（机械设计及理论专业论文）平板式汽车制动检测台的研制.pdf

堕叠堡三：堡奎兰堡主鲎焦丝苎 摘要 随着汽车业的飞速发展，汽车保有量不断增加，汽车安全行驶业已成为社 会生活中一个日渐突出的问题，对汽车安全性能进行定期检测成为保证交通 安全的必要手段，而制动性能又是汽车安全性能中一个重要因素，所以，研制 高精度、高自动化程度的汽车制动性能检测系统具有重要意义。 机械部分设计主要是考虑简洁、经济、实用。综合考虑，轴重传感器上加 i v 型滚珠槽和梯形槽，制动板在v 型滚珠槽上运动，通过梯形槽限位。制动力 传感器安装在底板上，在受压状态下检测制动力。侧滑台采用了v 型导轨和水 平滑块导轨相结合、杆式机构拉动传感器的方式。 在平板式制动试验台动态检测系统的硬件设计与研制中，充分考虑各方 面的影响。在传感器选型问题上，选用高精度的传感器且充分考虑安全系数， 以保证测量结果的精度。在本系统中具体采用了电压电流变换的传输方式以 使信号在传输过程中具有较强的抗干扰能力，保证信号的准确性。为测量方 便，信号在进入数据采集前要转换成电压信号，即进行i v 变换。i v 变换通 过精密电阻来实现。对于集a d 、光电隔离数字量输入为一体的数据采集系统 的具体设计问题，选用高精度的a d l 6 7 4 实现a d 转换，在数字量输入部分采取 了光电隔离的措施。硬件系统的功能是通过软件来实现的。 软件系统的设计是基于w i n d o w s 9 8 操作系统，采用m i c r o s o f t 公司面向对 象的编程语言v i s u a lb a s i c6 0 编写实现。本文给出了软件系统的功能框图， 阐述了各组成模块的功能，给出了检测监控漠块的主控程序流程图，硬件系 统送入计算机的信号总不可避免的存在着系统误差和随机误差，所以软件系 统中必包括数据处理以提高系统软件的可靠性。根据本系统的实际工作情况 采用了一元线性回归对系统标定模块的数据进行处理，采用滑动中值滤波和 加权平均滤波相结合的复合滤波方法对检测监控模块的采集数据进行处理。 软件系统的各功能模块实现对汽车制动性能的检测，给出检测结果以评价汽 哈尔滨工程大学硕士学位论文 车的制动性能。最后通过实验验证了系统测试结果的准确性。 关键词：平板式制动检测台；机械系统；测控系统；数据采集；程序 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to ft h e a u t o m o b i l ei n d u s t r y ，t h ea m o u n to f v e c h i c l e sp e o p l eo w ni n c r e a s ec o n t i n u o u s l y s a f ed r i v i n gb e c o m e sas e r i o u s p r o b l e m t i m i n gd i a g n o s i s b e c o m e sa n e s s i s a r y m e t h o dt oa s s u et h es a f e t r a f f i c b r a k e p e r f o r m a n c e i s a i m p o r t a n ta s p e c t o ft h ev e c h i c l e s a f e t y p e r f o r m a n c e s or e s e a r c ha n dp r o d u c eh i g ha c c u r a c y 、h i g h a u t o m a t i cv e c h i c l e b r a k ep e r f o r m a n c es y s t e mh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e m e c h a n i c a lp a r td e s i g n m a i n l yp u r s u es i m p l e 、e c o n o m i c 、p r a c t i c e t h e r e a r et w os e n a r i ot os e l e c t o n ei s t h er o l f i n gw h e e lm o v e m e n t s l o ts t e e ll i m i tt h el o c a t i o nw h e r eb r a k es l a bw a n tt o h o l d a n o t h e rm e t h o di sb a l lr o l l i n g w es e l e c tt h es e c o n do n e s l i d d i n gs l a bw e s e l e c ti st h ec o o p e r a t i o no fv g u i d ea n dh o r i z o n t a lg u i d e s i m p l el e v e rm e c h a n i s m d r a gs e n s o r g i v i n gu pc o m p l e x l e v e rs y s t e ma n dr o l l i n gw h e e l ss i