（机械电子工程专业论文）轻、中卡制动器综合性能试验台的研究.pdf

轻、中卡制动器综合性能试验台的研究 摘要 汽车的制动性是确保车辆行驶的主、被动安全性和提升车辆行驶的动力性的 决定因素之一。重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况 有关，故汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。而制动器是制动系中直接作 用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全部件，所以它的工作性 能就显得尤为重要。 因此，进行制动器试验，检铡其装配质量，评价它的综合性能，成为改善制 动器制动性能不可或缺的一部分。所以，研制一种模拟性能好、试验精度高的制 动器试验台十分必要 本文严格参照国家制动器试验标准和性能要求，研究了单端惯性式制动器性 能试验台的设计。它以机械惯量来加载，通过调整飞轮组合，可以模拟各试验所 需惯量。该试验台适用于轻、中卡液压和气压系统驱动的鼓式、盘式制动器。本 文以设计试验台为核心，并首先阐述汽车制动器的设计原理和方法，介绍各型式 制动器盼优缺点及选型；之后，通过研究影响制动器效能的因素，了解检测制动 器制动性能的关键；然后经过比较国内外制动器试验标准及性能要求，了解我国 制动试验标准的不足，并提出了几点建议；最后，分析了制动试验结果的实际意 义。 关键词：制动器制动效能飞轮惯量模拟 2 r e s e a r c ho nt h eg e n e r a lp e r f o r m a n c et e s tr i gf o rb r a k e so ft h e l i g h tt r u c k sa n d t h em i d d l et r u c k s a b s t r a c t t h eb r a k i n gp c r f o r m a n c ei so n eo ft h ec r u c i a lf a c t o r so fe n s u r i n gt h ed r i v i n g s e c u r i t ye n di m p r o v i n gt h ed r i v i n gp e r f o r m a i l c e t h eb i gt r a f f i ca c c i d e n t sa l w a y s r e l a t e st ot h et o ol o n gs t o p p i n gd i s t a n c ea n dt h es i d e s l i pt h a th a p p e n sd u r i n gt h e e m e r g e n ts t o p p i n g s o ，t h eb r a k i n gp e r f o r m a n c ei st h ei m p o r t a n tg u a r a n t e eo f t h es a f e d r i v i n g t h eb r a k e sa r et h ek e yd e v i c e sw h i c hr e s t r i c tt h em o v e m e n to fv e h i d e s d i r e c t l y , a n dt h em o s ti m p o r t a n ts a f ep a r t s s o ，t h eb r a k i n gp e r f o r m a n c ei sp a r t i c u l a r l y c r u c i a l t e s t i n gt h eb r a k e s ，c h e c k i n g t h e a s s e m b l y , a n de s t i m a t i n g t h e g e n e r a l p e r f o r m a n c eh a v eb e c o m et h ec r u c i a ls t e po fi m p r o v i n gt h eb r a k i n gp e r f o r m a n c e s o ， i ti sv e r yn e c e s s a r yt od e v e l o pah n do ft e s tf i g sw h i c hh a v eg o o ds i m u l a t i o n p e r f o r m a n c ea n dh i g ht e s t i n ga c c u r a c y a c c o r d i n g t ot h en a t i o n a lb r a k e t e s t i n gs t a n d a r d a n dt h ep e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s ，t h es i n g l eh e a di n e r t i at e s tr