保修企业进行故障和调试修理的科学依据。近年来，随着不解体检在线检测 技术的发展，汽车制动性能的检测与诊断已由经验定性型向仪器化的定量与 定性相结合方向发展，由路试向台架检测发展。用制动试验台检测汽车的制 动性能，不仅可以测出每个车轮的制动力和制动力协调时间，通过计算求出 汽车的单位制动力。而且可以测出同一轴两车轮的制动力差和制动力上升时 间差，制动器内部阻力和制动完全释放时间。这种方法可以免除用路试检测 制动性能的一些弊病。 汽车制动试验台的型式有滚筒式和平板式。平板式制动试验台在测试时， 汽车要有一定的初速度，这就需要有助跑道。而滚筒式制动试验台则相反， 1 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 其占地面积小，可以在台上对制动系边试验边调整，又便于分析故障，因此 容易按使用部门所接受。1 。滚筒式制动试验台的测试方法是：在汽车处于停 火状态下，测定车轮的制动力或制动距离等与制动性能有关的参数。它又可 分为反力式和惯性式。惯性式别动试验台是测每个车轮的制动距离，这种试 验台的试验车速高，较接近于实际情况。但由于在国家规定的制动性能标准 中没有车轮制动距离这一项，只有汽车制动距离的标准。如果将测试的车轮 制动距离换算成整车制动距离，有一定误差，要使换算结果精确，需要作大 量对比试验，而不同的车型都要有对比，这是较难做到的，因此惯性式制动 试验台不容易被使用部门所接受。”。而反力式制动试验台的工作原理是当被 检车辆驶上试验台后，车轮置于两滚筒之间，这时左、右两电机启动，带动 滚筒旋转。当转速达到稳定值后，通知驾驶员迅速踏制动器( 或拉手制动器) ， 这时车轮的转速降低。车轮与滚筒之间产生了相对滑移，此时，与车辆制动 力大小相等、方向相反的力作用在试验台上，由测力装置可测量出其值，并 记录制动曲线。当车轮速度降低到某值时，为了减少轮胎磨损，电机自动停 转。反力式制动试验台结构简单，测试方便，耗电小，使用成本低。在国内 外被广泛采用。我国的机动车安全运行技术条件中对台试车轮制动力也 给予承认。因此，国内交通、公安车管部门广泛使用的几乎都是反力式制动 试验台。 室内汽车制动试验台一般只根据一些检测数据判定汽车制动性能合格与 否，至于故障原因往往无法予以渗断分析，这是目前检测技术存在的一个缺 陷。随着科学技术的发展，应用先进技术对在用车辆实行技术状况监控与预 测非常必要。在汽车制动检测制动方面，应用故障机理的解析技术确定和预 测汽车制动状况的动态特性；应用诊断参数信息的识别和传感技术。建立故 障模式；充分利用计算机技术，分析诊断多数信息，提高诊断精确度。开发 预测故障专家系统，提高诊断预测水平，使车辆保持良好的技术状况，并将 检测、诊断和预测融为一体，是今后汽车检测技术的发展方向。 哈尔滨上程人学硕士学位论文 1 2国r x 夕l 、相关领域研究现状及发展方向 目前在我国的汽车制动性能检测中，普遍采用反力滚筒式制动试验台 而平板式制动试验台近几年开始引入我国，下面分别介绍这两种试验台。 1 。2 1 反力滚筒式制动试验台 我国使用的反力滚筒式制动试验台有两大类，其一是引进日本弥荣公司、 同产公司的；其二是引入西欧国家的，如德国马哈公司、申克公司，英国克 雷普顿公司，意大利的钻石公司等。 r 本式试验台的特点是摩擦滚筒直径小，一般直径为1 2 0 r l o n 左右，且滚 筒表面刻有矩形槽，制动时线速度低，两滚筒之间有举重器，一般没有智能 程序，数值显示多为指针式。 西欧式试验台的特点是摩擦滚筒直径大，一般直径在2 6 5 m m 左右，且筒 表面涂敷摩擦材料，摩擦系数较高，可达o 8 - - - 0 9 ，制动时线速度高，3 t 以下车辆的线速度为2 5 - - - 3 k m h ，3 - - l o t 车辆的线速度为5 k m h 5 i 。在 两滚筒之间有两个第三滚筒，数值显示为指针式。第三滚筒的作用主要有两 条：( 1 ) 当车辆放在试验台上后，轮胎压下第三滚筒，限位开关脱开后，试 验台才能启动运转。( 2 ) 在测试过程中，当试验台转速达到稳定值后，刹车后 车轮速度下降，第三滚筒的速度也随着f 降，当第三滚筒转速下降到稳定转 速的7 0 时，为了不使轮胎产生严重磨损，控制系统发出讯号，使电机停止 运转。 