新疆交通科學(xué)研究院 葛 在
現(xiàn)行測(cè)試汽車(chē)制動(dòng)性能的臺(tái)架有2種,分別為滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)和平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)。本文簡(jiǎn)單介紹一下滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)和平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)各自存在的優(yōu)缺點(diǎn),并提出一種往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)方案和結(jié)構(gòu)。
滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)采用靜態(tài)的測(cè)試方式,將汽車(chē)的被測(cè)試車(chē)輪停在前、后滾筒之間,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)前、后滾筒朝同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),被測(cè)試車(chē)輪也隨之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)檢驗(yàn)人員對(duì)車(chē)輛施加制動(dòng)后,檢測(cè)裝置測(cè)出車(chē)輪上的制動(dòng)力。滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)具有檢測(cè)值穩(wěn)定、檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),目前在汽車(chē)檢驗(yàn)站得到了廣泛的應(yīng)用。但是在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,往往發(fā)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力上升曲線“失真”較嚴(yán)重,上升曲線變得平緩,同時(shí)檢測(cè)的最大制動(dòng)力往往偏小。
為了便于分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因,將汽車(chē)的被測(cè)試車(chē)輪停在滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上,進(jìn)行制動(dòng)檢驗(yàn)時(shí)被測(cè)試車(chē)輪的受力情況如圖1所示。前、后滾筒與車(chē)輪間的2個(gè)切向力(作用力方向沿滾筒的切線方向),即制動(dòng)力,將其簡(jiǎn)化為水平方向的合力Fb。前、后滾筒對(duì)車(chē)輪負(fù)荷的2個(gè)支反力,將其簡(jiǎn)化為垂直方向的合力N2。另外,非測(cè)試輪的水平約束反力為Ff,非測(cè)試輪的地面支反力為N1,汽車(chē)重力為P。分析認(rèn)為,在制動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中,若Fb=Ff,則車(chē)輛保持靜止?fàn)顟B(tài);若Fb>Ff,則車(chē)輛會(huì)向后運(yùn)動(dòng)。
圖1 滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上被檢車(chē)的受力分析
接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下制動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中汽車(chē)向后運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生的影響。輪胎是一個(gè)彈性體,當(dāng)制動(dòng)踏板剛被踩下時(shí),制動(dòng)強(qiáng)度不大,與滾筒接觸的胎面會(huì)產(chǎn)生彈性變形,產(chǎn)生的制動(dòng)力合力Fb較?。划?dāng)制動(dòng)踏板完全被踩下時(shí),制動(dòng)強(qiáng)度很大,胎面會(huì)產(chǎn)生局部滑動(dòng)或完全滑動(dòng),產(chǎn)生的制動(dòng)力合力Fb很大。同一輛汽車(chē)在干瀝青路面、松礫石路面、光滑冰路面上的制動(dòng)力合力Fb差別很大,就是由于在不同路面接觸胎面的彈性變形或滑動(dòng)程度不同所導(dǎo)致的。汽車(chē)在滾筒上制動(dòng)時(shí),如果汽車(chē)出現(xiàn)后退,則必然會(huì)減輕接觸胎面的彈性變形或滑動(dòng)程度,因此制動(dòng)力合力Fb變小。汽車(chē)后退速度愈大,則制動(dòng)力合力Fb減小得愈多。與在實(shí)際道路上的制動(dòng)測(cè)試相比,同一時(shí)刻,在滾筒上的制動(dòng)力合力Fb變小,因此腳制動(dòng)力上升時(shí)間要延長(zhǎng)。
