相關(guān)因素對(duì)平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)結(jié)果的影響分析

白云川，張建生，王 龍，安相璧，蘇 濤

(1.軍事交通學(xué)院 軍用車輛系，天津300161;2.72641 部隊(duì)，濟(jì)南250300)

制動(dòng)性是車輛運(yùn)行安全技術(shù)條件的重要指標(biāo)和必檢項(xiàng)目。GB7258—2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定，制動(dòng)性檢測(cè)可使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)，也可使用滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)，其中平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)的是動(dòng)態(tài)車輛的制動(dòng)性能、可反映出制動(dòng)過(guò)程中軸荷前移的效果、得到的結(jié)果更加貼近實(shí)際狀況，而獲得廣泛應(yīng)用。但車輛在使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)受到多種因素的影響，導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)有時(shí)無(wú)法真實(shí)反映車輛的制動(dòng)性能。為此，本文通過(guò)多組制動(dòng)試驗(yàn)的對(duì)比，對(duì)影響平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的相關(guān)因素進(jìn)行了分析。

1 檢測(cè)原理分析

平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)是由測(cè)試平板、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等構(gòu)成的、集稱重與制動(dòng)力測(cè)試為一體的汽車檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)時(shí)，車輛以5 ～10 km/h的速度駛上測(cè)試平板，駕駛員在顯示信號(hào)的提示下踩下制動(dòng)踏板使車輛在測(cè)試平板上制動(dòng)至停車。此時(shí)，平板受到一個(gè)與車輪制動(dòng)力大小相等、方向相反的作用力，經(jīng)過(guò)傳感器測(cè)量便可測(cè)出車輪制動(dòng)力的大小。

使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行制動(dòng)性檢測(cè)時(shí)，車輛比較接近實(shí)際行駛狀態(tài)，與實(shí)際行駛制動(dòng)中的受力情況相同(如圖l 所示)。由于車速低，車輪受到的滾動(dòng)阻力矩、慣性力矩及車輛受到的空氣阻力都很小，故在受力分析中予以忽略。

圖1 制動(dòng)時(shí)車輛受力分析

圖中，F(xiàn)1為前輪受到的制動(dòng)力，F(xiàn)2為后輪受到的制動(dòng)力，N1為前輪受到的支承力，N2為后輪受到的支承力，G為車輛的重力，F(xiàn)i為車輛的慣性力，L為軸距，L1為車輛質(zhì)心到前軸中心線的距離，L2為車輛質(zhì)心到后軸中心線的距離，h為車輛質(zhì)心高度。設(shè)車輪與平板間的附著率為φ，則

對(duì)后輪與平板的接觸點(diǎn)取力矩得

對(duì)前輪與平板的接觸點(diǎn)取力矩得

即

從式(6)—(8)中可看出，車輛在平板上制動(dòng)時(shí)，因?yàn)閼T性力Fi的存在，平板對(duì)前輪的支承力N1變大，前輪制動(dòng)力也隨之增大，同時(shí)，平板對(duì)后輪支承力N2減小，后輪制動(dòng)力F2也因此減小。

2 影響因素試驗(yàn)分析

由式(8)可以看出，平板制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)到的制動(dòng)力F(車輛制動(dòng)時(shí)檢驗(yàn)臺(tái)對(duì)車輛的反作用力)主要受車輛載荷及車輪與平板間的附著率的影響。而在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，由于平板制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)只能檢測(cè)到與平板平行的橫向作用力，故車輛駛上平板的方向也會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，為對(duì)影響因素進(jìn)行分析，進(jìn)行了數(shù)組實(shí)車制動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)選用的平板制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)型號(hào)為HPZS-3E，其參數(shù)見(jiàn)表1;試驗(yàn)車輛為桑塔納(A 車)及速騰(B 車)，其參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 HPZS-3E 平板制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)參數(shù)

表2 試驗(yàn)車輛參數(shù)

2.1 載荷對(duì)檢測(cè)的影響

為分析載荷對(duì)制動(dòng)檢測(cè)的影響，本文通過(guò)改變車內(nèi)乘員位置的方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)分為4組，試驗(yàn)1 為只有駕駛員，試驗(yàn)2 為乘員坐于副駕駛，試驗(yàn)3 為乘員坐于駕駛員正后方，試驗(yàn)4 為車輛滿載，每組試驗(yàn)進(jìn)行3 次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值見(jiàn)表3，計(jì)算時(shí)重力系數(shù)g取9.8 N/kg。

