梁榮亮 王 羽 謝晉中 過學(xué)迅 高吉強(qiáng)

（中國汽車技術(shù)研究中心1） 天津 300162） （武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院2） 武漢 430070）

0 引 言

選用熱電偶傳感器、拉線位移傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、踏板力傳感器、非接觸式測速儀及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成制動集成檢測系統(tǒng)，實(shí)時接收檢測各傳感器輸入的制動性能物理量參數(shù)，真實(shí)、客觀反映制動系統(tǒng)的可靠性和整車的動態(tài)穩(wěn)定性.

利用制動集成檢測系統(tǒng)對國內(nèi)某款SUV 進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)制動踏板感覺試驗(yàn)、制動熱衰退試驗(yàn)、制動距離試驗(yàn)等整車制動性能道路試驗(yàn)，獲取車輪制動器摩擦襯片溫度、制動踏板行程、制動減速度、制動系統(tǒng)液壓管路壓力、制動踏板力、車速等制動性能參數(shù)，對該車型制動系統(tǒng)匹配及ABS控制策略進(jìn)行考核評價，為后續(xù)該車型底盤制動系統(tǒng)的匹配及驗(yàn)證試驗(yàn)提供參考指導(dǎo).

1 試驗(yàn)樣車

試驗(yàn)樣車為裝配前置汽油發(fā)動機(jī)的SUV，CVT 無級變速器，承載式車身，4×2 后輪驅(qū)動.制動系統(tǒng)采用真空助力液壓伺服助力系統(tǒng)，雙回路H 型布置，制動器采用前盤后鼓配置，制動系統(tǒng)的布置簡圖見圖1［1］.

圖1 制動系統(tǒng)布置簡圖

2 測試方法及系統(tǒng)集成

2.1 試驗(yàn)方法及傳感器的安裝

制動性能試驗(yàn)方法依據(jù)文獻(xiàn)［2］及企業(yè)自定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時測量前軸盤式制動器制動摩擦襯片溫度、后軸鼓式制動器制動領(lǐng)蹄和制動從蹄的制動蹄片溫度、前后制動管路壓力、制動踏板行程、制動踏板力、車輛制動減速度及車速等時域制動性能信號［3－4］.

按照文獻(xiàn)［5］將熱電偶分別打孔掩埋于右后輪領(lǐng)蹄襯片、右后輪從蹄襯片、左后輪領(lǐng)蹄襯片、左后輪從蹄襯片、左前輪盤式摩擦襯片、右前輪盤式摩擦襯片.在掩埋熱電偶操縱過程中，應(yīng)盡可能減少制動器的拆卸或調(diào)整工作量，如果原始調(diào)整受到干擾，應(yīng)根據(jù)制造商要求進(jìn)行重置.同時只需對掩埋孔處摩擦襯片進(jìn)行掩埋操作，襯片其他部位嚴(yán)禁被外界玷污，掩埋過程中切忌操縱行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)，防止制動器自由間隙調(diào)整變動，保證掩埋前后制動系統(tǒng)性能良好的一致性.

將壓力傳感器通過三通閥分別密閉封裝跨接在前、后液壓制動管路中，經(jīng)信號放大器對壓力傳感器輸出物理量信號進(jìn)行放大、調(diào)理、濾波處理，為保證液壓制動系統(tǒng)管路壓力在壓力傳感器安裝前后的一致性，壓力傳感器安裝完畢之后必須分別對前、后液壓管路進(jìn)行排氣處理.

2.2 測試系統(tǒng)集成

采用HIOKI8430－21型10 通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時接收上述傳感器輸入的差分模擬物理信號，除制動器摩擦襯片溫度可以用熱電偶適時將溫度信號輸出給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行直接讀取外，其他傳感器均采用電壓差分模擬輸入，傳感器參數(shù)見表1.

