汽車制動檢測裝置兩種標(biāo)定方法的對比

趙萬香，劉亞娟，鄭曉波，陳靜麗

（1.長安大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2.陜西高速公路工程試驗檢測有限公司，陜西 西安 710086）

汽車制動性能主要由制動效能（包括制動距離和制動減速度）、制動效能的恒定性（如熱穩(wěn)定性等）和制動時的方向穩(wěn)定性來評價，其中，制動性能的基本評價指標(biāo)是制動效能[1]。汽車的制動力、制動距離和制動減速度是3個相互關(guān)聯(lián)的量，只要確定其中1個，其余2個也相應(yīng)地被確定。這3個量中任何一個量均可用于衡量制動效能[2]。在汽車制動性能的道路試驗評價中大多考慮的是制動距離和制動減速度這兩個方面，而制動力多使用于制動性能的臺架試驗的場合。以實際的商檢的到貨檢驗為例，以道路試驗的方法來對全部的的汽車逐臺檢驗制動性能是不可能的。而臺架試驗的方法以其檢測快速、場地要求簡單緊湊、不受氣候條件影響等優(yōu)點被商檢系統(tǒng)普遍采用[3]。

1 汽車制動檢測裝置

常用的制動臺架試驗裝置分滾筒式和慣性式2種，采用較多的是反力式滾筒試驗臺。

制動力測量裝置主要由測力杠桿和測力傳感器組成。測力杠桿一端與傳感器連接，另一端與減速器殼體連接。測力杠桿固定在減速器殼體上。被測車輪制動時，當(dāng)浮動的減速器殼體前端向下移動時，測力杠桿與減速器殼體將一起繞主動滾筒的軸線擺動，測力杠桿的前端此時向下移動，如圖1所示。

圖1 測力杠桿與減速器殼體連接方式Fig.1 Connection of force measurement levers and reducer shell

這樣就可以通過傳感器的示值來確定制動力對傳感器的壓力，從而達(dá)到對制動力檢測的目標(biāo)。因此，在制動力檢測過程中，其系統(tǒng)的標(biāo)定是檢測準(zhǔn)確性和精確度的關(guān)鍵。為此，標(biāo)定方法對于汽車的制動檢測是很關(guān)鍵的，好的標(biāo)定方法會使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2 檢測的標(biāo)定方法

標(biāo)定時，在制動臺示值滿量程條件下，校準(zhǔn)點不少于8個（包括零點和滿量程點），且必須滿足均勻分布。由于檢測系統(tǒng)存在重復(fù)性誤差，為較理想地確定標(biāo)定，必須要按照標(biāo)定順序進(jìn)行3～5次標(biāo)定試驗[4]。在標(biāo)定設(shè)備和被標(biāo)定傳感器的確定性系統(tǒng)誤差可以補償或較小的條件下，可以只考慮它們的隨機誤差，并且標(biāo)定設(shè)備的隨機誤差不能大于被標(biāo)定傳感器的隨機誤差的1/3；而當(dāng)標(biāo)定設(shè)備和傳感器的隨機誤差較小時，只需要考慮它們的系統(tǒng)誤差，此時標(biāo)定設(shè)備的系統(tǒng)誤差不能大于被標(biāo)定傳感器的系統(tǒng)誤差的1/10[5]。

2.1 砝碼直接施壓的標(biāo)定方法

根據(jù)試驗臺檢測汽車制動力的原理及傳感器的工作原理可知，在對試驗臺進(jìn)行標(biāo)定時，在汽車制動的情況下，汽車輪胎作用在滾筒上的制動力矩等效為一個固定的外加力產(chǎn)生的力偶矩即可[6]。

2.1.1 標(biāo)定方法

首先應(yīng)斷開滾筒驅(qū)動電動機電源，用螺絲將滾筒固定，再將專用祛碼檢測裝置按照圖2所示的方法固定在制動臺或其等效位置上，使水準(zhǔn)器顯示水平狀態(tài)，以便對傳感器的電壓進(jìn)行讀取。在制動臺額定承載質(zhì)量內(nèi)，選擇不少于8個測試點（包括零點和滿量程點），且測試點盡量均勻分布，在專用砝碼檢測裝置上按所選測試點由小到大逐級加載祛碼至滿量程，在加載過程中讀取各測試點所對應(yīng)的左右輪制動臺傳感器的值。以上測試過程都是在保持水準(zhǔn)器顯示水平狀態(tài)的條件下完成的，重復(fù)3次，分別讀取各點相對應(yīng)的制動臺傳感器的電壓值，以上過程得到3組試驗數(shù)據(jù)。

