对影响反力式滚筒制动试验台检测汽车制动力结果因素的分析

对影响反力式滚筒制动试验台检测汽车制动力结果因素的分析对影响反力式滚筒制动试验台检测汽车制动力结果因素的分析 车辆检测 2009 04 23 20 46 52 阅读 415 评论 0 字号 大中小 订阅 摘要 反力式滚筒制动试验台是汽车制动性能检测应用较为广泛的检测设备 在检测实践中发现滚 筒制动试验台在检测汽车制动力时存在一些问题 本文通过对滚筒制动试验台的结构参数 测试控制单元 等几方面的分析 找出影响制动试验台检测结果的因素 关键词 汽车滚筒制动试验台 制动力 检测 1 前言 汽车的制动性能直接关系着汽车的行驶安全 汽车制动性能的检测 是汽车检测站检测车辆的必检 项目 而反力式滚筒制动试验台以其测试受外界环境影响小 占地少 结构简单 操作安全性能好 检测 结果重复性好等优点 因此目前在国内汽车综合性能检测站大量使用的就是反力式滚筒制动试验台 但是 经过长期的检测实践 发现在实际检测过程中仍然存在一些问题 本文主要通过对反力式滚筒制动试验台 的结构参数 测试控制单元 轮胎气压等几个方面分析 找出影响检测结果的因素 并提出解决问题的建 议与措施 2 反力式滚筒制动试验台工作原理 反力式滚筒制动试验台 以下简称为制动试验台 是由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试单 元和一套指示 控制装置组成 每一套车轮制动力测试单元由框架 驱动装置 滚筒组 举升装置 测量 装置等构成 进行车轮制动力检测时 被检汽车驶上制动试验台 车轮置于主 从动滚筒之间 放下举升器 或 压下第三滚筒 装在第三滚筒支架下的行程开关被接通 通过延时电路启动电动机 经减速器 链传动 和主 从动滚筒带动车轮低速旋转 待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板 车轮在车轮制动器的摩擦力 矩作用下开始减速旋转 此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎的摩擦力克服制动器的摩擦力矩 维持车轮继 续旋转 同时在车轮轮胎对滚筒表面切线方向的摩擦力作用下 减速器壳体与测力杠杆一起朝滚筒转动相 反方向摆动 测力杠杆一端的力或位移经传感器转换成与制动力大小成比例的电信号 从测力传感器送来 的电信号经放大滤波后 送往 A D 转换器转换成相应数字量 经计算机采集 存储和处理后 检测结果 由打印机打印出来 3 检测时车轮的受力分析 下面从汽车的实际检测受力情况进行分析 假设制动试验台前 后滚筒直径相等且水平安置 被 测试车辆前 后轮中心处于同一水平高度 在检测过程中忽略滚动阻力 则测试车轮在滚筒上制动时的受 力情况如图 1 所示 图中 G 为被测车轮的轮荷 N1 N2 分别为前后滚筒对被测车轮的法向反力 F1 F2 分别为前后 滚筒与车轮间的切向力 即制动力 F 为车桥对车轮轴的水平推力 M 为车轮所受制动力矩 为安置 角 D 为被检车轮直径 d 为滚筒直径 L 为滚筒中心距 根据力学平衡原理 可以列出下列关系式 N1 N2 sin F1 F2 cos F 1 N1 N2 cos F1 F2 sin G 2 D 图 1 为检测时车轮受力的情况 假如被测车轮与滚筒间的附着条件得以充分利用 并且两滚筒附着系数 相同 则 F1 F2 的最大 值应为 F1 N1 F2 N2 3 将 3 式代人 1 2 式得 N1 sin cos N2 sin cos F 4 N1 cos sin N2 cos sin G 5 联立上式解得 N1 F sin cos G sin cos 2 1 sin2 6 N2 F sin cos G cos sin 2 1 sin2 7 当车轮制动时 制动试验台可能测得的最大制动力为 Fmax N1 N2 G F 2 1 cos 8 从式 8 中可以看出制动试验台所测得附着力即制动力受水平推力 F 安置角 滚筒表面的附着 系数 等因素的影响 4 影响检测结果的因素及分析 4 1 安置角 对检测结果的影响 从图 1 的几何关系可以得出安置角 arcsinL D d 