对反力滚筒式来说，最重要的结构技术参数和性能是：试验台滚筒转速、 滚筒直径、滚筒表面形状及材质、电动机驱动功率、制动力测量装置和测试 精度等。其中影响测试可靠性的重要因素是试验台滚筒与轮胎问的附着性能， 因此滚筒直径及其转速、滚筒表面形状及材料、滚筒表面的附着系数成为模 拟实际工况的重要参数，一直是研究的焦点，大多数专家认为使用高转速、 大直径滚筒最佳”1 。 目前，检测设备制造业已形成一定规模，市场竞争十分激烈，反力式汽 车制动试验台型式变得多样化，并在不断改进和提高。传感器都已从机械式 的或机电式的进化为电子式的，控制方式也由继电器控制变成计算机控制。 1 2 2 平板式制动试验台 早期的汽车检测设备，既有滚筒式又有平板式，由于当时还没有电子计 算机，平板式检测设备的传感器和采样系统难以满足检测要求。但是，由于 近年来电子技术的大量应用，平板式检测设备的数据采集系统( 含各种传感器) 都采用微电子技术和计算机控制。因此，新一代的平板式设备各方面的性能 都有了质的飞跃。 从原理上来看，平板式制动试验台是主动、动态的检测，它是在汽车行 驶制动状态下进行检测的，只要保证力传感器能准确无误地把测试平板上受 到的水平制动力与垂直力测量下来，平板式制动试验台就完全可以如实地把 汽车制动过程( 力系及变化) 检测出来。平板式制动试验台具有以下优点： 1 ) 在测试平台的台面上。焊有由铡板冲压制成的钢网，具有远高于良好 路面的附着系数，在正常磨损范围内可以确保制动性能的检测； 2 ) 能同时对汽车的四个车轮作动态测试； 3 ) 特别适合现代轿车和摩托车的检测。现代轿车的前轴制动力占整车制 动力的比例很大，而国标对日口轴制动力的要求过低或偏低，平板式检测能力 与实际相符，而滚筒式的检测能力过低或偏低； 4 ) 为多功能综合的复合检验台。如意大利威迈格平板式制动试验台，可 几种性能同时测试，检测制动力时既可测得四个车轮的最大制动力，又可提 供这些制动力在制动过程中随时岫j 变化的曲线等更深层信息，还可同时进行 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 侧滑的检测，悬架减振器的检测。以上四点平板式均优于滚筒式。但平板式 也有其致命的弱点： 1 ) 在实际检测过程中，制动初速度及制动踏板力不易控制，测试工况不 稳定，重复性差； 2 ) 检测技术尚不成熟，定量分析技术仍末完善解决，传感技术和计算机 后处理技术要求很高，有待电子技术应用的进一步提高： 3 ) 不能测试车轮的阻滞力、失网度，而且适用车型较少。不容易对轴距 变化大的汽车作四轮同时检测，且测试货车后轴的制动性能也不够理想，多 轴车不能测试。 从研讨的广度和深度来看，反力式滚筒制动试验台的技术研究已趋于全 面成熟，今后汽车制动检测设备的发展方向仍是以反力滚筒式为主，其型式 上偏向西欧式，对滚筒式制动设备的研究也仍将是热点。 反力式滚筒制动试验台还要为消除台试与路试问的差异作努力，须做好 以下几方面的工作： 1 ) 结合国情进行技术改造，不同的待检车类型应配备不同测试要求的试 验台： 2 ) 完善检测没备标准，划分制动检测设备类型，制订各自的标准。并完 善测试规程： 3 ) 滚筒直径要合理增大，并适当提高滚筒的转速。 作为新一代产品平板式制动试验台，虽一时无法代替反力滚筒式， 但已引起汽车界的重视，可以预见其发展充满活力：眼下作为制动检测的补 充，在汽车保有量大的城市和经济发达地区，可发挥作用，用于检测轿车、 高级小客车、摩托车等。 哈尔滨t 程人学硕十学位论文 1 3 论文主要研究内容及技术途径 1 3 1 课题主要研究内容 对汽车制动试验台的研究主要集中在以下几方面： ( 1 ) 制动试验台运动学和动力学的分析 对汽车在反力式制动试验台h 的运动及受力情况进行分析，推导制 动力、滚筒支承反力的解析表达式，分析试验台的最大测试能力。 ( 2 ) 制动试验台结构设计的研究 对制动试验台改进方案进行结构设计，绘制零件图及装配图。 ( 3 ) 制动试验台控制系统硬件没计 包括传感器选型、信号调理电路设计、数据采集系统设计、控制装 置的设计。 ( 4 ) 制动试验台控制系统软件设计 包括上位机( p c ) 5 - 下位机( 单片机) 的程序设计，故障渗断软件 的设计。 