l d d i n g a l t h o u g hr o l l i n g d r u mb r a k e s y e t e m h a sm o r e a p p l i c a t i o n s i no u r c o u n t r y a n dp e o p l ep a ym o r ea t t e n t i o nt ot h i ss t y l eo ft e s t e r t h i sk i n do ft e s t e rt h e f l a ts l a b s y s t e m i sf i tf o r m o v i n gd i a g n o s i s t o g e t h e r w i t h c o m p r e h e n s i v e f u n c t i o n s ，i tc a nd e t e c ts l i d i n ga n dw e i g h tp a r a m e t e r s s og b 7 2 5 8 2 0 0 4h a v ea c l e a rr e g u l a t i o nt h a tt h ef dv e c h i c l e sw h o s ep a s s e n g e rn u m b e ru n d e r9i sf i tf o r f i a ts l a bb r a k et e s t e r w h e nt h ew h e e l sa r el o c k e d ，t h ed e t e c t i n gc a n n tr e a c ht h e s t a n d a r d ，a tt h es a m et i m e ，t h ed r i v e rs u s p e c t st h et e s t i n gr e s u l t t h ev e c h i c l e s h o u l db et e s t e db yt h ef i a ts l a bt e s t e r v e h i c l e st h a tc a nn o tb ed e t e c t e do nt h e r o i l i n gd r u mt e s t e r ( s u c ha s4 - w h e e li n s t a n td r i v i n gc a r s ) s h o u l db ed e t e c t e do n t h ef l a ts l a b i nt h ep e r i o do ft e s t e ra c t i v ec o n d i t i o n sh a r dw a r ed e s i g na n dr e s e a r c h ，f u l l y t h i n ka b o u te v e r ya s p e c t s e f f e c t a b o u ts e l e c ts e n s o r s ，w es e l e c th i 9 1 1 a c c u r a c y s e n s o r ，a tt h es a m et i m ew et h i n ka b o u ts a f ef a c t o re f f i c i e n t l yt o a s s u r et h e r e s u l t s a c c u r a c y i nt h i ss y s t e mw eu s ev i t oc o m m i tt h es i g n a lh a v i n gh i g h a n t i j a m m i n ga b i l i t y ，t oa s s u r et h es i g n a l sc o r r e c t i o n f o rm e a s u r i n ge a s i l y ，t h es i g a l 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i st r a n s l a t e di n t o v o l t a g es i g a l ，i v i sf i n i s h e db ya c c u r a t er e s i s t a n c e f o rd a t a c o l l e c t i n g s y s t e m sc o n c r e td e s i g np r o b l e mt h a tc o l l e c ta da n dp h o t o e l e c t r i c i t y i s o l a t i o nd i g i t a lc o m i n gi n t oo n e w es e l e c ta d 1 6 7 4 w ea d o p tp h o t o e l e c t r i c i t y i s o l a t i o nm e t h o di nt h ep a r to fd i g i t a lc a p a c i t ye n t e r i n g h a r d w a r e sf u n c t i o n c o m e si n t or