表1 各類車載傳感器規(guī)格型號及測量參數(shù)

2.3 傳感器標(biāo)定

為減少甚至屏除試驗(yàn)環(huán)境因素對試驗(yàn)真實(shí)性和客觀性造成的影響，保證試驗(yàn)的高精確度、良好的重復(fù)性和一致性，必須對各類傳感器進(jìn)行物理標(biāo)定，限于篇幅，各傳感器標(biāo)定試驗(yàn)及標(biāo)定函數(shù)圖略.

3 制動性能道路試驗(yàn)

試驗(yàn)樣車按照文獻(xiàn)［6］的要求進(jìn)行基準(zhǔn)質(zhì)量和滿載質(zhì)量配載，試驗(yàn)場地為交通部通縣汽車試驗(yàn)場長直線性能路，路面為清潔、干燥、平整的瀝青混凝土地面.

3.1 制動踏板感覺試驗(yàn)

1）靜態(tài)不啟動發(fā)動機(jī)試驗(yàn) 試驗(yàn)樣車滿載正常放置于試驗(yàn)環(huán)境一段時間進(jìn)行浸車處理，待冷卻液、制動液、潤滑油液達(dá)到試驗(yàn)環(huán)境溫度開始進(jìn)行試驗(yàn).控制踩踏制動踏板的速度，當(dāng)制動踏板力超過500N時，記錄制動踏板行程、管路壓力隨制動踏板力增長的變化曲線，試驗(yàn)結(jié)果見圖3～4.

圖3 不啟動發(fā)動機(jī)：踏板行程－踏板力關(guān)系

圖4 不啟動發(fā)動機(jī)：管路壓力－踏板力關(guān)系

2）靜態(tài)啟動發(fā)動機(jī)試驗(yàn) 保證車輛各工況良好，正常啟動發(fā)動機(jī)并關(guān)閉暖風(fēng)機(jī)、空調(diào)等額外損耗發(fā)動機(jī)輸出功率的附屬設(shè)備，待車輛正常熱機(jī)之后，與靜態(tài)不啟動發(fā)動機(jī)試驗(yàn)一致保持相同的踏板踩踏速度及強(qiáng)度，當(dāng)制動踏板力超過500N時，記錄制動踏板行程、管路壓力隨制動踏板力增長的變化曲線，試驗(yàn)結(jié)果見圖5～6.

由上圖可以看出，在不啟動發(fā)動機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中在0.6s時間內(nèi)制動踏板力增加至660N 并維持恒定，克服制動踏板自由行程使制動踏板有效行程增加到70mm，與此同時前后管路壓力以恒定的線性斜率遞增至4.5 MPa.

圖5 啟動發(fā)動機(jī)：踏板行程－踏板力關(guān)系

圖6 啟動發(fā)動機(jī)：管路壓力－踏板力關(guān)系

在啟動發(fā)動機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中在相同時間內(nèi)制動踏板力增加至700N 并維持恒定，克服制動踏板自由行程使制動踏板有效行程增加到85mm，由于啟動發(fā)動機(jī)真空助力器參與正常工作，將制動踏板力助力放大作用在制動總泵，促使前后制動管路壓力以恒定的線性斜率遞增至9.8 MPa.

靜態(tài)試驗(yàn)初期犧牲踏板力100N 用以克服制動踏板牽引拉桿機(jī)構(gòu)部件之間及制動總泵柱塞與泵壁的摩擦力，之后踏板行程、管路壓力隨踏板力的增長呈現(xiàn)明顯的線性趨勢［7］.

3）動態(tài)試驗(yàn) 將試驗(yàn)樣車啟動駐車?yán)鋮s至制動摩擦片、制動蹄片溫度低于90 ℃，制動初速度為（120±1）km／h的發(fā)動機(jī)脫開制動，制動期間保持踏板力恒定，使車輛的減速度逐步增加至8m／s2，2 種配載分別進(jìn)行，記錄車速、制動踏板力、制動減速度、制動踏板行程、制動系統(tǒng)管路壓力等參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見圖7～8.