以下簡(jiǎn)單說(shuō)明一下汽車(chē)后退速度對(duì)滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)測(cè)試精度的影響。
(1)當(dāng)在同一滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試乘用車(chē)和大型貨車(chē)的制動(dòng)力時(shí),不難發(fā)現(xiàn)乘用車(chē)的制動(dòng)力曲線比大型貨車(chē)的制動(dòng)力曲線“失真”要小,這主要是由于乘用車(chē)的安置角較大,車(chē)輛后退的同時(shí)被測(cè)試輪要抬高較多,車(chē)輛后退的阻力增大,后退速度較小,故制動(dòng)力曲線“失真”小。
(2)在檢測(cè)汽車(chē)駐車(chē)制動(dòng)力時(shí),由于非測(cè)試車(chē)輪不存在制動(dòng)力,汽車(chē)會(huì)快速后退,測(cè)得的駐車(chē)制動(dòng)力往往比真實(shí)的制動(dòng)力小,較難達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的駐車(chē)制動(dòng)力要求。但如果使用三角木墊塊塞在前輪后方,則可以減小汽車(chē)后退速度,進(jìn)而提高一些制動(dòng)力。
(3)由圖1可知,在制動(dòng)性能測(cè)試過(guò)程中,只有非測(cè)試車(chē)輪產(chǎn)生的制動(dòng)力Ff足夠大,才能阻止汽車(chē)移動(dòng),被測(cè)試車(chē)輪才能測(cè)得較真實(shí)的最大制動(dòng)力。如果非測(cè)試車(chē)輪的制動(dòng)性能不佳,將直接影響測(cè)試車(chē)輪的制動(dòng)性能,也就是說(shuō)被測(cè)試車(chē)輪測(cè)得的制動(dòng)力還取決于非測(cè)試車(chē)輪的制動(dòng)性能。另外,現(xiàn)行的滾筒都進(jìn)行了粘沙處理,滾筒附著系數(shù)明顯高于地面附著系數(shù),非測(cè)試車(chē)輪產(chǎn)生的制動(dòng)力要想阻止汽車(chē)移動(dòng)顯得更加不容易,這是滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的缺點(diǎn)之一。
值得注意的是,被測(cè)試車(chē)輪的制動(dòng)力大小還與非測(cè)試車(chē)輪的軸荷有關(guān)(車(chē)輪產(chǎn)生的制動(dòng)力=軸荷×摩擦系數(shù))。如果被測(cè)試車(chē)輪的軸荷大于非測(cè)試車(chē)輪的軸荷,則非測(cè)試車(chē)輪約束反力Ff一定小于被測(cè)試車(chē)輪的最大制動(dòng)力,那么汽車(chē)后退是必然的,即存在系統(tǒng)無(wú)法克服的、不可避免的因素,妨礙測(cè)得真實(shí)的制動(dòng)力。
汽車(chē)制動(dòng)性能的第二種測(cè)試方法是使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)。平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)完全模擬實(shí)際道路,汽車(chē)以一定的速度駛過(guò)一段低矮的平臺(tái),平臺(tái)上表面包含了4塊相互不關(guān)聯(lián)的測(cè)試板,當(dāng)汽車(chē)前、后輪分別位于4塊測(cè)試板上時(shí),駕駛?cè)瞬认轮苿?dòng)踏板或施加駐車(chē)制動(dòng),在測(cè)試板下方的傳感器將制動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),進(jìn)而獲得各車(chē)輪上的制動(dòng)力。由于4個(gè)車(chē)輪同時(shí)測(cè)試,該檢測(cè)裝置能真實(shí)地反映制動(dòng)全過(guò)程,但也存在以下一些不足。
(1)完整的測(cè)試參數(shù)包括車(chē)輪阻滯力、腳制動(dòng)力、駐車(chē)制動(dòng)力及制動(dòng)時(shí)間等參數(shù),需要多次檢測(cè)才能完成。
(2)整個(gè)測(cè)試過(guò)程必須滿足4個(gè)車(chē)輪在各自的測(cè)試板上。對(duì)于某一個(gè)具體尺寸的檢驗(yàn)臺(tái),要滿足這個(gè)條件對(duì)于被檢車(chē)的軸距有所限制,超出范圍(軸距過(guò)大或過(guò)?。┑能?chē)輛則不能進(jìn)行測(cè)試,使得能測(cè)試的汽車(chē)范圍受到較大的限制。
(3)測(cè)試時(shí),施加制動(dòng)的時(shí)機(jī)要恰當(dāng),否則需要重新測(cè)試,這對(duì)檢驗(yàn)人員的要求較高。
(4)在制動(dòng)測(cè)試過(guò)程中,汽車(chē)載荷前移,前輪負(fù)荷加重,后輪負(fù)荷變輕,于是貨車(chē)空車(chē)時(shí)后輪測(cè)得的制動(dòng)力相對(duì)于設(shè)計(jì)的制動(dòng)力所占的比例進(jìn)一步減小,測(cè)試結(jié)果用于評(píng)價(jià)貨車(chē)后輪的制動(dòng)性能意義不大,盡管它是完全模擬空車(chē)實(shí)際道路測(cè)試。