e a l i t yb ys o f t w a r e s o f t w a r es y s t e md e s i g ni sb a s e do nw i n d o w s9 8 w ea d o p tv b 6 0 t h i st h e s i s d r a ws o f t w a r es y s t e m sf u n c t i o nf r a m ec h a r t ，d e s c r i b ea l lm o d u l e s f u n c t i o n s g i v e t h e m a i n c o n t r o l l i n gp r o g r a m m ef l o w c h a r t t h es i g n a l st h a th a r d w a r es y s t e m s e n d si n t oc o m p u t e rh a v es y s t e me r r o ra n dr a n d o me r r o ri n e v i t a b l e l y , s os o f tw a r e s y s t e mm u s th a v ed a t ap r o c e s s i n gt oi m p r o v es y s t e m sr e l i a b i l i t y w ea d o p t u n i t a r yl i n e a rr e t u r nt od e a lw i t hs y s t e md e m a r c a t em o d u l e sd a t a w ea d o p tt h e c o m p o u n d i n gf i l t e r i n gm e t h o dt h a ti n c o r p o r a t es l i d d i n gm e d i a nf i l t e r i n g a n d w e i g h t i n ga v e r a g ef i l t e r i n gt od e a lw i t ht h ec o l l e c t i n gd a t at h a td e t e c t i n gm o d u l e g e t s o f t w a r es y s t e m s f u n c t i o n a lm o d u l e sc a n m o n i t o r i n g a u t o m o b i l e s b r a k e p e r f o r m a n c e g e td e t e c t i n gr e s u l t st oe v a l u a t ev e h i c l e s sb r a k ep e r f o r m a n c e a tl a s t t h r o u g he x p e r i m e n t sv e r i f yt h er e s u l t s c o r r e c t i o n k e yw o r d s ：f l a ts l a b b r a k e d e t e c t i n gs y s t e m ；m e c h a n i s m ；d e t e c t i n g a n d c o n t r o l l i n gs y s t e m ；d a t ac o l l e t i n g ；p r o g r a m 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：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。所有观点、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，本论文不包括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( 签字) ： j 1 砀 i 日期：年少月) 日 f， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 题目研究的目的和意义 1 1 1 题目研究目的 国家当前对汽车安全性能检测十分重视，继9 7 年出台了g b 7 2 5 8 - 1 9 9 7 强制性检测标准后，又联合公安部和交通部的相关部分予2 0 0 4 年出台了 g b 7 2 5 8 - 2 0 0 4 强制性国家标准。而制动检测是汽车安全性能检测的关键项目， 制动的好坏直接关系到人民的生命财产安全。 随着家庭轿车的普及，平板式的制动检测台近年得到了越来越广泛的应 用。该型检测台能更好地检测汽车动态下的制动性能，由此g b 7 2 5 8 2 0 0 4 明确 规定，检测9 座以下前驱乘用车制动性能益采用平板式制动检测台。由于车轮 抱死导致制动力测试不合格，驾驶员对测试结果质疑时，以及对于无法用滚筒 反力式制动检测台检测的车辆( 如四轮同时驱动车辆) 也要用平板式制动检 测台进行检测。但国内对该型检测台的研究深度和应用广度不够，经过对有 此设备的检测站的现场工作人员进行调研发现，由于各检测站多年来普遍采 用滚筒式制动检测台，而平板式内部件不外露，故此对其知之甚少借此题 目对其进行研发。