i gf o rb r a k e si sr e s e a r c h e di n t h i sp a p e r t h i st e s tr i gl o a d 谢mt h em e c h a n i c a li n e r t i aa n dc a ns i m u l a t e st h ei n e r t i aw h i c ht h e t e s t i n gi t e m sr e q u i r e dt h r o u g ha d j u s t i n gt h ef l y w h e e l s t h i s t e s tr i gi sa p p l i c a b l et ot h e d r u ma n dd i s kb r a k e sd r i v e nw i ma i ro rl i q u i do nt h el i g h to rm i d d l et r u c k s t h e d e s i g no nt h et e s tr i gi st h ec o r eo ft h i sp a p e r f i r s t l y , t h et h e o r yo fb r a k ed e s i g na n d t h ep r o p e r t yo f e a c hb r a k ea r ed e t a i l e di n t r o d u c e d s e c o n d l y , t h ek e yp o i n t so f t e s t i n g t h eb r a k i n gp e r f o r m a n c ea r ek n o w na f t e rr e s e a r c h i n gt h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e si t t h i r d l y , t h es h o r t a g eo fo u rn a t i o n a lb r a k et e s t i n gs t a n d a r di s f o u n db yc o m p a r i n g w i t ht h ef o r e i g nt e s t i n gs t a n d a r d ，a n ds e v e r a ls u g g e s t i o n sa r ep r o p o s e df o rs t a n d a r d e s t a b l i s h i n g t h es i g n i f i c a n c eo f t h et e s td a t aa r ea n a l y z e da tt h ee n d k e yw o r d s ：b r a k eb r a k i n gp e r f o r m a n c ef l y w h e e li n e r t i as i m u l a t i o n 3 图1 1 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图3 。l 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图5 1 图5 2 图5 3 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 6 插图清单 c a r lsc h e n c ka g 试验台结构简图3 制动器的主要结构型式 7 鼓式制动器原理及参数图 8 盘式制动器原理图 9 汽车制动时的质量转移10 道奇轿车前、后轮制动器温升情况1 1 车轮在制动时的受力情况12 制动器制动力、地面制动力与踏板力的关系13 某载货汽车的i 曲线和线13 钳盘式制动器的摩擦衬块尺寸l7 试验台结构示意图2 2 s o l i d95 单元图2 9 飞轮三维模型30 飞轮网格划分图30 飞轮所受约束及载荷图3l 飞轮应力云分布图32 飞轮应变图32 汽车的制动过程38 制动衰退效应图4 0 温度对摩擦系数及制动力的影响41 制动器因数与摩擦系数的关系曲线4l 制动初速对减速度的影响4 2 插塞式热电偶4 6 热电偶在鼓式制动器上的安装47 制动力矩和制动时间关系图51 试验模式的选择界面5 4 第二次效能试验55 调整模式界面5 5 制动力矩一制动时间关系曲线5 6 最大制动力矩一试验转速关系图57 制动时间一试验转速关系图57 表格清单 表卜1q c t 2 3 9 1 9 9 7 货车、客车制动器性能要求2 表2 - 1 制动鼓最大内径 1 6 表2 2 制动器材片摩擦面积 1 6 表3 - 1 两个车型的原始数据2 4 表3 2 两车型惯量值2 7 表3 3 飞轮的实际参数 2 8 表5 1 欧、美、日、瑞典的有关标准、法规对制动效能的规定 4 4 表5 2s a e j 2 1 1 5 热衰退试验程序4 9 表6 - 1 最大制动力矩和制动时间5 7 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，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 金目b 三些盘堂或其他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 谢意。 