圖7 基準(zhǔn)質(zhì)量制動踏板感覺試驗(yàn)曲線

由圖7 可知2 種載荷狀態(tài)下試驗(yàn)樣車均在5s以內(nèi)完成120～0km／h的發(fā)動機(jī)脫開制動，均在0.9s時間內(nèi)促發(fā)制動產(chǎn)生1050N 的最大制動踏板力，之后隨時間歷程單調(diào)降至830N 左右，同時制動踏板有效行程達(dá)到110 mm 并維持恒定.

由制動管路壓力及減速度時間歷程曲線可以看出，基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)ABS激活工作促使前管路壓力在12.6～14.3 MPa波動調(diào)節(jié)，制動減速度維持在8.5～10.8 m／s2范圍；滿載質(zhì)量試驗(yàn)ABS促使前管路壓力在12.4～14.4 MPa波動調(diào)節(jié)，制動減速度維持在8.1～10.2m／s2范圍.

高速緊急制動促使防抱死系統(tǒng)（ABS）激活工作，ABS根據(jù)車輪滑移率及制動減速度綜合判斷控制電磁閥通斷，以脈沖波動形式積極對制動管路壓力進(jìn)行建壓、泄壓調(diào)節(jié)，當(dāng)車速降至20km／h之后ABS停止工作，管路壓力無起伏波動調(diào)整，隨踏板力的解除單調(diào)下降.同時120km／h 高速高附路面緊急制動產(chǎn)生強(qiáng)大的制動慣性力，促使整車重心前移導(dǎo)致前軸動態(tài)軸荷增加后軸動態(tài)軸荷衰減，在ABS正常工作車輪不抱死的前提下，前軸車輪轉(zhuǎn)動慣量遠(yuǎn)大于后軸車輪轉(zhuǎn)動慣量，即使前軸盤式制動器制動盤與摩擦襯片的摩擦強(qiáng)度足夠大以產(chǎn)生足以使前軸車輪傾向抱死的制動器制動力，但軸荷前移誘發(fā)過大的前軸車輪轉(zhuǎn)動慣量足以克服前軸制動器制動力而有拖曳前軸車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動的趨勢，所以前管路壓力高于后管路壓力以克服制動慣性力誘發(fā)的軸荷轉(zhuǎn)移，同時制動慣性力誘發(fā)的拖曳前軸車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動的趨勢致使ABS電磁閥對前管路壓力調(diào)節(jié)幅度低于后管路壓力調(diào)節(jié)幅度.

由前、后軸制動器溫度曲線可知，基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)右前輪盤式制動器由試驗(yàn)前的60 ℃升至試驗(yàn)后的135 ℃，溫升幅度達(dá)75 ℃，左前輪盤式制動器由試驗(yàn)前的70℃升至試驗(yàn)后的128℃，溫升幅度達(dá)58℃，右后輪領(lǐng)蹄溫度由試驗(yàn)前的34℃升至試驗(yàn)后的68℃，溫升幅度達(dá)34℃，左后輪領(lǐng)蹄溫度由試驗(yàn)前的34 ℃升至試驗(yàn)后的54 ℃，溫升幅度達(dá)20℃；滿載質(zhì)量試驗(yàn)前與基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)前相比，前、后軸制動器初始溫度條件基本一致，試驗(yàn)結(jié)束后右前輪、左前輪、右后輪領(lǐng)蹄、左后輪領(lǐng)蹄溫升分別達(dá)到72，63，55，48 ℃.高速高附緊急制動產(chǎn)生強(qiáng)大的制動慣性力作用于整車，導(dǎo)致重心前移誘發(fā)前軸盤式制動器摩擦強(qiáng)度加大以產(chǎn)生足夠的制動器制動力克服前軸車輪的轉(zhuǎn)動慣量，導(dǎo)致制動過程中前軸制動器溫升高于后軸制動器溫升［8－9］.