以弥补对滚筒式制动检测台认识较多，丙对平板式制动检 测台认识上的不足。 1 1 2 课题研究意义 随着2 l 世纪的到来和我国加入世界贸易组织，我国汽车特别是轿车保有 量迅速增加，同时也给我国汽车行业带来一定的冲击，对于轿车，由于当代 轿车车速高，制动时车身重心转移大。在轿车设计制造时，前轴制动力大于 哈尔滨工程大学硕士学位论文 静态轴荷的1 0 0 9 6 ，后轴制动力小于静态轴荷的4 0 5 ，对于汽车生产部门，大部 分车辆都装有h b s 装置后，必须把好出厂检测关，提高汽车的使用性能。然而， 在汽车检测实践中，有这样一种反常现象，即有些高档、性能良好的轿车， 在制动检测台上测试结果反而不合格，这是由于目前我国制动检测设备自身 结构造成的因此，在结合我国国情和不断完善各方面工作的基础上，应将 现有的汽车制动检测系统由被动式、静态检测系统向主动式、动态式检测系 统过渡，使检测过程更接近于路试，并强调计算机的应用“1 。由此可见，平 板式制动检测台是应用的必然。平板式制动检测台的推广应用将给检测行业 带来异常深刻的改革，同时也将产生巨大的社会效益和经济效益。 1 2 国内外相关领域研究现状及发展方向 国外一些经济技术比较发达的国家早在4 0 、5 0 年代就发展成以故障诊断 和性能调试为主的单项检测技术，进入6 0 年代后获得较大发展。逐渐将单项 检测技术连线建站，在向着即能进行维修检验又能进行安全与环保检测的综 合检测的方向发展2 。 5 0 年代我国汽车检测行业还主要采取传统的检测方法，8 0 年代国内汽车 检测技术得到迅速发展。但国外引进的技术和设备占相当比例。现在全国已 建立3 0 0 多个检测站上千条检测线，检测设备也得到迅速发展，产品的品种 规格已在两千多种以上，基本满足国内需求。为了提高检测效率，保证检测 数据的公正性、准确性。检测线的自动化是检测线发展的必然趋势。一九九 三年清华紫光电器科技公司依托清华大学率先研制成功全自动机动车安全性 能检测系统，此后a c m l k z q j i - 1 等型号的全自动检测线相继研制成功。这些系 统的部分功能已达到国际先进水平。 汽车检测技术的发展和提高离不开微电子技术和计算机技术，在各个生 产和科学技术领域得到不断的广泛而深入的应用，测控技术及仪器仪表也取 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 得了突飞猛进的发展，随着电子计算机的发展，7 0 年代初出现的检测控制自 动化、技术数据处理自动化技术等综合检测技术提高了检测的自动化程度和 效率，主要表现在精度高、可靠性高。检测技术在小型化、低功耗、抗干扰 能力强和多功能等方面进步显著，随着信息处理技术和微计算机技术在检测 技术领域中的应用，创造出许多新型的测量方法和仪器，使检测技术发展为 以微计算机为核心的在线测控技术。具有典型意义的预4 控系统在包括汽车性 能检测等各个领域不断被研制和开发出来跚。目前一些国家的现代汽车检测 技术已基本达到广泛应用的阶段，在交通安全环境保护、节约能源、降低运 输成本和提高运输能力等方面带来了明显社会效益和经济效益。 汽车制动台和轴重台通常以额定承载质量( 设备允许承载的受检车辆轴 载质量的载荷) 为主参数划分产品规格。世界上的两大模式中，日本模式的产 品系列为1 5 3 o 6 o 1 0 o ( t ) ；欧洲模式( 以德国为例) 的产品系列为 0 5 2 5 ( 3 5 ) 1 3 o 1 6 0 ( 1 5 o ) ( t ) 目前国内多数厂家沿用日本模式并 以l o t 级产品作为产量最大的基本型产品。现在滚筒式制动检测台在各检测 站采用较多，在这一系列产品中，日本产检测台的特点是摩擦滚筒直径小， 一般直径为1 2 0 咖左右，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，数据显示多为指针式西欧式检测台的 特点是摩擦滚筒直径大，一般直径在2 6 5 m 左右，且筒表面涂敷摩擦材料， 摩擦系数较高，可达0 8 0 9 ，制动线速度高，3 吨以下车辆的线速度为 2 5 - 3 k m h 。在两滚筒之间有两个第三滚筒，数据显示为指针式弼滚筒式的 制动检测台我们国家引入了日本弥荣公司、日产公司的；德国马哈、申克公 司的：英国克雷普顿公司；意大利钻石公司的产品。我们最早引进的平板式 检测台是意大利的威迈格平板式制动检测台。这种检测台可几种性能同时检 测。从原理上看，平板式检测台是主动、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检测平板上受到地水 平与垂直力检测出来，平板式制动检测台就完全可以如实地把汽车制动过程 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 检测出来“1 。作为新一代产品一平板式制动检验台，虽一时无法完全代替反 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，发挥着巨大作用。 以后平板式制动检测台将向高精度，高自动化方向发展，制动检测将变的更 快捷。 