(5)對(duì)于結(jié)構(gòu)為并裝雙后橋的重型汽車(chē),由于平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)和制動(dòng)操作的限制,無(wú)法分軸測(cè)得每一個(gè)后橋車(chē)輪的制動(dòng)參數(shù),只能測(cè)得雙后橋總的制動(dòng)參數(shù),這是平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的又一缺憾。
基于上述原因,目前平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)主要用于檢測(cè)乘用車(chē),不能覆蓋全部車(chē)型。另外,《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB 7258—2017)對(duì)使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)測(cè)試后輪的合格標(biāo)準(zhǔn)也定得較低,這也是不得已而為之。
針對(duì)上述2種制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)在檢測(cè)過(guò)程中存在的不足,我們?cè)O(shè)計(jì)的往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái),能夠很好地解決檢測(cè)過(guò)程中遇到的汽車(chē)后退問(wèn)題。其設(shè)計(jì)思想是制動(dòng)測(cè)試過(guò)程中讓各個(gè)車(chē)輪受到的制動(dòng)力相互抵消,這樣車(chē)輛受到的合力接近于0 N,車(chē)輛移動(dòng)速度自然也就接近于
如圖2所示,測(cè)試時(shí)將被檢車(chē)停在往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的4塊運(yùn)動(dòng)平板上,氣缸推動(dòng)運(yùn)動(dòng)平板作往返運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)車(chē)輪正、反旋轉(zhuǎn)。為了讓車(chē)輛受到的合力接近于0 N,運(yùn)動(dòng)平板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖3所示,其中,運(yùn)動(dòng)平板的速度為v。對(duì)于兩軸汽車(chē),腳制動(dòng)力測(cè)試時(shí)同軸左、右車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)方向相反,4個(gè)車(chē)輪同時(shí)測(cè)試腳制動(dòng)力時(shí),還應(yīng)滿足前、后軸同側(cè)車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。這樣使同軸、同側(cè)車(chē)輪的制動(dòng)力相互抵消,能較準(zhǔn)確地檢測(cè)兩軸汽車(chē)制動(dòng)性能的全部參數(shù),包括車(chē)輪阻滯力、最大腳制動(dòng)力、駐車(chē)制動(dòng)力、腳制動(dòng)力上升時(shí)間及腳制動(dòng)力下降時(shí)間,進(jìn)而完整地得到汽車(chē)制動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
圖2 車(chē)輛停在往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上
圖3 運(yùn)動(dòng)平板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
采用運(yùn)動(dòng)平板作為承載部件,可以很容易地做到對(duì)一定軸距范圍的車(chē)輛進(jìn)行四輪同時(shí)檢測(cè),而使用滾筒作為承載部件是不可能做到的。對(duì)于二軸汽車(chē)制動(dòng)性能的檢測(cè),既可以做到四輪同時(shí)檢測(cè),也可以進(jìn)行單軸檢測(cè)。為了得到運(yùn)動(dòng)平板的低速往返直線運(yùn)動(dòng),最合適的方式是采用氣動(dòng)方式,采用氣缸作為動(dòng)力源可以方便地滿足對(duì)運(yùn)動(dòng)平板的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。
汽車(chē)制動(dòng)性能的檢測(cè)過(guò)程如下:汽車(chē)通過(guò)兩條坡道駛上左、右兩條基座,駛過(guò)蓋板落入前、后運(yùn)動(dòng)平板上,氣缸活塞桿通過(guò)測(cè)力裝置與運(yùn)動(dòng)平板連接,氣缸活塞往返運(yùn)動(dòng),車(chē)輪在運(yùn)動(dòng)平板上制動(dòng),測(cè)力裝置測(cè)得的力就是車(chē)輪制動(dòng)力。
往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)專(zhuān)利ZL 201210259415.1、ZL201921648475.6及201910961240.0的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)。