用以上3組數(shù)據(jù)繪制出各自的擬合直線，通過對3組數(shù)據(jù)形成的直線進(jìn)行觀察，得出誤差最小的一組數(shù)據(jù)，根據(jù)這組數(shù)據(jù)對傳感器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

圖2 砝碼直接施壓的標(biāo)定方法Fig.2 Weight pressures it directly

2.1.2 試驗結(jié)果

根據(jù)剛才這3組數(shù)據(jù)所繪制的線性圖形，選出其中一組數(shù)據(jù)，即繪制的線性圖形相對最好的，即可根據(jù)這組數(shù)據(jù)對傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，得到參數(shù)后，就可以進(jìn)行實際的測量。數(shù)據(jù)如表1所示，直線擬合圖形如圖3所示。

2.2 用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法

2.2.1 標(biāo)定方法

與砝碼直接施壓的測試方法一樣，首先需要將電機的電源關(guān)閉，用螺絲將滾筒固定，再將專用儀表檢測裝置按照圖4所示的方法固定在制動臺上，然后對傳感器的電壓進(jìn)行讀取。在制動臺額定承載質(zhì)量內(nèi)，選擇不少于8個測試點（包括零點和滿量程點），且測試點盡量均勻分布，旋轉(zhuǎn)專用三腳架上的螺絲，改變其高度即可調(diào)整對滾筒向上的拉力，滾筒一側(cè)向上動后，就會使連接壓力傳感器的一側(cè)有向下的壓力。通過連接在三腳架上的儀表可知道對滾筒拉力的變化（儀表是一個可顯示質(zhì)量的傳感器，即顯示值是其相對應(yīng)的質(zhì)量，單位為kg），再通過傳感器電壓值的變化可以得到二者相對應(yīng)的關(guān)系。

表1 試驗數(shù)據(jù)Tab.1 Test data

圖3 用來標(biāo)定的數(shù)據(jù)Fig.3 The data used for calibration

圖4 用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法Fig.4 Using instruments pull the roller upward

2.2.2 試驗結(jié)果

根據(jù)剛才這3組數(shù)據(jù)所繪制的線性圖形，選出其中一組數(shù)據(jù)，即繪制的線性圖形相對最好的，我們即可根據(jù)這組數(shù)據(jù)對傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，得到參數(shù)后，就可以進(jìn)行實際的測量。數(shù)據(jù)如表2所示，直線擬合圖形如圖5所示。

3 2種標(biāo)定方法的可用性

制動臺上安裝的傳感器在制動力的測量范圍內(nèi)，其電壓值隨壓力的變化而產(chǎn)生的值是線性分布的。通過測量與曲線擬合，得到的結(jié)果可知，砝碼直接施壓的方法得出的斜率為0.199；用儀表將滾筒向上拉的方法得出的斜率為0.200。

表2 實驗數(shù)據(jù)Tab.2 Test Data

圖5 用來標(biāo)定的數(shù)據(jù)Fig.5 Data used for calibration

2種方法得出的傳感器電壓與壓力的比基本一致，而且通過標(biāo)定完之后的數(shù)據(jù)再用兩種方法進(jìn)行實際測量，所得出的結(jié)果誤差都不超過5%，滿足國家汽車制動檢測的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說兩種方法都可以滿足國家的汽車制動檢測標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)，都可以在實際中進(jìn)行使用。

在兩種方法都可以使用的情況下，需要通過對兩種方法的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，得出相對較好的方法，使得在以后的實用過程中可以得到更加準(zhǔn)確的測量效果，這樣在以后的實際測量中就可以使用這一種方法。

4 兩種標(biāo)定方法的特點

4.1 砝碼直接施壓的標(biāo)定方法的特點

4.1.1 砝碼直接施壓的標(biāo)定方法的優(yōu)點

1）雖然砝碼直接施壓標(biāo)定方法需要一些外加設(shè)備，但外加設(shè)備很少，并且可長時間存放，多次使用。2）將標(biāo)定設(shè)備裝上之后，傳感器的示值幾乎在傳感器的零點位置，因此可以實現(xiàn)對傳感器零點附近位置值的標(biāo)定。3）標(biāo)定時所用的器械是砝碼，砝碼的準(zhǔn)確度有很高的保證性，因此導(dǎo)致的誤差會很小。