可见安置角 与被测车轮直径 D 滚筒中心 距 L 及滚筒直径 d 有关 它们对检测结果的影响很大 目前大多数制动检验台的两滚筒间中心距是固定的 滚筒直径为定值 因此安置角 的大小只能车轮直径 D 变化而变化 车轮直径增大时 安置角 就减小 那使附着力减小即制动力检测值减小 对于滚筒中心距和直径固定不变的制动试验台 检测不同类型的车 辆时 由于车轮轮胎直径不同 安置角 也不同 其检测结果是有偏差的 当滚筒直径 D 为较大值时 轮胎直径不同的车轮的安置角 变化范围也较小 因此大直径滚筒的制动试验台检测各种类型的车辆时 其检测结果的偏差比小直径滚筒的制动试验台检测结果来得小 一般情况下 适当增大安置角对检测有利 但不是越大越好 因为安置角增大 则轮胎的变形增大 阻滞力也会相应增加 滚筒带动车轮旋转的附加 转矩增大 4 2 制动试验台滚筒表面附着系数对检测结果的影响 制动试验台测量制动力是通过转动的滚筒来模拟汽车在路面上进行行驶制动的过程 因此要求制动 试验台滚筒表面必须有较高的附着系数 不同厂家的制动试验台滚筒表面的附着系数不尽相同 即使是同 一制动试验台新旧滚筒的附着系数也不同 不同的附着系数直接影响制动试验台的检测效果 附着系数越 大 制动试验台测力能力也越大 测出的制动力效果也越好 按有关标准规定 附着系数不得低于 0 75 现国内制造的制动试验台大部分为钢质滚筒 表面粘有熔烧铝矾土砂粒 附着系数多为 0 8 0 9 之间 滚筒材质要求不高 工艺简单 经济性好 受气温和湿度的影响小 对轮胎磨损小 另外 水平推力 F 与非测试轮的制动性能和非测试轮与地面的附着系数有关 非测试轮的制动性能 越好 地面的附着系数越高 则水平推力 F 越大 不同检测站由于地面处理方式的不同 使得地面的附着 系数大小不相同 因此即使非测试车轮的制动力一样 对被检车轮的检测结果影响也不同 4 3 轮胎技术状况对检测结果的影响 车轮滚动时 轮胎与滚筒之间的接触区域产生法向 切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承面的 相对刚度确定了变形的特点 当弹性轮胎在硬质钢制滚筒上滚动时 轮胎变形是主要的 此时由于轮胎内 部摩擦产生弹性迟滞损失 是轮胎变形时对它做的功不能全部收回 此能量消耗在轮胎各组成部分间摩擦 及橡胶 帘线等物质的分子间的摩擦 最后转化热能而消失在大气中 轮胎表面的磨损对附着系数的影响 比较明显 轮胎表面磨损的不一致 会导致左右车轮的附着系数和半径的差异 影响左右车轮的制动力平 衡 轮胎气压对滚动阻力系数影响很大 轮胎的充气压力过高会降低轮胎表面的附着系数 同时由于车轮 直径增大了 制动力会相对减少 气压低时在硬质滚筒上轮胎变形大 滚动时迟滞损失增加 增大了阻滞 力 过大时 使阻滞力不合格 特别是承受较大载荷时 左右轮胎气压不一致带来的问题和轮胎表面磨 损程度相似 4 4 踏板力和制动气压对制动性能检测结果的影响 制动试验台是为了检测汽车制动器的制动力 对于液压制动系统 汽车制动器制动力的大小取决于 制动踏板力 当用力踩住制动踏板时 可能取得最大的制动器制动力 对于气压制动 汽车制动器制动力 的大小取决于制动气压 在进行制动性能检验时 为使检验结果有可比性 要按 GB7258 2004 机动车 运行安全技术条件 对制动踏板力或制动气压的规定执行 因此必须测取检测过程中的踏板力或制动气压 作为判定检测结果是否有效的依据之一 如果在判定结果时不能提供踏板力或制动气压这两个必要参数 则制动力检测结果也就没什么意义 4 5 制动检测过程中操作不当对检测结果的影响 在制动试验台上进行制动力检测 被测车辆的车轮抱死 会被滚筒带动移出试验台 使制动力不 能被充分检测出来 造成测出的制动力偏小 合格率降低 对小轿车来说 车身质量较轻 由于驾驶员坐 在左边位置上 使左右轮质量分布发生变化 也会对制动力检测结果产生影响 另外检测汽车前轴制动力 时转动方向盘 检测后轴制动力时车身在滚筒上摆得不正 都会改变车轮制动力的大小和分配 使检测结 果产生误差 4 6 检测信号的调理对检测结果的影响 检测信号调理的任务是将传感器测出的电信号转换成单片机或 A D 