1 3 2 技术途径与方法 ( 1 ) 运动学和动力学分析； ( 2 ) 使用a u t o c a d 进行零件图的绘制： ( 3 ) 利用高级语言编写人机对话界面，完成上位机与下位机的通讯程序： ( 4 ) 单片机硬件电路采用p r o t e ，软件采用c 语言和汇编语言。 根据需要将传感器等部件安装到试验装置上，在分别完成上位机的控制 软件、下位机的控制软件，电路，对汽车制动试验台进行试验联调。完成本 学位论文的技术途径如图1 1 所示。 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 叫运动学动力学模型建立卜 1 。，一。、。i 形 制动试验苗结构设计r 总 系成 任 体 务 l f 旨n + 舟毕i | 朴* ；田、斗 i 统实 斗斗斗 3 ：1 业倒l 住币u 状什啊砜 设 联 验 规 计 一传感器测试及安装 调系 划 统 叫下位机控制电路、软件设计卜 图1 技术途径与方法流程图 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章汽车制动过程分析与评价方法 2 1 引言 汽车行驶时，能在短距离内迅速停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡 时能维持一定车速，以及在坡道上长时间保持停驻的能力称为汽车的制动性。 汽车制动性能直接关系着汽车的行车安全。只有在保证行车安全的前提下才 能充分发挥汽车的其他使用性能，诸如提高汽车车速、汽车的机动性能等。 汽车的制动性不仅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、道路的附着条件以及与制动操作有关的人体工程特性有密切关系m 。 本章论述汽车制动性评价指标、汽车制动性检测方法、检测项目和检测技术 要求。 2 2 制动性的评价指标 汽车制动性主要由制动效能、制动抗热衰退性和制动时汽车的方向稳定 性三个方面来评价。 2 2 1 制动效能 制动效能是指汽车迅速降低行驶速度直至停车的能力，是制动性能最基 本的评价指标。它是由制动力、制动减速度、制动距离和制动时间来评定。 ( 1 ) 制动力 汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽 车在这一外力作用下迅速地降低车速以至停车，这个外力称为汽车的制动力。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 一般汽车多用车轮制动器使汽车车轮受到与汽车行驶方向相反的地面切向反 作用力的作用，故这时的汽车制动力又称为地面制动力。 图2 1 为汽车在良好的硬路面上制动时的车轮受力图。图中l 为车轮制 动器的摩擦力矩，乃汽车回转质量的惯性力矩，乃车轮的滚动阻力矩，为车 轴对车轮的推力，占为车轮的垂直载荷，z 是地面对车轮的法向反作用力。 在制动过程中滚动阻力矩乃，惯性力矩乃相对都较小时可忽略不计。地 面制动力只可写为 c ：玉 ( 2 一1 ) 式中：，一车轮制动半径。 地面制动力只是汽车制动时地面作用于车轮的外力，只值取决于车轮的 半径与制动器的摩擦力矩咒，但其极限值受到轮胎与路面间附着力凡的限 制。 在轮胎周缘克服车轮制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力只即 图2 i 制动时车轮受力图 f ，：互( 22 ) r 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 式中：l 一一车轮制动器( 制动蹄与制动鼓相对滑转时) 的摩擦力矩。 制动器制动力f 。取决于制动器结构、型式与尺寸大小，制动器摩擦副摩 擦系数和车轮半径。一般情况其数值与制动踏板力成正比，即与制动系的液 压或气压大小成线性关系。对于结构、尺寸一定的制动器而言，制动器制动 力主要取决于制动踏板力与摩擦副的表面状况，如接触面大小，表面有无油 污等 8 。 图2 2 是在不考虑附着系数庐变化的制动过程中，地面制动力只制动器 制动力凡及附着力凡随制动系的压力( 液压或气压) 的变化关系。