1 3 论文主要研究内容及技术途径 1 、制动时力学分析及制动检测方法 对汽车在制动板上的受力情况进行分析，对制动时车轮的受力情况进行 分析，研究地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系，探讨制动性能 检测的几种方法，在平板式制动检测台上的运动及受力情况进行分析。 2 、制动检测台机械结构设计 对制动检测台机械部分进行设计，包括制动检测和侧滑检测两部分机 械部分设计包括尺寸确定和详细设计。详细设计的重点内容是盖板和底板的 连接以及传感器的安装，用c a d 绘制零件图及装配图。 3 、制动检测台控制系统硬件设计 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 设计等内容，考虑到传感器的输出信号是超过2 0 米的长线传输，故加装 了v i 及i v 电路，设计了抗干扰电路。 4 、制动检测台控制系统软件设计 下位杌采用8 9 c 5 1 单片机，设计了内部程序，编制了主程序，设计了上 位机( p c ) 与下位机( 单片机) 的通讯程序。 5 、系统调试和实验 对系统进行调试。采用两种方法进行实验验证，一种是测力准确性验证， 一种是平板和滚筒两种检测台的比较验证。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章平板式制动检测台总体方案论证 2 1 汽车在制动台板上时的受力分析 i 、制动时汽车受力分析 汽车在行驶时具有一定动能，在下坡时还存在一定的势能。如要其减速 或停车，必须对其施 加一个与行驶方向或 下滑方向相反的外力， 以克服汽车所具有的 动能或在坡度上的势 能，使汽车产生减速 度，达到降低其行驶速 度的目的。这个迫使汽 车行驶速度迅速降低， 以至及时停车所需的 外力，即通常所说的制图2 i 在台板上制动汽车的受力图 动力。汽车的制动力越大，制动减速度就越大，制动距离就越短。所以制动 力对汽车制动性能具有决定性的影响。汽车制动时所需的外力只能由地面和 空气提供。但由于空气阻力相对较小，所以实际上外力是由地面提供的，我 们称之为地面制动力这时汽车上将受到下列各力作用： 作用在汽车重心上指向前方的惯性力f ，； 滚动阻力f ，； 空气阻力f - ； 坡度阻力f | ； s 哈尔滨工程大学硕士学位论文 在车轮上由于制动器的作用，地面对前、后车轮给予的制动力】【b 。和k ； 车重g ； 地面对前、后车轮的法向反作用力z t 和乙； 如图2 1 所示，其中0 表示汽车重心。当汽车制动时，在水平方向上的平 衡方程为： 乃- x b l + 五2 + 乃+ e + e ( 2 1 ) 当在水平、坚硬路面上车速不高的情况下制动时，可以认为，- 0 ， e - 0 ，e - 0 ，则 乃一毛+ 五2 ( 2 _ 2 ) 即车轮所产生的地面制动力x b 。、x b ：全部用于克服汽车的惯性力 对后轮和前轮接地点分别取力矩后，可求得地面对前、后车轮的法向反 作用力z l 和z ：为： z 。b - g + x b h t ( 2 3 ) 厶，- 一 厶一o ， 工 z 。 (24)2 a g - x b h s - 一 一 ， 工 若在制动过程中，路面条件不变，则z l 和z ：随毛作线性交化。z l 随x b 增 加而增大，而随邑增加而减小。因此，汽车在制动时期前端有向下俯冲的现 象，也就因而产生了轴荷转移现象嘲。当制动力达到最大值时，地面的法向 反作用力( 即动态轴荷) 也达到极值( 最大值或最小值) ，这样可以通过动 态下的制动力与轴荷之比来判断机动车的制动性能优劣，使之更能反映实际 情况。 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 f 俑 图2 2 制动时车轮受力图 2 、制动时车轮受力分析 下面分析一下行驶车轮在平坦路面上制动时的受力情况，车轮为蹄鼓式 制动器结构( 如图2 2 ) 假设忽略，、f w 、f 的影响，则滚动车轮受的 外力有垂直载荷g ，地面对车轮的法向反作用力z ，制动器对它产生的摩擦 力矩m ，车辆在减速时对车轮的惯性力f ，以及地面对它的制动力五， 其中： m 。- e | i l r ( 。m ) ( 2 5 ) 式中：e 代表制动蹄压向制动鼓的法向力，它由制动系踏板力或气压、油 压p 产生( n ) ；弘代表制动蹄、鼓间摩擦系数；r 代表割动蹄半径( m ) 当m 。 传到车轮后，由于车轮与路面有附着作用，车轮对路面作用着一个向前的周 缘力瓦，它的反作用力最称为制动器制动力它相当于把汽车架离地面，并 踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力。显 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 f b f f 、 r 址f p 制动系油压p 图2 3 地面制动力、制动器制动力与附着力关系图 e 兰生 ( n ) ( 2 6 ) ， 然上式中；代表车轮有效半径( m ) 。即瓦仅与制动器结构形式和参数、 制动器摩擦副的摩擦系数以及车轮半径有关，它与只成正比，即五值随制动 踏板力兄或制动系中的气压、液压值p 的增长而成线性增加。 3 、地面制动力、制动器制动力与附着力之阋的关系 在制动时，根据摩擦力矩j i f 。的大小，车轮会出现两种运动状况一是 m p 不大，车轮仍以 o 在滚动，另是膨，很大，产生的忍很大，超过 了车轮与地面的附着条件( 即大于附着力e ) ，此时的车轮称为抱死状态， 即却。