葛在，趙玉慶

（新疆汽車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，新疆 烏魯木齊 830000）

前言

滾筒式制動檢驗臺具有檢測值穩(wěn)定、檢測數(shù)據(jù)重復(fù)性好、適用范圍廣的優(yōu)點，目前在汽車檢驗站獲得廣泛的應(yīng)用。但是由于制動時，被測試輪隨滾筒的轉(zhuǎn)動方向向后移動，造成檢測的制動力——時間波形發(fā)生畸變，波形拉長，制動力曲線“失真”較嚴(yán)重，同時檢測的最大制動力往往偏小。

1 制動檢驗臺介紹

制動檢驗臺的目的是檢測制動器產(chǎn)生的制動器力矩M。在實際道路上，制動器產(chǎn)生的制動器力矩M作用在輪胎上，地面產(chǎn)生的反作用力作用在與地面接觸的胎面上，產(chǎn)生阻止車輛前進的減速度。汽車在不同的路面上制動，地面制動力Fb對制動器力矩M的響應(yīng)是不同的，在干瀝青路面、松礫石路面、光滑的冰路面制動力Fb差別很大，這與輪胎、路面物理特性有關(guān)。

圖中，G為車輪負(fù)荷；N為地面或平板反力；Fu為車輛慣性力。

為了分析地面制動力 Fb對制動器力矩 M 的響應(yīng)，M.米奇克（德國）在《汽車動力學(xué)》書中用輪胎彈簧這個物理模型代替實際汽車輪胎，剛度不同的徑向彈簧和圓周彈簧構(gòu)成了輪胎彈簧，如圖1所示[1]。實際汽車制動過程是由與地面接觸胎面的彈性變形、胎面與地面之間的局部滑動、胎面與地面之間的滑動擴大三個階段構(gòu)成[2]。輪胎與地面接觸胎面的彈性變形程度或與地面之間的滑動程度決定了地面制動力 Fb大小，也改變了車輪運動學(xué)參數(shù)，與制動器力矩 M=0的輪心角速度、圓周速度相比，M＞0的角速度、圓周速度要減小，于是可以用車輪運動學(xué)參數(shù)的改變來表達(dá)輪胎與地面接觸胎面的變形程度或滑動程度。

圖1 說明滑轉(zhuǎn)率的輪胎彈簧模型

設(shè)車輪輪心速度為V0，M=0時車輪純滾動，滾動角速度：

R0——車輪純滾動車輪半徑。

對于實際汽車制動過程，車輪受力如圖2所示，若M＞0，則接觸胎面的彈性變形或接觸胎面與地面之間的滑動均引起角速度ω小于ω0，當(dāng)接觸胎面與地面之間完全滑動時，ω=0。

圖2 地面制動時車輪受力分析

用角速度的降低值 ω0—ω與 ω0之比表達(dá)滑動的程度，滑動率定義為：

代入車輪輪心速度為V0，得：

滑動率s決定了地面制動力Fb，存在函數(shù)Fb=f（s），如圖3所示。

圖3 制動力Fb與滑動率s關(guān)系

2 汽車在滾筒檢驗臺的制動過程

對于汽車在滾筒檢驗臺的制動過程，為了方便分析，將兩滾筒用一個驅(qū)動平板代替不會影響車輪的運動學(xué)分析，車輪受力如圖4所示。圖中Ff是非測試輪的水平約束反力，P為車重，N1為非測試輪的地面反力，N2為驅(qū)動平板的反力。

圖4 被測車的受力分析

圖5是在滾筒上制動車輪的受力分析。對比圖2與圖5可以看出，在實際路面上的制動和在滾筒上的制動，受力是完全相同的，不同的是車輪的運動方向，無論是在實際路面制動還是在滾筒上制動，機理是相同的，同樣可以用滑動率s確定制動力Fb。

圖5 滾筒制動時車輪受力分析

（2）式左邊分子分母各乘以 R0，用車輪的胎面線速度的改變來定義滑動率：

式中：

V1——M=0，胎面線速度；V——制動時胎面線速度。

V1也是平板驅(qū)動線速度，上式與（2）相比，只是將角速度換成線速度，沒有本質(zhì)的差別。

從圖4可以看出，被測試輪受到向后的驅(qū)動力。在測試過程中，研究制動力上升曲線這樣的動態(tài)過程，汽車應(yīng)該看作是剛體、彈性體的彈性連接，輪胎應(yīng)當(dāng)被看作彈性體。測試時非測試輪產(chǎn)生的對抗車輛后退的水平約束反力與力傳遞鏈的彈性變形成正比，因此約束反力的產(chǎn)生在時間上是滯后的，另外后退速度是車輛后退加速度對時間的積分，因此后退速度相對于約束反力（加速度）也存在時間的滯后，因此被測車輪（車輛）在檢驗過程中后退是不可避免的。

當(dāng) M=0，制動力 Fb=0，車輪在平板上純滾動，V1=V，s=0。當(dāng)M＞0，制動力Fb＞0，車輪在平板上不是純滾動，車輪滾動角速度ω降低，V1＞V，s＞0。