车辆制动 时，车轮有滚动或抱死滑移两种运动状态。当制动踏板力e ( 厅伊0 较小时， 制动器摩擦力矩不大，路面与轮胎间摩擦力即地面制动力f ，足以克服制动器 摩擦力矩使车轮滚动。车轮滚动时的地面制动力等于制动器制动力( 只= 7 ) ， 且随踏板力只的增长成正比增长。但当制动踏板力厅亨j 时，地面制动力只 等于附着力凡习西时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象，显然，地面制动力 只，受轮胎与路面附着条件的限制，其最大值，乙，不可能超过附着力，即： 图2 2 制动过程中f ，、只、凡与鼻的关系 f 。f 。= z 。审或f = z 。审 当车轮抱死而拖滑后，随着制动踏板力继续增大( 只) ，0 ，制动器制动 力凡由于制动器摩擦力矩的增长而直线上升，但地面制动力只达到极限值 1 0 哈尔滨_ | ：= 程大学硕士学位论文 凡后不再增加。可见，地面制动力只首先取决于制动器制动力凡，但同时 又受到地面附着条件( 凡) 的限制。所以汽车制动时必须具有足够的制动器制 动力( 制动器摩擦力矩) ，同时路面又能提供高的附着力，才能获得足够的地 面制动力。 由上述分析可见，制动力是评价汽车制动性能的最本质因素。制动力便 于在制动试验台上测量。这种检测方法在汽车综合性能检测站广泛采用。通 过制动力的检测不仅可以测得各车轮制动力的大小，还可了解汽车前、后轴 制动力合理分配，以及各轴两侧车轮制动力平衡状况。若同时测得制动协调 时问便能较全面地检验车辆的制动性能”1 。 值得指出的是，在试验台上检测车轮制动时，与车辆行驶中制动情况类 似，车轮也会出现两种运动状态，一种是车轮转动状态，此时试验台将测得 与制动踏板力相应的最大车轮制动力( 等于制动器制动力) ；另一种是车轮处 于停转( 试验台滚筒相对车轮轮胎滑转) 状态，此时试验台测得的车轮制动力 ( 相当于前述的地面制动力) 将等于轮胎与试验台滚筒之间的附着力。这往往 小于车轮制动器制动力，而无法测得车轮制动器制动力的最大值。因为附着 力大小是和轮胎与滚筒之问的正压力及附着系数有关。正压力与轴荷大小， 以及车轮在试验台上与滚筒之间的安置角有关，在实际检测时该轴荷多半是 车辆空载状态。为排除这种检测的不确切性，在g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行 安全技术条件内规定可通过增加相应车轴上的附加质量或作用力来获得足 够附着力。 ( 2 ) 制动距离 制动距离与行车安全有直接关系，而且最直观，驾驶员可按预计停车地 点的距离来控制制动强度，故政府职能部门通常按制动距离的要求制订安全 法规。各国对制动距离的定义不一致，在我国安全法规中，是指在指定的道 路条件下，机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板( 或手触 动制动手柄) 时起至车辆停住时止车辆驶过的距离( 见g b 7 2 5 8 1 9 9 7 ， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 6 1 4 1 1 ) 。制动距离与制动过程中产生的地面制动力以及制动传动机构与制 动器： 作滞后时间有关，而地面制动力与检验时施加在制动踏板上的踏板力 或制动系的压力( 液压或气压) 以及路面的附着条件有关，因此，测试制动距 离时必须对制动踏板力或制动系的压力以及轮胎与路面的附着条件作出相应 的规定。 ( 3 ) 制动减速度 制动减速度与地面制动力只及车辆总质量有关，以下式表示： ，：旱兰( 2 3 ) 。 占g 式中：占一汽车总重力： 占一重力加速度； j 一汽车回转质量换算系数。 对某一具体车辆而言，制动减速度与地面制动力是等效的。因此也常用 制动减速度作为评价制动效能的指标。制动减速度在一次制动过程中是变化 的，如图2 3 所示。当车辆制动到全部车轮抱死滑移时，回转质量换系数占 等于1 ，而此时地面制动力只砥彤。