当车轮仍有滚动时，外界给车轮的地面制动力瓦。应等于制动力瓦， 即 瓦一e ( 2 7 ) 当车轮被抱死时，由于向前惯性力的影响，车轮要在地面上拖滑。此时 的地面制动力瓦则决定于车轮与地面的附着力。而最可随制动踏板力 或气压液压p 值的增大而继续增加，可出现瓦大于巩的情况。因此，在制动 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 时可得到的最大地面制动力以。只能等于附着力，即兄。一- 乙。 也就是说j 名的大小，其一般关系式为： 五；墨e ( n ) ( 2 8 ) 根据上述讨论，制动过程中各力相互间的关系如图2 3 所示，由此可得到 结论：汽车的地面制动力瓦首先取决于由制动器摩擦力矩所形成的制动力 e ，但同时又受到地面附着条件的限制，所以只有当汽车具有足够的制动器 制动力e ，同时地面又能提供高的附着力只时，才能获得足够的地面制动力 j 0 ，以获得好的制动效能。对整车而言，所获得的最大地面制动力，则为 各车轮地面制动力五。之和，即 以。- 三以g 妒( n ) ( 2 - 9 ) 持续制动一段时间，当驾驶员松开制动踏板后，制动力的消除还需要一 段时间，所以制动力在这段时间内会下降。故整个制动过程中制动力变化曲 线如图2 4 所示册： 黼f 匕l 通过上述的分析，可以得知，为了能测出汽车的制动器制动力，必须使 车轮始终处于滚动状态，通过公式可以看出，要达到这一目的，有两个途径： 一是增加轴荷。在用滚筒检测台测量制动时，为了获得足够的附着力，以避 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 免车轮抱死，允许在车辆上增加足够的附加质量。而用本检测台测量制动性 能时，由于是模拟实际路面的制动情况，有轴荷的转移，这就等于给车辆加 上了附加质量。第二个途径就是增加台板表面的附着系数，通过增加妒值来 达到地面制动力的目的，本论文将在后续篇幅中对这一问题进行阐述。 2 2 制动性能检测方法嘲 l 、用制动距离检验行车制动性能 机动车在规定的初速度下的制动距离帮和制动稳定性要求应符合表3 的 规定。对空载检验的制动距离有质疑时，可用表2 1 规定的满载检验制动距 离要求进行。 制动距离：是指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) 时起至机动车停住时止机动车驶过的距离。 制动稳定性要求：是指制动过程中机动车的任何部位( 不计入车宽的部位 除外) 不允许超出规定宽度的试验通道的边缘线。 表2 1 制动距离和制动稳定性要求 制动初满载检验制空载检验制试验通 机动车类型速度 动距离要求 动距离要求道宽度 b n hmmm 三轮汽车 2 0 5 o 2 5 乘用车 5 02 0 o1 9 o 2 j 总质量不大于3 5 0 0 k g 的低速货车 3 0 9 08 0 2 5 其它总质量不大于3 5 0 0 k g 的汽车 5 0 2 2 02 1 0 2 5 其它汽车、汽车列车 3 01 0 09 0 3 o 两轮摩托车 3 07 0 边三轮摩托车 3 08 o2 5 正三轮摩托车 3 07 j2 3 轻便摩托车 2 0 4 0 轮式拖拉机运输机组 2 0 6 56 0 3 o 手扶变型运输机 2 0 6 5 2 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 、用充分发出的平均减速度检验行车制动性能9 1 汽车、汽车列车在规定的初速度下急踩制动时充分发出的平均减速度及 制动稳定性要求应符合表2 2 的规定，且制动协调时间对液压制动的汽车不 应大于0 3 5s ，对气压制动的汽车不应大于0 6 0s ，对汽车列车、铰接客车 和铰接式无轨电车不应大于0 8 0s 对空载检验的充分发出的平均减速度有 质疑时，可用表2 1 规定的满载检验充分发出的平均减速度进行。 充分发出的平均减速度m f d d ： 脚。面v 丽：- k ( 2 - 1 0 ) 2 5 9 以s 一s 。) 式中；f m d 卜充分发出的平均减速度，单位为米每平方秒( s 2 ) ： v o 试验车制动初速度，单位为千米每小时( k m h ) ； v 广- 0 8v o ，试验车速，单位为千米每小时( 1 m h ) ； v _ 巾1v o ，试验车速，单位为千米每小时( 1 锄h ) ； 试验车速从v 。到v 。之间车辆行驶的距离，单位为米( m ) ； s 广试验车速从v 到v 之间车辆行驶的距离，单位为米( m ) 制动协凋时闻：是指在急踩制动时，从脚接触制动踏板( 或手触动制动手 柄) 时起至机动车减速度( 或制动力) 达到表2 2 规定的机动车充分发出的平 均减速度( 或表2 3 所规定的制动力) 的7 5 时所需的时间 表2 2 制动减速度和制动稳定性要求 制动初 满载检验充空载检验充 试验通 机动车类型 速度 分发出的平分发出的平 道宽度 均减速度 均减速度 k m hm m s 2m s 三轮汽车 2 0 3 8” 乘用车 5 0 5 96 2 2 5 总质量不大于3 5 0 0 k g 的低速货车 3 0 5 2 5 6 z 5 其它总质量不大于3 5 0 0 k g 的汽车 5 0 5 45 8 2 5 其它汽车、汽车列车 3 0 5 o5 4 3 0 l l 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3 、制动性能台式检验项目 g b 7 2 5 8 - 2 0 0 4 台试检验制动力要求 表2 3 台式检测制动力国标 制动力总和与整车重量的轴制动力与轴荷a 的百分 百分比比 机动车类型 空载满载前轴后轴 三轮汽车 4 56 0b 乘用车、总质量不大于 6 05 06 0b2 0b 3 5 0 0 k g 的货车 其它汽车，汽车列车 6 05 06 0b 摩托车 6 05 5 轻便摩托车 6 05 0 8 用平板制动检验台检验乘用车时应按动态轴荷计算 b 空载和满载状态下测试均应满足此要求。 