如果車輪輪心后退速度V2為0，V=ωR0，（4）式的滑動率公式變?yōu)椋?/p>

設(shè)車輪輪心后退速度為V2，則胎面上接觸平板處線速度V‘是牽連速度V2與相對速度Vr=ωR0之矢量和，由于兩矢量同向，矢量和就是代數(shù)和，（4）式的滑動率公式變?yōu)椋?/p>

從（5）式可以看出，僅車輪滾動角速度 ω決定了滑動率s。

從（6）式可以看出，車輪滾動角速度 ω和車輪輪心后退速度V2決定了滑動率s。

圖6是實際路面制動力——時間曲線F=φ（t）與滾筒制動檢驗臺制動力——時間曲線Fv=φv（t）對比圖。

圖6 路試與滾筒檢驗臺效果比較

從圖6可以看出，與實際道路制動測試相比，滾筒制動檢驗臺制動力FV對制動器力矩M的反應(yīng)是滯后的，曲線上升緩慢，曲線形狀“失真”。

其原因是因為V2的存在，從（6）式可以得到，后退速度V2愈大，則滑動率s愈小。在同一時刻，與實際道路制動測試相比，滑動率s要降低，于是對應(yīng)的制動力Fv下降，F(xiàn)v＜F。即在同一時刻，V2的存在使制動力FV降低[3]。

后退速度V2的影響可以這樣直觀地理解，不管車輛是否后退，相同的制動器力矩M應(yīng)產(chǎn)生相同的與地面接觸胎面的變形分布，從而產(chǎn)生相同的制動力 Fb，后退速度 V2的作用是減小了變形，因而減小了制動力Fb。

V2隨制動過程的變化與滑動率的三個階段有關(guān)。當(dāng)制動過程處于滾筒接觸胎面的彈性變形階段，即第一段前端時，車輛加速時間短，V2很小，制動力 Fv曲線斜率略有降低；當(dāng)制動進行到 fv（s）曲線第一段后端時，V2較大，制動力Fv曲線斜率降低較大；當(dāng)制動進行到胎面與滾筒之間的局部滑動階段，即第二段時，V2更大，制動力 Fv曲線上升更加緩慢；但當(dāng)制動進行到胎面與滾筒之間的滑動擴大，即第三段時，車輛后退速度較大，如果非測試輪產(chǎn)生的約束反力Ff足夠大，制止了車輛的后退，被測試車輛基本處于靜止?fàn)顟B(tài)。

3 往返平板式制動檢驗臺介紹

在檢測汽車的駐車制動時，由于非測試車輪不存在制動力，測試時車身會快速后退，駐車制動性能良好的汽車測得的駐車制動力往往比真實的制動力偏小，較難達(dá)到駐車制動力的國家標(biāo)準(zhǔn)。但如果使用三角木墊塊塞在前輪下，減小了后退速度V2，能提高一些制動力[4]。

滾筒式制動檢驗臺在測試時后退速度 V2是產(chǎn)生上述問題的根本原因，針對上述設(shè)計缺陷，我們設(shè)計的往返平板式制動檢驗臺很好地解決了測試中的后退問題。其設(shè)計思想是讓測試時各車輪受到的制動力是相互抵消的，這樣制動時車輛受到的合力接近于0，車輛移動速度自然就接近于0。因此該技術(shù)方案能得到制動時真實的動態(tài)過程。

往返平板式制動檢驗臺如圖7所示，測試時被測車輛停放在四個運動平板上，氣缸推動運動平板作往返運動，帶動車輪正反轉(zhuǎn)動，制動操作后氣缸前端的力傳感器獲得制動性能數(shù)據(jù)。為了讓車輛受到的合力接近于 0，運動平板的運動規(guī)律如圖8所示。對于二軸汽車，腳制動力測試時同列（軸）左右輪的轉(zhuǎn)動方向相反，四輪同測腳制動時，同時還應(yīng)滿足前后軸同側(cè)車輪的轉(zhuǎn)動方向相反。如此設(shè)計使同列、同側(cè)車輪的制動力相互抵消，能較準(zhǔn)確測得二軸汽車制動性能的全部參數(shù)，包括車輪阻滯力、最大腳制動力、駐車制動力、腳制動力上升時間、腳制動力下降時間，于是準(zhǔn)確地得到汽車制動的動態(tài)過程。

圖7 往返平板式制動檢驗臺

圖8 運動平板運動方向

4 結(jié)語

采用運動平板而不是滾筒作為承載部件，可以容易地做到涵蓋一定的軸距范圍進行四輪同測，使用滾筒作為承載部件是不可能做到四輪同測的。二軸汽車制動性能的檢驗?zāi)茏龅剿妮喭瑫r檢測，也可以單軸檢測。為了得到運動平板的低速往返直線運動，最合適的方式是采用氣動方式，采用氣缸作為動力源可以方便地滿足對運動平板的運動學(xué)要求。

檢驗汽車制動性能裝置的檢測過程是：汽車左右輪由兩條坡道駛上左右兩條基座，駛過蓋板落入前后運動平板上，氣缸活塞桿通過測力裝置與運動平板連接，氣缸活塞往返運動，車輪在運動平板上制動，在測力裝置上測得的力就是車輪制動力。