，由此可得最大制动减速度： 五，- g 西 通常车辆检测时用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标， 在我国的安全法规中刚采用充分发出的平均减速度m f d d ( m e a nf u l l y d e v e l o p m e n td e c e l e r a t i o n ) m 叻d ：玉王沏j2 )( 2 4 ) 2 5 9 2 ( s e - - s 6 ) 、 、。 式中：v h一0 8 ，车辆制动的初速度( k m h ) ： 睢一一o 1 ，车辆制动的末速度( k m h ) ： 一一制动初速度( k m h ) ； 一一在速度和v b 之间车辆驶过的距离( m ) ； 哈尔滨工程大学硕士学位论文 r 一一在速度场和以之间车辆驶过的距离( m ) 。 图2 4 制动过程中f 上 曲线 充分发出的平均减速度m f d d 的表达式可通过物体运动过程中功能平衡 的原理推导得到。当汽车由制动初速度经制动减速到v b 的过程中，其动能 1 变化为去m ( v 。2 一v ；) ，应等于地面制动力对汽车作的阻力功皿垃，即： 扣。2 ( 2 - - 5 ) 式中：i f 一一汽车的总质量； j 一制动过程的平均减速度( m s 2 ) 。 上式可简化 v ；一v 2 f2 i s 6 同理，当汽车由制动初速度经制动减速到k 的过程，可得下式： v ；一v 2 。= 2 j s 。 为简化起见假设制动过程中车辆的平均减速度是相同的，则上两式可合并得： v ；一v ；= 2 j ( s 。一s 6 ) 式中、n 的单位为k m h ，若以基本单位m s 进行运算则应乘系数_ i j ，将上 j o 式整理得： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ，= 赤警= 赫2 2 c n e ， 当制动过程比较平稳，制动减速度比较稳定时，也可以认为充分发出的 平均减速度是采样时段的平均减速度即为： 婴( m s 2 ) ( 2 7 ) 3 6 r 。， 、 7 式中t 。为汽车速度由降低至v 。所用的时间。 ( 4 ) 制动时间 制动过程所经历的时问即制动时间，很少作为单纯的评价指标。但是作 为分析制动过程和评价制动效能时又是不可缺少的参数。如对于同一型号的 两辆汽车产生同样制动力所经历的时间不同，则两辆汽车的制动距离就可能 相差较大，对行驶安全将产生不同效果。因此通常把制动时间作为一辅助的 评价指标。制动过程各阶段的时间分布大致如图2 4 所示。图中所示时间t 为驾驶员反应时间，从接受需要制动的信号到脚踩到制动踏板为止，一般需 0 7 1 o s 。该期间车辆按原车速继续行驶。t 。为制动器作用时间( 又称制动协 调时间1 ，一般为o 2 - 0 ，7 s ，主要取决于驾驶员踩制动踏板的速度和制动系 的型式和结构，该期间制动减速度逐渐增大，直至达到最大制动减速度。t 。 为持续制动时间，该期间制动减速度基本不变。t 。为制动释放时间，一般在 0 2 - 1 o s 之间1 。 在我国安全法规中还采用制动协调时间评价制动效能( 见g b 7 2 5 8 1 9 9 7 ， 6 1 4 1 2 ) 。该法规中所提到的制动协调时间，是指在急踩制动时从踏板开始 动作至车辆减速度( 或制动力) 达到表2 3 中规定的车辆充分发出的平均减速 度( 或表2 1 中所规定的制动力) 7 5 时所需的时间。 哈尔滨工程人学硕士学位论文 2 2 2 制动抗热衰退。性 汽车制动抗热衰退性能是指汽车高速制动、短时间重复制动或下长坡连 续制动时制动效能的热稳定性。因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动 器吸收转化为热能，制动过程中制动器温度不断提高，制动器摩擦系数下降， 制动器摩擦力矩减小，从而使制动能力降低，这种现象称热衰退现象。因此 可以用制动器处于热状态时能否保持有冷状态时的制动效能来评价汽车制动 抗热衰退性能。制动抗热衰退性是衡量制动效能恒定性的一个指标。随着高 速公路的发展和车速的提高，汽车制动性能的恒定性要求也愈来愈高。但由 于测试方法较复杂，在一般汽车综合检测站较难实施。对于在用汽车也无需 检测制动抗热衰退性。 2 2 3 制动稳定性 制动稳定性是指制动时汽车的方向稳定性。