注：a 、6 8 7 2 5 8 1 9 9 7 制动检测中对后轴没有和的要求，对后轴差的要求只是 比上左右轮制动力大者不大于2 4 ，对前轴不大于2 0 9 6 。新标准对后轴有 和的要求，对后轴差的要求分两步 b 、动态载荷的概念 在制动力增长全过程中同时测得的左右轮制动力差的最大值，与全过程 中测得的该轴左右轮最大制动力中大者之比，对前轴不应大于2 0 ， 对后轴( 及其它轴) 在轴制动力不小于该轴轴荷的6 0 时不应大于2 4 ；当后轴( 及其它轴) 制动力小于该轴轴荷的6 0 时，在制动力增长 全过程中同时测得的左右轮制动力差的最大值不应大于该轴轴荷8 。 2 3 平板式制动检测台设计方案 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 5 平板式制动检测台 卜控制台2 _ 侧滑测试平板3 、5 - 制动一轮荷测试 平板4 - 空板6 一拉力传感器7 、l o 拉压传感器 8 一面板9 _ 钢球1 1 - 底板 平板式制动检测台如图2 5 所示，一般由面板( 制动板、侧滑板和辅助 板) 、底座、轴重传感器，拉压力传感器、位移传感器等组成，面板相对于底 板可以滑动，底板是固定的钢板，为了保证在制动瞬间面板可以灵活运动， 底部的摩擦力应非常小，故在相对运动的接触部分需要润滑检验台采用双 板结构，上层板( 面板) 为承载板，下层板( 底座) 主要用来与地面固定。所有 面板均由两层板通过工字钢焊接而成，在焊接时要求采用特殊的工艺，以防 止盖板的翘曲和交形，最后在盖板的上面点焊丝网，以增加盖板表面的摩擦 力。 制动力检验台实现的功能是测制动力，同时作为复合式检测台还要测出 轴重。由于每个车轮由一块板支撑，所以轴重须采用传感器信号相加的方式 1 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 测得。为了保证底部支撑的稳定性和受力均匀性，每块板采用四个支撑点。 当汽车驶上板时，由于安装及加工的缺陷很难同时保证四板的平面度。我们 采取的方法是在每块制动板的四角作为支撑点，各自安装轴重传感器进行测 量，各个传感器安装在制动板两层夹板之间，与上层板通过螺栓固定。 制动力的检测依靠安装在底座前端的拉压传感器来测量。本设计我们采 取传感器受压的方式即将传感器安装在底座上位于制动板的正前端。当汽车 刹车时，刹车力施加给制动板。制动板前移正好把刹车力施加到制动力传感 器上，从而测得汽车刹车过程中实际产生的制动力大小。为使测量避开传感 器的非线性区，系统在底座上配有制动传感器预推力装置，对传感器施加一 定量的预压：同时在测控系统中采取了防止称重、测力等信号之间与外部相 互干扰的措施。由于汽车制动作用于面板上的力很大，要充分考虑连接部件 的强度和受力，轴重传感器横向放置，并加工三个孔，一孔下端加工成倒v 型槽与底座v 型槽里直径为1 0 哪的钢珠相接触，起支撑制动板和防止板左右 运动的作用；一孔安装一根螺纹轴，轴的下端加工成一梯形滑块与底座相连 接，防止板上下左右运动；另一孔与制动板连接，固定传感器。由于制动板 的滑动距离很小，为了便于拆装和维修，节省材料，在底座钢板上开纵向的 v 形导轨和梯形导轨，考虑导轨强度方面的因素，导轨面要求淬火处理。这 样，制动板既可以通过钢珠在底板上沿纵向移动，又可以通过滑块连接限制 制动板与底座之间的侧向自由度和水平跳动。 测滑的检测采用单板式测量，另一板固定，上下两层板通过导轨相连 由于侧滑速度快，作用于板上的力的时间短，设计导轨一面为水平长方体滑 块式结构，另一面为v 型结构，采用滚珠滚动式。导轨均有两部分组合成，v 型导轨垂直放置，一部分与侧滑板固定，一部分与底座固定；水平滑块式导 轨两部分均与底座固定，滑块通过螺栓与侧滑板固定。这样可以限制侧滑板 沿着行车方向的自由度，而只保留侧滑板的侧向自由度。考虑导轨强度方面 的因素，v 型导轨面要求淬火处理，在底座边缘安装位移传感器。侧滑的测 1 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 量是通过侧滑板下面杆式机构推动位移传感器测定的。此外板式汽车测试系 统测得的侧滑量和双板连动的一样都是总的侧滑量”。 出于防尘的考虑，我们将检验台的面板设计比底座钢板稍宽，通过上下 板咬合遮挡住。 在测试系统设计中，我们选择传感器对信号进行相应处理后送单片机进 行数据采集再串行输入工控机的方式。传感器信号一共有7 路，四个制动力 信号、两个轴重信号，一个侧滑信号。分别由a d 6 2 0 进行放大，再进行v i 、 i v 转换，经a d 2 0 2 进行隔离后，送a d l 6 7 4 进行模数转换。