转换器输入要求的电平信号 测量系统中信号调理的任务除了信号放大 滤波外 还有诸如零点校正 线性化处理 温度补偿 误差修 正 量程切换等信号调理电路 在检测系统中 传感器的输出信号一般较弱 工作环境往往比较恶劣 在 传感器的两端会产生较大的干扰信号 因此信号处理电路的好坏决定了检测结果的准确性 信号处理电路 的基本要求是 要有很高的抗干扰能力 温漂系数要小 放大信号稳定 否则信号易失真 使检测结果准 确度下降 4 7 制动力最大值的判定方法对检测结果的影响 由于微电子技术的巨大进步 目前我国国内的制动试验台已普遍采用计算机控制技术进行制动力的 采集和处理 目前判断制动力最大值的方法基本有两种 一种是连续采集制动全过程的数据 待制动曲线 上升到平缓区段时判断曲线 拐点 的位置 以此作为制动力最大点 另一种是以测量滑移率 即测量车轮 的线速度 当线速度下降到制动前的滚筒线速度的 85 70 也就是滑移率达到 15 30 时 将该 点作为制动力最大值点 根据汽车理论 附着系数是随滑移率而变化的 在滑移率为 20 左右时 附着系数值最大 前一种 拐点 判断方法得到的实际上是 静态制动力 而不是最大制动力 因此采用测量滑移率的方法判断最大 制动力的方法较好 目前汽车综合性能检测站采用欧模式的制动试验台 即在两个滚筒之间安装着第三滚筒 第三滚筒 与车轮表面线速度相等 在制动力检测过程中 当车轮与大滚筒的滑移率达到 20 时 检测控制系统就 通过显示屏提示引车员立即开始车轮制动 同时控制装置就关闭驱动滚筒旋转的电动机 这样就可能测出 最大制动力 并避免车轮与大滚筒之间滑移时间过长 减少轮胎的磨损 如果关机时间过早 将不能测得 最大制动力 使测出来的制动力偏小 4 8 信号的采样频率对检测结果的影响 在制动力的数据采集过程中 采集点的疏密 采样速率 有时也会影响制动力最大值的正确判定 采集点过密不利于有效地滤去外界的干扰信号 让干扰信号叠加在制动力信号上 在波形曲线上形成 毛 刺 会使所判断的最大制动力产生偏差 采集过疏 无法反映制动过程的全貌 容易造成制动力最大值 的缺失 所判断的最大制动力将偏小 因此必须选用较合理的采样频率来保证制动力检测结果的正确性 根据我们的检测实践经验 程序通过检测制动器传感器控制采样开始时间 采样频率为 100Hz 在非保护 停机状态下 采样时间应不少于 3s 这样最大制动力就在制动检测过程中所采集到的全部采样点中并被 甄别 显示 5 减少影响制动力检测结果的措施 1 选择合理的制动试验台 综合性能检测站最好配备两台滚筒制动试验台 比如一台承受轴荷 为 10t 级 另一台承受轴荷为 3t 级 这样就可以根据车辆的类型 荷重 车轮半径 轴距等来选择合适 的滚筒制动试验台进行检测 可减少制动力检测结果的误差 2 要定期对制动试验台进行维护 检定及运行检查 就可避免因制动试验台的技术状况欠佳对 检测结果的影响 应及时有效地向附着系数已下降的滚筒表面喷砂 以保持和提高轮胎与滚筒之间的附着 系数 保持和增加制动试验台测试制动力的能力 3 采取适当措施来改进检测方法 当被测车轮抱死在滚筒上滑动而使测得的制动力达不到检测 标准时 可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 后再检测 这样检测时附着力增大 可测到汽车制动力也增大 由于是按车辆空载时的车身质量进行制动 力评判 因此测得制动力效果较好 检测小轿车时 应对称增加乘坐人员 防止车身重心偏离 在制动力 检测时 还可对被测车辆采取牵引措施或在非被测车轮后面垫上三角垫块 防止被测车轮被推离试验台 使被测车轮与滚筒之间的附着力加大 有利于检测到车轮的真实制动性能 4 将制动试验台前后支承非测试车轮的地面打毛 变粗糙 以提高非测试车轮轮胎与地面之间 的附着系数 也就增加水平推力 F 提高制动试验台检测到最大制动力的能力 5 应加强检测前检查轮胎表面的技术状况 特别是同一轴上左右轮胎花纹和磨损的一致性 检 查轮胎气压是否符合规定及左右的一致性 可以采用轮胎压力校正设备 使检查和充放气为一体 只要在 压力计上设定被检车辆的标定轮胎气压 检查和充放气的工作即可同时完成 这样就可减少该项所引起的