学位论文作糍：盘妒签字日期：驴7 年，胡罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权合 肥工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 篮 签字日期：d 7 年似月g 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位； 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 两年半紧张而充实的研究生生活即将结束。在此毕业论文成稿之际，谨以 只言片语向这两年来在各个方面支持、帮助、关心过我的人们表示真挚的感谢。 首先，由衷感谢我的导师谢峰教授在我研究生学习阶段对我的深切关怀和 谆谆教诲。感谢谢老师在我攻读研究生阶段为我的成长倾注的心血：感谢他在我 苦于寻求前进方向时给予我的指引；感谢他为我学习知识、锻炼技能提供的平台。 谢老师严谨的处世态度、负责的工作风格、敏锐的洞察能力在两年多的学习生活 中使我受益匪浅。从中获取的感悟并将会一直伴随着我以后的工作和生活。最后， 还要特别要感谢谢老师长期以来对我的信任和支持，“知遇之恩，无言以表”。 感谢林巨广教授为我提供了良好的学习研究平台，让我得到了巨大的收获。 感谢刘波师兄在我硕士学位论文写作期间对我的指导和建议。他清晰的思 路和丰富的经验对我完成学位论文提供了莫大的帮助。在此，同时要感谢丁苏赤 老师对我的论文写作提供的支持。 感谢刘军部长、丁苏赤老师、陈娃欣老师、任永强老师、石爱文工程师、郭 金虎工程师、王建中工程师多年来对我工作能力培养提供的指导和帮助。感谢合 肥工业大学汽车装备工程技术研究所以及江淮自动化装备有限公司的其他各位 老师、同事、和朋友，感谢我在人生最重要的阶段得到你们的关怀和鼓励。 感谢研究所所有的师兄、师姐、师弟和师妹给予的兄弟般的支持和关爱。 感谢我的同学及好友杨洪彬、韩江波、魏义、俞琦、汤伟、吴磊、罗辉、楼赣菲、 雷小宝、纪王芳、杨丽英、蔡高坡、陆平、赵刚，是他们的陪伴使我的研究生生 活变的多彩而不平淡、愉悦而不乏味。 最后，再次由衷感谢所有认识和知道我的人，是你们造就了今天的我，是 你们给予了我宝贵的人生财富。感谢你们1 4 作者：盛军 2 0 0 7 年8 月2 4 日 第一章绪论 1 1 课题意义及目的 汽车制动系是用于使行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车的车速保 持稳定以及使已停驶的汽车在原地( 包括在斜坡上) 驻留不动的机构。汽车制动 系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车 速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全、停车可靠，汽车制动系 的工作可靠性显得e t 益重要。也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才 能充分发挥其动力性能【”。而制动器是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关 键装置，是汽车上最重要的安全部件。 制动器是产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力( 制动力) 的部件。凡利用固 定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都称为摩擦制动器 0 1 。摩擦制动器具有结构简单、工作可靠的优点，已经广泛地应用在各种机械设 备中而成为重要的组成部件之一，其工作原理是利用摩擦副相对运动时接触表面 所产生的摩擦阻力来调节相对运动速度或来停止运动。汽车摩擦式制动器主要 分为鼓式和盘式两大类。前者摩擦副的旋转元件是制动鼓，工作表面为圆柱面； 后者的旋转元件是制动盘，工作表面为端面。 汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持 一定车速的能力，称为汽车的制动性。汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制 动性直接关系到交通安全。重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生 侧滑等情况有关，故汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。随着汽车速度的 提高，对汽车行驶安全性提出了更高的要求。因此，改善汽车的制动性，始终是 汽车设计制造和使用部门的重要任务“3 。