通常用制动时汽车按给定轨 迹行驶的能力来评价，即汽车制动时维持直线行驶或预定弯道行驶的能力。 制动稳定性良好的汽车，在试验时不会产生不可控制的效能使汽车偏离一定 宽度的试验通道。我国安全法规中对制动稳定性有相应规定( 见 g b 7 2 5 8 1 9 9 7 ，6 1 4 1 ) 。 汽车丧失制动稳定性通常表现为制动跑偏和车轴侧滑现象，特别是后轴 侧滑，是造成交通事故的重要原因。随着现代汽车车速不断提高，汽车制动 稳定性将成为影响交通安全的重要因素。 汽车跑偏是指汽车制动时不能按直线方向减速或停车，而无控制地向左 或向右偏驶的现象。汽车制动时出现某一轴或两轴的车轮相对地面同时发生 横向移动的现象称为制动侧滑现象。 产生制动跑偏的主要原因是汽车左右车轮制动器制动力增长快慢不一致 15 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 或左右轮制动力不等，特别是转向轮左右车轮制动器制动力不相等。另外， 汽车轮胎的机械特性、悬架系统的结构与刚度、前轮定位、道路状况、车辆 轮荷分布状态等因素也会影响制动跑偏。为了控制制动跑偏，在安全法规中 对左右车轮制动力的平衡有相应要求( 见g b 7 2 5 8 - - 1 9 9 7 ，6 1 5 1 2 ) 。 汽车在制动过程中，当车轮术抱死制动时，车轮具有承受一定侧向力的 能力。汽车在一般横向干扰力的作用下不会发生制动侧滑现象。当车轮抱死 制动时，车轮承受侧向力的能力几乎全部丧失，汽车在横向干扰力的作用下 极易发生侧滑。侧滑对汽车制动稳定性的影响将取决于发生制动侧滑的车轴 位置( 前轴或后轴) ，经理论分析与实践证明，制动时前轮先抱死滑移，汽车 能维持直线减速停车，汽车处于稳走状态。但这时汽车将丧失转向能力，对 在弯道行驶的汽车也是十分危险的。若后轮比前轮提前一定时间先抱死，汽 车在侧向干扰力作用下将发生急剧甩尾或旋转，使汽车丧失制动稳定性，若 在高速行驶过程甚至可能产生行车事故。 制动时汽车前后轮抱死的顺序取决于汽车设计时制动力在各轴之间的合 理分配，以及道路状况。为了改善制动稳定性，在有的汽车上装有制动力分 配调节装置如限压阀、比例阀、感载阀等，目前己发展到采用计算机控制的 汽车防抱死制动装置。汽车制动跑偏与制动时车轮侧滑是有联系的。严重的 跑偏常会引起后轮侧滑。制动时易于发生后轮侧滑的汽车也有加剧跑偏的倾 向。 上述几方面的评价指标主要评价汽车制动时制动性能的好坏。然而一旦 需要解除制动时制动装置能否迅速、彻底解除往往也会影响行车安全，严重 时也会造成事故。例如当车轮抱死制动而汽车有失去控制趋势时，驾驶员通 过放松制动踏板不能迅速解除制动，此时汽车将可能产生侧滑而丧失制动稳 定性。在行车中，若踩下制动踏板后再抬起踏板而不能迅速解除制动，这种 现象称为制动拖滞。除上例外，一般情况下这种现象不会立即引起行车事故， 但如果不及时排除其故障，将会导致制动系损坏，特别是引起制动器过热， 6 哈尔滨r 程大学硕士学位论文 制动蹄片烧蚀，降低车辆制动性能，增加车辆行驶阻力。【司此车轮阻滞力也 应列入汽车制动性能检测项目。但需要指出的是这里所检测的车轮阻滞力除 包含制动系的因素外，还与车轮安装有关，如轴承安装紧度、车轴变形以及 车轮与试验台滚筒之间的安置角等。 2 3 汽车制动性检测项目、检测方法及有关检测标准 根据( 9 1 ) 2 9 号部令汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法中关于 检测站的主要任务规定，除了委托检测须根据委托方提供的相应检测要求进 行检测以外，对在用车辆技术状况进行检测诊断与维修车辆进行质量检测中 涉及的汽车制动性检测内容分别执行j t t 2 0 1 9 5 汽车维护工艺规范、 j t t 1 9 8 9 5 汽车技术等级评定标准、g b t 1 5 7 4 6 卜9 5 汽车修理质量检查 评定标准一整车大修、g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件等标准。 