圖8 滿載質(zhì)量制動踏板感覺試驗(yàn)曲線

3.2 制動距離試驗(yàn)

試驗(yàn)按照GB21670－2008規(guī)定的發(fā)動機(jī)脫開O 型制動試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)樣車啟動駐車保證制動器溫度低于90 ℃，制動初速度為（100±1）km／h，制動時制動踏板力維持恒定，2 種配載分別進(jìn)行，記錄車速、制動踏板力、制動摩擦片溫度、系統(tǒng)管路壓力等參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見圖9～10.

圖9 基準(zhǔn)質(zhì)量制動距離試驗(yàn)曲線

兩種載荷狀態(tài)下試驗(yàn)樣車均在5s以內(nèi)完成100～0km／h的發(fā)動機(jī)脫開制動，均在0.8s時間內(nèi)促發(fā)制動產(chǎn)生峰值制動踏板力.基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)踏板力在560～350N 寬范圍內(nèi)隨時間歷程單調(diào)下降，前、后管路壓力分別在9.1～7.3 MPa和8.2～4.0 MPa寬范圍內(nèi)波動調(diào)節(jié).相比較基準(zhǔn)質(zhì)量制動距離試驗(yàn)，滿載質(zhì)量試驗(yàn)踏板力在490～400N 窄范圍內(nèi)線性維持，前、后管路壓力分別在8.5～8.2 MPa和7.5～6.7 MPa窄范圍內(nèi)波動調(diào)節(jié)，車輪制動器溫度變化見表2.

緊急制動時強(qiáng)大的慣性力促使整車重心前移導(dǎo)致前軸動態(tài)軸荷增加后軸動態(tài)軸荷減少，導(dǎo)致前軸盤式制動器摩擦襯片與制動盤的摩擦強(qiáng)度必須加大同時誘發(fā)足夠大的地面制動力以抵抗前移軸荷產(chǎn)生的慣性力，所以前軸制動器溫度比后軸制動器溫度更高；同時制動器間隙配合正常工況下，對于鼓式制動器行車制動時在液壓輪缸的促動下領(lǐng)蹄制動摩擦襯片與制動鼓內(nèi)表面相向周向摩擦，而從蹄制動摩擦襯片與制動鼓內(nèi)表面同向周向摩擦，所以理論而言領(lǐng)蹄制動襯片摩擦強(qiáng)度比從蹄制動摩擦襯片摩擦強(qiáng)度相對要高［10］.

圖10 基準(zhǔn)質(zhì)量制動距離試驗(yàn)曲線

表2 制動距離試驗(yàn)前后車輪制動器溫度變化℃

4 結(jié) 論

1）課題組選用熱電偶、拉線位移傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、踏板力傳感器、非接觸式測速儀及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成制動集成檢測系統(tǒng)，在整車道路試驗(yàn)過程中實(shí)時接收監(jiān)控各傳感器輸入的制動性能物理量參數(shù)，與虛擬仿真試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證比對，對整車制動系統(tǒng)匹配具有很大的指導(dǎo)意義.

2）受HIOKI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通道數(shù)的限制，制動集成檢測系統(tǒng)無法同時完成對車速、鼓式制動器領(lǐng)從、蹄溫度、盤式制動器摩擦片溫度、制動踏板行程、制動減速度、制動踏板力、系統(tǒng)管路壓力等參數(shù)的測量監(jiān)控.建議擴(kuò)展數(shù)采系統(tǒng)差分輸入通道，將各車輪輪速信號引入，結(jié)合整車制動減速度，可以更加精確分析在整車道路試驗(yàn)過程中各車輪的滑移率變化，更加客觀、精確地完成對整車ABS控制策略的分析評價.

3）整車道路試驗(yàn)對駕駛員的駕駛技能有非常高的要求，制動過程中維持制動踏板力的恒定性及前后試驗(yàn)制動踏板力的重復(fù)性，對試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和精確性分析評價產(chǎn)生重要影響.

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