同时，世界各国和制动器制造企业对制 动器制动性能都提出了各种检测标准，使制动器的性能达到一定水平，以尽量提 高汽车安全性和可靠性。 中华人民共和国汽车行业标准q c t 2 3 9 1 9 9 7 明确给出了货车、客车制动 器性能要求，它对货车、客车的行车制动器总成规定了统一的性能指标，适用 于总质量为1 8 0 0 k g 至3 0 0 0 0 k g 的货车、客车的液压驱动或气压驱动的行车制动 器0 1 。它对制动器的性能要求见表1 - 1 。 表1 - 1q c r r 2 3 9 q 9 9 7 货车、客车制动器性能要求 序号试验项目性能要求 l 达到8 0 接触面积次数：按车型而定( 2 0 0 第一次磨合试验 或5 0 0 次) v = 3 0 k m h m e m b 1 3m e 2 第一次效能试验v = 5 0 k m h v = 8 0 v 。 i v s t c s o3 0 ) 1 1 0 3 速度稳定性 i v a ( 7 0 一3 0 ) 1 一 o 的时候，大小也相等，且，r 仅由制动器的结构参数决定。当加大踏板力以加大0 时，f ，和兄随之增大。 但地面制动力b 受附着条件的限制，其值不可能大于附着力艺，即 兄瓦= z 妒 2 _ 4 式中：妒轮胎与地面间的附着系数。 图2 7 表示了制动器制动力、地面制动力和附着力随踏板力变化的关系。当 制动器制动力f ，和地面制动力达到附着力兄的值时，车轮即被抱死并在地 面上滑移。此后制动力矩即表现为静摩擦力矩，而f ，即成为与兄相平衡以阻止 1 2 车轮继续旋转的周缘力的极限值。当制动到车轮角速度。= o 以后，地面制动力 足达到附着力0 的值后就不再增大，而制动器制动力f ，由于踏板力c 的增大 使摩擦力矩增大而继续上升。 兄 l f f ， ， 07f 3 = o 图2 7 制动器制动力、地面制动力与踏板力的关系 汽车在附着系数妒为任一确定值的路面上制动时，各轴车轮附着力即极限制 动力并非为常数，而是地面制动力只的函数。当汽车各车轮制动器的制动力足 够时，根据汽车前、后轴的轴荷分配，以及前后车轮制动器制动力的分配、道路 附着系数和坡度情况等，制动过程可能出现的情况有三种，即“1 ： ( 1 ) 前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑； ( 2 ) 后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑； ( 3 ) 前、后轮同时抱死拖滑。 羹 芒 k n 图2 8 某载货汽车的i 曲线和b 线 图2 8 中的i 曲线为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线。如果汽车前、 后轮制动器的制动力，：能按i 曲线的规律分配，则可以保证汽车在任一附 着系数伊的路面上制动时，均可使前、后车轮同时抱死。然而，目前大多数两轴 汽车尤其是货车的前、后制动器制动力之比值为一定值，并以前制动器制动力与 汽车总的制动器制动力之比来表明分配的比例，称之为汽车制动器制动力分配系 数1 3 。所以，为保证汽车由良好的制动效能和稳定性，应合理地分配前、后轮制 动器的制动力。 2 2 2同步附着系数、制动强度及附着系数利用率 图2 8 中的斜线为汽车实际前、后制动器制动力分配线，简称1 3 线。1 3 线和 i 曲线的交点b 处的附着系数称为同步附着系数。对于前、后制动器制动力为 固定比值的汽车，只有在附着系数妒等于同步附着系数纯的路面上制动时，前、 后轮制动器才会同时抱死“3 。那么，汽车在不同d p 值的路面上制动时可能出现的 三种情况可以更详细地描述为： ( 1 ) 当妒 编时，1 3 线位于i 曲线上方，制动时总是后轮先抱死，这时容 易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性； ( 3 ) 当妒= c p o 时，制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也 丧失了转向能力。 而在空载状态下，i 曲线都位于t 3 线以下，无论舻为何值，制动时总是后轮 先抱死。 汽车在同步附着系数的路面上制动时，在车轮即将抱死而尚未抱死的情 况下，制动减速度达到该车可能产生的最高值，即： 口：墨：兰塑：纰 2 - 5 mm 我们将制动减速度与重力加速度之比称为制动强度，记为q = a g ，则 a = q g 。此时，q g = g ，而附着系数利用率为： = q t p = q | 9 0 = 1 2 - 6 这说明此时的道路附着条件已被完全利用。而在其他附着系数的路面上制动 时，最高制动减速度a 8 和总 6 07 0 0 o 1 5 v + 二二 5 0 1 3 0 质量 5 t 总质量3 5 t8 05 0 05 8 瑞典制动法规 总质量 3 5 t 6 0 7 0 0 5 0 平均减速 货车和客车： 度： 日本制动标准t a 级7 0 0 0 5 9 j a s o6 9 1 3 7 3 t b 级 8 0 0 0 5 9 t c 级 9 0 0 0 5 9 t d 级 9 0 0 0 5 9 5 i 田内外制动标准简述 由于我国汽车工业起步较晚，相应的汽车试验标准都是在参考e c e 和i s o 等国外标准的基础上制定出来的。