4.1.2 砝碼直接施壓的標(biāo)定方法的缺點

1）砝碼直接施壓標(biāo)定方法需要用螺絲固定滾筒，這樣就會使得對螺絲大小的要求極為苛刻，而且固定后，隨著壓力的增大，會使得螺絲之間的空隙減小，造成力臂變形，而使得砝碼的壓力和真實壓力之間的比例不在一定，所以就會造成一定的誤差。2）在加砝碼的時候，不一定能夠準(zhǔn)確的將砝碼放在盤子的正中央，因此會導(dǎo)致力矩有一定的改變，從而砝碼重量產(chǎn)生的壓力和傳感器受到的壓力之間的比例會有一定的變化，從而導(dǎo)致結(jié)果有一定的誤差。3）砝碼的基本重量是一個定值，因此在增加重量的時候會出現(xiàn)只能加一些定值的現(xiàn)象，不能用中間某些值與傳感器輸出的電壓進(jìn)行比較，可能會產(chǎn)生誤差。4）砝碼突然增加或減少的時候會造成傳感器的電壓突然變化，所以讀取數(shù)據(jù)時需要較長的穩(wěn)定時間，可能會在還未真正穩(wěn)定的時候就讀取數(shù)據(jù)，因而造成讀數(shù)誤差。

4.2 用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法的特點

4.2.1 用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法的優(yōu)點

1）用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法與在實際測量的時候汽車隊傳感器造成壓力的方式是相同的，也就是說理論上會比砝碼直接施壓的方法更加準(zhǔn)確。2）用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法可以對任意數(shù)值的拉力進(jìn)行測量，因此在計算最終結(jié)果的時候有更多的參考數(shù)據(jù)，從而得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果。3）當(dāng)調(diào)整拉力的時候只需要旋轉(zhuǎn)三腳架上螺釘?shù)奈恢?，造成力矩的改變很小，所以傳感器的電壓值和拉力值的比例基本保持恒定，誤差較小。4）當(dāng)調(diào)整拉力的時候，拉力的變化可以是很細(xì)微的，造成的傳感器的電壓值的變化也就很緩慢，降低了傳感器電壓值的穩(wěn)定時間，因而讀數(shù)誤差較小。

4.2.2 用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法的缺點

1）用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法需要用螺絲固定滾筒，這樣就會使得對螺絲大小的要求極為苛刻，而且固定后，隨著壓力的增大，會使得螺絲之間的空隙減小，造成力臂變形，而使得砝碼的壓力和真實壓力之間的比例不再一定，所以就會造成一定的誤差。2）在進(jìn)行加力測量之前，需要先用力將滾筒向上提拉，平衡吊其本身重力之后才可進(jìn)行接下來的加力測量，這樣造成的結(jié)果就是會使得測量初值相差零值很遠(yuǎn)，可能會導(dǎo)致標(biāo)定結(jié)束后低處的測量結(jié)果不太準(zhǔn)確。

5 結(jié)束語

雖然砝碼直接施壓的標(biāo)定方法用的外加設(shè)備比較少，對地面的要求也較少，但其缺點造成的誤差幾乎不可避免。而用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法如果外加設(shè)備完全固定，儀表足夠準(zhǔn)確，誤差會比較小，最主要的是可進(jìn)行任意數(shù)值拉力的測試，方便進(jìn)行隨機數(shù)值的測量對比，可看出標(biāo)定是否準(zhǔn)確。用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法進(jìn)行標(biāo)定時，可得到更多的數(shù)據(jù)，這樣得出的直線擬合圖形會更接近所有的點，也就是可以使得標(biāo)定更加準(zhǔn)確，所以在反力式滾筒制動檢測時最好使用較好的儀表，并且使用儀表將滾筒向上拉的方法來進(jìn)行標(biāo)定，這樣測出的結(jié)果會相對準(zhǔn)確一些。綜合以上，在進(jìn)行標(biāo)定時應(yīng)選擇用儀表將滾筒向上拉的標(biāo)定方法。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機械工業(yè)出版社，1981.

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[5]張更娥，陳曉輝，李亮平，等.一種制動試驗臺制動力檢測系統(tǒng)的標(biāo)定方法[D].廣西:邕江大學(xué)，2011.

[6]陳勇.汽車制動檢測臺測控系統(tǒng)設(shè)計[D].湖北：湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2007.