实际测试时，提 示启车上线，经光电开关1 、2 之间的测速段，使车速限制在5 l o k m h 范围 内，调用单片机延时子程序：时间= 后制动板长测得车速后，由侧滑板下的 差动变压器式位移传感器测取前轮侧滑值，当第3 光电开关有信号，开始测 取动态轴重、制动力，当制动力不再有增加时，测取静态轴重，延时一固定 值后提示启车。当第3 光电开关再次有信号提示手刹车，并测取后制动力， 以上即可完成检测项目。 主程序由v b 编制，加入了数字滤波方法以得到准确的数值，对制动检测 台进行标度变换和数据处理，最后进行试验验证 2 4 平板式制动检测台的使用方法及特点 检测汽车制动性能时，检测台应处于开机状态，被检汽车以5 l o k m h 的速度驶上平板，试车员根据显示器上提示的信息及时迅速地踩下装有踏板 压力计的制动踏板，使车辆在测试平板上制动直至停车与此同时，数据采 集系统通过各传感器采集制动过程中的全部数据，并经计算机分析处理，在 显示器上以数字、图形、曲线形式显示检测结果，最后可用打印机将检测结 果打印出来。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 6 平板式制动检测台效果图 平板式检测台结构简单、安装方便、检测速度快、工作可靠性高。由于 被测车辆采用紧急制动方式，基本反映制动过程的实际情况，尤其能反映由 于车辆制动引起的动态轴荷变化，从而防止了附着性能对制动力检测的影响， 完全可以检测轿车高速制动时车身重心向前转移引起的前轴最大制动器制动 力。由于平板式制动检测台可对汽车前后桥制动力同时进行检测，而且在检 测台上的测试条件和实际车辆制动时的情况基本一致，因此测试结果能反映 前后桥的同步情况和前后制动力的分配，对装有比例阀的车辆制动性能测试 更为有利。 平板式制动检测台有许多优点： 1 、在测试平台的台面上焊有有钢板冲压制成的钢网，具有远高于路面的 附着系数，在正常磨损范围内可以确保制动性能的检测。 2 、比较滚筒式制动检测台，能同时对汽车的四个车轮做动态测试。 3 、为多功能综合的复合检验台。检验制动力的同时还可进行侧滑的检测 4 、平板式检测台能较好地模拟道路检测，采用动态检测方法，对汽车制 动、侧滑性能的检测结果具有真实性。此外，平板式检测台不需安装电动机， 耗电量约为滚筒式的1 1 0 0 ：安装简单，占地面积小，节省投资，操作简便，测 1 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i 试速度快。几乎不需日常保养，维护成本低。 5 、平板式检测台的检测系统，具有较高智能化，良好的可靠性，优越的性 价比。 2 5 本章小结 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 时能维持一定速度，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到汽车的行驶安全。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 性能、道路的附着条件以及与制动操作有关的人体工程学有密切关系。本章 论述汽车制动性评价指标、汽车制动性评价指标、汽车制动性检澍方法、检 测项目和检测技术要求。此外本章还阐述了平板式制动检测台的总体设计方 案及其使用方法和特点。 1 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第3 章平板式汽车制动检测台机械系统设计 3 1 总体尺寸确定 3 1 1 制动板尺寸的确定 1 、确定原则： 对于轮距在1 2 0 0 m m 1 8 0 0 m m 这个范围内，轴距在2 1 7 5 咖3 3 0 0 哪这个 范围内的车辆都可以上平板式制动检测台进行检测。 表3 1 各车型相关数据 车型车重轴距前轮距后轮距 臭迪2 5 0 0 2 5 9 01 4 3 01 4 5 0 奥拓1 2 2 1 7 51 2 1 2 1 5 宝马1 5 6 5嬲1 5 5 8 1 5 8 2 奔驰 1 6 2 8 5 81 伽 1 4 舒 菲亚特 1 5 8 52 7 7 51 5 3 0 1 5 3 5 风雅 2 5 7 02 8 8 01 6 2 91 6 2 6 福克斯 1 1 3 02 4 3 01 3 1 3 1 0 高尔夫 1 6 7 62 6 2 01 5 3 31 5 3 8 皇冠 1 6 7 6嬲1 5 5 61 5 5 8 菱绅 1 8 5 52 8 船1 5 6 71 5 舳 陆风1 8 5 9 2 8 5 41 5 5 21 5 8 2 颐达2 8 5 0 3 3 1 01 7 1 6 1 碍5 依维柯3 1 2 0 2 8 1 9 1 7 1 6 1 6 8 5 雨燕 2 3 5 02 8 0 01 6 8 3 1 5 4 0 中华 1 4 5 4瑚31 4 9 8 1 5 0 0 2 、根据车型的有关数据确定尺寸： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 以较重的依维柯车为例推算汽车的单轮作用力为： 3 1 2 0 4 6 0 9 8 = 4 4 3 9 4 n 确定初选值：单轴重为1 5 0 0 k g 。 根据轮胎制造厂以及车辆轮胎应用的有关资料，查得轮胎尺寸： 表3 2 轮胎数据资料 轮辋直径轮胎