其中g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件中有关检测站需进行的汽车 制动性检测项目与相应技术条件兼容了其他三个标准的相关内容，故以 g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件为主进行介绍。 g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件中除了对汽车制动系提出了主 要技术条件外，还分别规定了台试检验制动性能与路试检验制动性能的检测 项目、检测方法与相应的技术要求。 2 3 1 台试检验制动性能 ( 1 ) 制动性能台试检测项目 i ) 制动力： 2 ) 制动力平衡要求； 3 ) 车轮阻滞力； 4 ) 制动协调时问。 ( 2 ) 台试制动性能检验方法 i ) 用反力式滚筒制动试验台检验 制动试验台滚筒表面应干燥，没有松散物质及油污。驾驶员将车辆驶上 滚筒，位置摆正，变速器置于空档，启动滚筒，使用制动，测取各轮制动力、 每轴左有轮在制动力增长全过程中的制动力差、制动协调时间、车轮阻滞力 和驻车制动力等参数值，并记录车轮是否抱死。 在测量制动时，为了获得足够的附着力以避免车轮抱死，允许在车辆上 增加足够的附加质量或施加相当于附加质量的作用力( 附加质量或作用力不 计入轴荷) ；也可采取防止车轮移动的措施( 例如加三角挚块或采取牵引等方 法) 。 2 ) 用平板制动试验台检验 制动试验台平板表面应干燥，没有松散物质及油污。驾驶员以 5 k m h t o k m h 的速度将车辆对f 平板台并驶上平板，置变速器于空档，急踩 制动，便车辆停住，测得各轮制动力：每轴左有轮在制动力增长全过程中的制 动力差、制动协调时间、车轮阻滞力和驻车制动力等参数值。 ( 3 ) 制动性能台试检验的技术要求 1 ) 制动性能台试检验车轴制动力的要求见表2 1 。 表2 i 台试检验制动力要求 车辆类型制动力总和与整车质量的百分比前轴制动力与轴荷的 百分比 空载满载 汽车、汽车列车 6 05 06 0 注：空、满载状态下测试均应满足此要求。 2 ) 制动力平衡要求 在制动力增长全过程中，左、有轮制动力差与该轴左、右轮中制动力大 1 8 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 者之比对前轴不得大于2 0 ，对后轴不得大于2 4 。 3 ) 车轮阻滞力 汽车和无轨电车车轮阻滞力均不得大于该轴轴荷5 。 4 ) 驻车制动性能检验 当采用制动试验台检验车辆驻车制动的制动力时，车辆空载，乘坐一名 驾驶员，使用驻车制动装置，驻车制动力的总和应不小于该车在测试状态f 整车重量的2 0 ；对总质量为整备质量1 2 倍以下的车辆此值为1 5 。 5 ) 制动释放时间限值 机动车制动完全释放时涮( 从松开制动踏板到制动消除所需要的时间) 对 单车不得大于0 8 5 s 。 根据g b 7 2 5 8 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件6 1 5 3 规定，当汽车经 台架检验后对其制动性能有质疑时，可用道路试验检验，并以满载路试的检 验结果为准“。 2 3 2 路试检验制动性能 ( 1 ) 制动性能路试检验项目 1 ) 制动距离： 2 ) 充分发出的平均减速度； 3 ) 制动稳定性； 4 ) 制动协调时间： 5 ) 驻车制动坡度。 ( 2 ) 路试制动性能检验方法 路试路面应平坦( 坡度不超过1 ) 、干燥和清洁的水泥或沥青路面。轮胎 与路面之间的附着系数不小于0 7 ，风速不大于5m s 。在试验路面上应画出 标准中规定的制动稳定性要求相应宽度试车道的边线。被测车辆沿着试验车 9 道的中线行驶至高于规定的初速度后，置变速器于空档。当滑行到规定的初 速度时急踩制动，使车辆停住。 用速度计，第五轮仪或用其他测试方法测量车辆的制动距离。 用速度计，制动减速度仪或用其他测试方法测量车辆充分发出的平均减 速度( m f d d ) 与制动协调时间。充分发出的平均减速度应在测得公式( m f d d ) 中 相关参数后计算确定。 ( 3 ) 制动性能路试检测项目的技术要求 汽车、汽车列车路试行车制动性能应符合表2 2 一表2 4 规定。 表2 2 制动距离和制动稳定性要求 m 车辆类型制动初速满载检验空载检验制制动稳定性耍求