如我国现行的制动器的相关标准有货车、 客车制动器性能要求( q c t 2 3 9 1 9 9 7 ) ，货车、客车制动器台架试验方法 ( q c t 4 7 9 1 9 9 9 ) 和汽车制动器温度测量和热电偶安装( q c t 5 5 6 1 9 9 9 ) ， 这些是在欧洲经济委员会制定的e c er 1 3 标准的基础上制定出来的。随着我国 汽车工业的发展和对国外汽车标准的消化吸收，我国汽车试验标准也逐步全面起 来，但与要求严格的国外标准比较起来，还是存在着不小的差距，尤其比起美国 汽车标准，例如( a i rb r a k ep e r f o r m a n c ea n dw e a rt e s tc o d ec o m m e r c i a lv e h i c l e i n e r t i a d y n a m o m e t e r ( s a e j 2 1 1 5 ，2 0 0 6 年8 月修订版) 。 q c t 2 3 9 1 9 9 7 、q c t 4 7 9 1 9 9 9 和q c t 5 5 6 1 9 9 9 适用于总质量为1 8 0 0 k g 至 3 0 0 0 0 k g 的货车、客车液力驱动或气力驱动的行车制动器；s a e - j 2 1 1 5 适用于车 轴公称载重( g a w r ) 超过4 5 3 6 k g 的商用车气力驱动或气液驱动的行车制动器。 美国机动工程师协会( s o c i e t yo fa u t o m o t i v ee n g i n e e r s ，简称s a e ) 成立于 1 9 0 5 年，是国际上最大的汽车工程学术组织。研究对象是轿车、载重车及工程 车、飞机、发动机、材料及制造等。s a e 所制订的标准具有权威性，广泛地为 汽车行业及其他行业所采用，并有相当部分被采用为美国国家标准。目前s a e 已拥有9 7 个国家超过8 4 0 0 0 个的成员，每年新增或修订6 0 0 余个汽车方面及航 天航空工程方面的标准类文件。 1 9 7 5 年美国公路交通安全管理局颁布了1 2 1 号联邦汽车安全标准 ( f m v s s l 2 1 ) 。它对1 9 7 5 年后新出厂的所有应用气制动的客车、货车、拖车和 半挂拖车机组在高和低两种附着系数路面上制动时规定了严格的制动距离和对 后车轮不抱死的要求。标准s a e j 2 1 1 5 就是严格按照法规f m v s s l 2 1 对制动器 的性能要求制定出来的。 q c t 4 7 9 1 9 9 9 中规定惯性试验台架应能完成的试验项目为制动器效能试验、 制动器热衰退恢复试验、制动器噪声测定和制动衬片衬块磨损试验。按照 q c r r 4 7 9 1 9 9 9 所制定的试验方法及程序所得到的试验结果，其评价标准需参照 q c t 2 3 9 - 1 9 9 7 ，即试验结果应符合q c ；r 2 3 9 1 9 9 7 所规定的性能要求( 见表1 1 ) ， 被试制动器才是合格的；而q c t 4 7 9 1 9 9 9 中各步骤对温度的各项要求，需要通 过热电偶测量才能得知，此时又需引用q c t 5 5 6 1 9 9 9 。s a e j 2 1 1 5 中规定惯性 试验台架应能完成的试验项目有基于法规f m v s s l 2 1 的性能试验、磨损试验和 热衰退试验。s a e j 2 1 1 5 中的磨损试验不仅要测量制动衬片，衬块的磨损，还要测 量制动鼓和制动盘的磨损。在温度测量部分，它提供了以九个热电偶排列来测量 制动鼓、盘的总体温度的方法；在磨损试验部分，它制定了最低温度为1 0 0 的 温度阶梯表，研究人员可以对照该表对制动进行效率评定，这些效率评定结果可 以帮助判断制动材料磨损及温升可能导致的性能变化和倾向。 5 2 国内外制动器试验方法及程序的比较 5 2 1 设备及试验条件 ( 1 ) 试验台转动惯量的确定 q c t 4 7 9 1 9 9 9 中要求，计算试验台转动惯量时，把车辆总质量加上旋转部 分当量修正值，然后把相当于该质量的转动惯量按各轴制动力分配比分配。具体 算法已在本文第三章中详细介绍过。旋转部分的修正系数取空车质量的7 ，这 是按照制动器试验原理来选取的。所选飞轮片的等效惯量( 应考虑试验台旋转部 分的惯量) 的允差为5 。试验台安装制动鼓( 盘) 轴的转速应控制在规定车 速的相应转速的- - - 2 范围内。 而在s a e j 2 1 1 5 中，它要求以正常装载情况下的轮胎静力半径( 汽车静止时， 车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离) 计算试验台主轴转速，以静力半径和车 轴公称总重计算试验台等效惯量，等效惯量的允差为士1 。它对试验转速的精 度要求其实已经包含在对等效惯量精度的要求里。1 的精度允差，无疑对试 验台的精密性提出了苛刻的要求，这一点需要先进的制造水平和加工设备来保 证。所以，国标中的允差要求相对放宽，以适合国内制造水平。 ( 2 ) 热电偶的安装 q c t 5 5 6 1 9 9 9 规定用热电偶进行制动器温度的测量，并推荐了两种型式的 热电偶：铠装热电偶和插塞式热电偶。s a e j 2 1 1 5 也规定使用插塞式热电偶，其 结构型式如图5 1 所示。它是将两种不同材料的导体或半导体a 和b 焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体a 和b 的两个执着点之间存在温差时，两者之间便 产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。热电 偶就是利用这一效应来工作的。 图5 1 插塞式热电偶 这两个标准所规定的安装方法稍有区别。q c t 5 5 6 1 9 9 9 规定在靠近制动衬 片( 块) 、制动鼓( 盘) 的长宽方向的中心处，钻一通孔( 孔径随安装的热电偶 型式而定) ，并应避开筋或散热片。将热电偶测量端固定于孔内，不得松动。在 制动衬片( 块) 上安装时，偶头距摩擦表面为1 0 n l l n ；在制动鼓( 盘) 上安装时， 偶头距摩擦表面为0 3 0 5 m m “。s a e j 2 1 1 5 对此也作出了同样的要求，但除 此之外还规定，在鼓式制动器上安装热电偶时，制动鼓和制动衬片上的热电偶应 有1 3 m m 的相对距离( 如图5 2 x 9 3 ) 。 图5 2 热电偶在鼓式制动器上的安装 这种测试手段属于接触式温度测量，测试位置比较明确和灵活，测试数据动 态响应快，具体测量点的温度值准确度高。但是制动器摩擦表而的温度很难测量， 所以表而温度常用位置距表面o 5 l m m 处的点来代替。 ( 3 ) 冷却条件 s a e j 2 1 1 5 详细规定了冷却风速和气温。冷却风速应能达到6 0 9 7 3 0 m r a i n ， 约等于q c t 5 5 6 1 9 9 9 中规定的1 0 m s 的风速，并且温度要保持在2 4 3 8 c 之 间，即维持在室温条件。在这点上，两标准的要求基本一致。 5 2 2 试验程序 由于q c t 4 7 9 1 9 9 9 适用的范围比较广，而不同的车型不能用使用同一种试 验条件，所以它把车型按总质量大小进行了分类：总质量为1 8 0 0 k g 至6 0 0 0 k g 的货车、客车定义为t l 类车；总质量为6 0 0 0 k g 至1 4 0 0 0 k g 的货车、客车定义为 t m 类车；总质量为1 4 0 0 0 k g 至2 0 0 0 0 k g 的两轴货车、客车和至3 0 0 0 0 k g 的三轴 货车、客车定义为t h 类车。 s a e j 2 1 1 5 虽然没有按照车重对它适用范围内的车型进行划分，但它在附录 中对有无a b s 的挂车、卡车及客车的各项制动性能试验管路压力进行了的明确 限制。 制动试验的程序是差不多的，都包含以下四种试验项目：磨合试验、效能试 验、衰退恢复试验和磨损试验。下面列举其中三个试验项目，对两个试验标 准进行比较分析。 ( 1 ) 磨合试验 q c r r 4 7 9 1 9 9 9 ： 第一次磨合：在制动初速度为5 0 k m h 的情况下，调整制动管路压力，使制 动减速度达到0 3 5 9 ( t l 类车) 、0 3 0 9 ( t m 和t h 类车) ，制动到终速度为0 。制 动间隔时间以控制制动器初温不超过1 0 0 c 而定。磨合次数以使制动衬片( 块) 与制动鼓( 盘) 之间的接触面积达8 0 以上面定。 第二次磨合：进行与第一次磨合相同的试验，但制动次数为5 0 次。 $ a e j 2 1 1 5 ： 第一次磨合：在制动初速度为6 4 4 k m h 、制动减速度为3 0 m s 2 的条件下进 行制动，直到速度为0 。制动间隔时间以控制制动器初温不超过1 7 7 而定。磨 合循环次数为2 0 0 次。 第二次磨合：进行与第一次磨合相同的试验，但制动初温为2 6 0 c 。 通过比较可以看出，s a e j 2 115 在制动初速度和制动初温上都规定得较为严 格。由上一章的分析可知，制动初速和制动初温对制动器的制动效能均有影响， 制动初速越大，制动初温越高，制动效能越低。在保证制动减速度为3 0 m s 2 的 恒输出控制方式下，查看每次制动管路压力的变化，这说明s a e j 2 1 1 5 在磨合试 验阶段就已经开始检测被试制动器的制动效能。 不过，q c t 4 7 9 1 9 9 9 在磨合次数方面较s a e j 2 1 1 5 合理。q c t 4 7 9 1 9 9 9 中， 以制动衬片( 块) 与制动鼓( 盘) 之间的接触面积达8 0 以上为试验结束的标 准；而s a e j 2 1 1 5 是以一定的制动初温，经过固定的磨合次数完成磨合试验。由 于各制动器制造厂家的加工水平和制动器型式的不同，很难确定制动器经过多少 次磨合之后能达到预期要求，只能通过经验推断，让制动器经过某经验磨合次数 后，达到磨合要求。但针对各种不同的制动器，均需经验磨合次数。根据一定的 接触面积来判断是否达到磨合要求，这是比较合理而又简便的。只需通过经验推 断出接触面积的比例，就可以应用于判断各种制动器磨合是否达到要求。 ( 2 ) 衰退恢复试验 q c t 4 7 9 1 9 9 9 中的衰退恢复试验分两步进行，分别检查制动器在不同工况 下的性能衰变及恢复能力。 i 第一次衰退恢复试验： 该试验目的是为了检查制动器在多次连续使用时性能衰变及其冷却后的恢 复能力。 第一次衰退试验时的制动器初温要控制在8 0 5 。控制制动初速度为 6 5 k m h ( t l 类车) 或5 0 k m h ( t m 、t h 类车) ，制动减速度为0 4 5 9 ，并在6 0 s 内 制动到速度为0 。 衰退试验后，制动鼓( 盘) 以3 0 k m h 的速度运转，并打开风机以1 0 m s 的 风速使制动器冷却。3 r a i n 后调节制动减速度为0 4 5 9 ，保持风机打开，开始恢复 试验。 第二次衰退试验 该试验的目的是检查制动器在以低的制动管路压力( 制动减速度) 长时间使 用下的性能衰变情况。与第一次衰退试验相比，制动初速度都有所降低，制动减 速度更是降为0 0 7 9 ，采用拖磨方式进行制动，并在试验过程中关闭风机。 s a e 二j 2 1 1 5 ： 为了检查制动器在多次连续使用时性能衰变及其冷却后的恢复能力， s a e - j 2 1 1 5 给出了复杂的试验程序( 见表5 2 ) 。在不同的制动初速度、制动减速 度和制动时间下进行制动试验。在试验过程中，还须测量并记录制动减速度、初 始温度及最大( 最小) 制动管路压力等参数，为评价制动器效能提供数据。 表5 - 2s a e - j 2 1 1 5 热衰退试验程序 制动次数制动初速度最终速度制动减速度制动管路压力初始温度制动时问 18 0 5 k m m2 4 1 k m h 2 7 m s 8 0 98 0 5 k m h2 4 1 k m h2 7 m s 7 2 s e e 13 2 2 k m h0 k m h4 3 m s 6 6 s e e 14 8 3 k m h0 k m h3 7 i n ，s 21 2 2 s e e 1 94 8 3 k m h0 k m h3 7i i l ，s 2 6 0 s e c 我国国家标准是采用制动减速度来评价效能试验的，这由制动效能的定义也 可以看出。在实际使用中发现采用这种方法有许多弊端。首先，由于国标对额定 管路压力没有定义，对同一种制动器，可按0 7 m p a 进行评价，也可按0 8 m p a 、 1 m p a ，甚至可按4 m p a ，从而造成评价基准的不统一。另外，由于各整车厂在设 计理念上存在差异，其对制动强度的要求也不尽相同，其制动系统允许的最大工 作压力也不尽相同，可能相差还很大，要求其均要达到相同的减速度可能是不现 实的，因此，不应该采用制动减速度来作为评价指标，而是要求其制动力矩满足 设计要求即可。同时，由于制动器常温性能的好坏，不仅体现在是否满足制动能 力的要求，还体现在速度的变化对整车制动性能影响的大小，而且各国对这方面 的要求也越来越重视，因此，更应重视制动力矩的恒定性。在这点上，s a e j 2 1 1 5 规定在某一特定的制动减速度下，测量制动管路压力的变化，正是为了检测制动 器制动力矩的恒定性。 ( 3 ) 制动器磨损试验 该试验的目的是测量制动衬片( 块) 的磨损量。 在上述性能试验完成后，首先对每一制动衬片( 块) 选定点的厚度进行精确 测量，精确度为o 0 1 m m ；如为干法成型的制动衬片( 块) 可称制动蹄总成( 制 动衬块总成) 的质量，精确度为1 9 。然后进行磨损试验，制动初速度为3 0 k m h 、 5 0 k m h 、6 5 k m h ，制动器初温不超过1 0 0 、2 0 0 、2 5 0 ，各制动5 0 0 次。制 动管路压力调整到使制动减速度为0 3 9 ，从制动初速度制动，直至速度为零，用 风机冷却，保持要求的制动器初温。 每次试验结束，需测量制动衬片( 块) 指定点的厚度，计算制动衬片( 块) 的总磨损量。对于干法成型制动衬片( 块) ，可在磨损试验结束后称制动器总成 ( 制动衬块总成) 重量，以计算出磨损重量值。 s a e - j 2 1 1 5 对磨损试验的规定占了整个标准的很大比重，由此说明磨损试验 的重要性。s a e j 2 11 5 要求进行5 回磨损试验，每回磨损试验要进行1 0 0 0 次制 动，并在试验前需进行再一次的磨合。每回试验包含两个部分：磨损试验。在 制动初速度为6 4 4 k m h ，制动减速度为o 9 m s 2 ，初始温度分别为1 0 0 、2 0 0 、 3 0 0 、4 0 0 和5 0 0 c 的条件下进行磨损试验，直至速度降为3 2 2k m h 。性能 试验。在制动初速度为8 0 5 k r a h ，初始温度分别为1 0 0 ( 2 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 和5 0 0 1 2 ，按管路压力每隔2 0 p s i 为一级，从2 0 p s i 1 0 0 p s i 分级进行制动，直 至速度降为0 5 k m h 。 每回试验结束后，需测量制动鼓( 盘) 和制动衬片( 块) 指定点的厚度，计 算制动鼓( 盘) 和制动衬片( 块) 的总磨损量，并通过称量，计算出制动鼓( 盘) 和制动衬片( 块) 的质量损失。同时调整热电偶位置，使偶头和摩擦表面的距离 保持在3 m m 。 通过比较，其实可以看出，虽然两标准对磨损试验都提出了很多具体到数字 的规定，如制动管路压力，制动减速度等。但由于车型不同，制动衬片( 块) 摩 擦材料的尺寸、形状等存在较大差异，另外各设计单位对它们的要求也不尽相同， 因此无法对制动磨损量给出具体的限制。根据所掌握的国外相关资料也是这样， 对于同一个公司，不同车型的制动器，其磨损量的限制也是不同的。因此，国内 外标准中，仅给出了的具体的试验条件，而没有给出磨损量的定量限制，其磨损 量的大小由具体的制造厂家或根据实际情况决定。 5 3 编制建议 我国的汽车标准和法规几乎全是依据欧洲法规和i s o 标准制定的。虽然国 内制动器试验标准对制动距离和制动稳定性提出了要求，但与严格的美国制动性 能安全法规相比，仍有较大的差距。经过对国内外最新制动器试验标准和性能要 求的比较，可以总结出制定试验标准的几条建议： ( 1 ) 在主要性能指标上应与国外先进国家标准相一致，其主要评价指标在 原标准上有所提高。 从以上比较可以看出，国标中某些试验步骤不够详细，不够侧重。比如， s a e j 2 1 1 5 对热电偶的安装提出了详细的布置要求，并在各个试验步骤需要进行 一定的调整。而国标仅对偶头与摩擦表面的距离提出一定要求，显然不够全面， 不能真实地反映制动器的温度变化，必然会对测量结果精度产生影响。s a e j 2 1 1 5 对磨损试验很侧重，用了大幅版面介绍，并把试验分为两大部分。而国标中磨损 试验只是简单地测量制动器试验前后的尺寸和重量变化，无法完全地反映出磨损 对制动性能的影响。 ( 2 ) 对原标准的错误和不足进行修订，对不明确或易引起歧义的应给予明 确。 在q c t 4 7 9 - 1 9 9 9 ，平均制动力矩是这样定义的：指一次制动过程中的主制 动过程，制动力矩与制动时间所围的面积，除以主制动时间所得的纵坐标值。如 图5 3 所示，从曲线可以看出，要准确知道面积a ，必然需要通过积分才能求得， 而要积分就必需知道制动力矩与制动时间之间的函数关系，但制动器的工况是不 稳定的，要知道这个函数关系是不可能的。而且q c t 4 7 9 1 9 9 9 没有给出主制动 时间的定义，这给实际操作又带来了一定的困难。在本试验台的数据处理中，将 采样周期定为5 0 m s ，以传感器采集到的第一个最大制动力值点为起点，最后一 个最大制动力值点为终点，把这段时问定为主制动时间，然后把主制动时间区域 内的制动力值连加，除以主制动时间内的采集次数，就得出这次制动的平均制动 力，再与测力臂的长度作乘积，就得出这次制动的平均制动力矩。 制 z | 壤 年 r 幅 - h a 动力增长时间 主制动时间 放松时间 图5 3 制动力矩和制动时间关系图 制动时间七 在q c t 4 7 9 1 9 9 9 中规定了各项试验要求达到的制动减速度，如轻卡磨合试 验时的制动减速度要达到0 3 5 9 ，第一次衰退试验时的制动减速度要达到0 4 5 9 ， 也就是说每项试验的制动减速度均要达到一定值，如此，评价标准里就应该有相 应的对管路压力的评价计算公式，然而在与q c t 4 7 9 1 9 9 9 相对应的评价方法 q c t 2 3 9 1 9 9 7 中仅有对制动力矩的评价计算公式。这样试验方法和评价方法之 间就有一定的脱节。 在s a e , - j 2 1 1 5 中，热电偶的位置在各试验步骤中均需重新调整，这是为了更 好的测量制动器温度变化，分析制动器温升对其制动性能的影响。而国标只是在 试验准备工作中对热电偶的安装位置提出要求，经过连续的制动，热电偶的位置 会逐渐变化，显然会对温度测量结果产生影响，使分析结果产生误差，从而可能 导致对被试制动器性能的误断。 ( 3 ) 紧靠整车试验标准，在主要性能要求上应与整车标准一致，并尽量增 加整车标准不便于考核的项目。 我国现行的整车标准有g b l 2 6 7 6 1 9 9 9 汽车制动系统结构、性能和试验方 法和g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件。它们对各类车型的行车制动 系、应急制动系和驻车制动系都提出了详细的试验要求。但其中有些试验由于场 地限制，不方便进行道路试验。典型的就是热制动效能试验，这就可以用滚筒式 道路测功机或惯性试验台进行台架试验来代替。 ( 4 ) 应加强国际合作和技术交流。 我国制动器试验标准是根据欧洲经济委员会标准e c er 1 3 制定的。e c er 1 3 作为全球汽车制动标准法规协调的成果，在欧洲、美国以及日本和澳大利亚等国 家都得到了广泛的认可和采用。随着汽车技术水平的提高和差异性发展，其适用 性存在一定的问题。我们应加强国际合作，不断调整和完善现行标准的不合理要 求。同时，积极参与一些国际性的技术性交流会议，及时了解全球技术法规进程 和动态，为我国汽车标准的制定提供技术服务。 就拿温度检测来说，q c t 4 7 9 1 9 9 9 中规定以热电偶进行温度的采集，测试 位置比较明确和灵活，测试数据动态响应快，具体测量点的