通過(guò)表3 可明顯看出，軸荷前移的效果，即前軸制動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后軸制動(dòng)力。為此，在進(jìn)行兩軸車輛設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)前后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力進(jìn)行分配，使前后制動(dòng)器的制動(dòng)比為一固定值，而前制動(dòng)器分配的制動(dòng)力通常會(huì)大于后制動(dòng)器制動(dòng)力［1］。車輛的制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)又受限于地面的附著條件。因此，在制動(dòng)器制動(dòng)力未達(dá)到最大之前，車輛的制動(dòng)力會(huì)隨著載荷的增加而增加。從表3 也可看出，當(dāng)前軸載荷增加時(shí)，兩車的前軸制動(dòng)力也相應(yīng)變大。對(duì)后軸制動(dòng)力而言，由于其制動(dòng)器制動(dòng)力較之前軸制動(dòng)器制動(dòng)力要小，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力已達(dá)到最大時(shí)，后軸的制動(dòng)力不會(huì)隨著載荷的變化而變化，如A 車試驗(yàn)3、試驗(yàn)4 中的后軸制動(dòng)力較之試驗(yàn)1、試驗(yàn)2，并未發(fā)生明顯的變化。

表3 不同載荷下的制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

軸制動(dòng)率和整車制動(dòng)率是評(píng)判車輛制動(dòng)性合格的標(biāo)準(zhǔn)，其值分別為各軸最大制動(dòng)力及各軸最大制動(dòng)力之和與各軸軸荷及整車載荷的百分比［3］。制動(dòng)檢測(cè)時(shí)，當(dāng)載荷增加時(shí)，如果制動(dòng)器制動(dòng)力還未達(dá)到最大，車輛制動(dòng)力主要取決于地面的附著條件，此時(shí)，制動(dòng)率并不會(huì)隨著載荷的改變而改變，如試驗(yàn)1—3 中前軸及整車制動(dòng)率;但當(dāng)載荷增至一定值后，車輛制動(dòng)力的主要限制條件就會(huì)變?yōu)橹苿?dòng)器制動(dòng)力，也就是說(shuō)當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力達(dá)到最大后，制動(dòng)力不會(huì)因?yàn)檩d荷的增加而增加，其制動(dòng)率則會(huì)相應(yīng)減小，如試驗(yàn)4 中A 車和B車的前軸及整車制動(dòng)率都明顯減小。

2.2 附著率對(duì)檢測(cè)的影響

考慮到車輛實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中輪胎的表面情況及輪胎氣壓均可對(duì)附著率的大小產(chǎn)生影響，因此，本節(jié)通過(guò)打濕輪胎表面及改變輪胎氣壓2 種方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)分為4 組，試驗(yàn)1 為標(biāo)準(zhǔn)氣壓干燥車輪，試驗(yàn)2 為標(biāo)準(zhǔn)氣壓前軸雙輪同時(shí)打濕，試驗(yàn)3 為低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓干燥車輪，試驗(yàn)4 為高于標(biāo)準(zhǔn)氣壓干燥車輪。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值見(jiàn)表4。

表4 不同附著率下的制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將試驗(yàn)2 與試驗(yàn)1 對(duì)比可以看出，兩車的前軸制動(dòng)力均大幅減小?？梢?jiàn)，由于水漬會(huì)對(duì)車輪與制動(dòng)平板間的附著情況造成影響，降低其間的附著率，車輛的制動(dòng)力會(huì)隨之減小。將試驗(yàn)3、試驗(yàn)4 的數(shù)據(jù)與試驗(yàn)1 中的數(shù)據(jù)作比對(duì)可以看出，制動(dòng)力隨輪胎氣壓的降低而略有增加，反之亦然。分析其原因，當(dāng)輪胎氣壓降低后，車輪與平板的接觸變形會(huì)增大，從而導(dǎo)致平板與輪胎間附著率增大;而當(dāng)輪胎氣壓升高后，則會(huì)導(dǎo)致附著率減小。

2.3 車輛行駛方向?qū)z測(cè)的影響

在平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行車輛檢測(cè)時(shí)，要求車輛行駛方向須與平板的方向保持一致，但由于操作上的原因，導(dǎo)致在駕駛車輛駛上平板的過(guò)程中，很難保證車輛行駛方向與平板方向完全一致。為分析該因素的影響，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)1中，保證車輛幾乎平行于平板的方向駛上平板;試驗(yàn)2 中，人為地使車輛行駛方向與平板方向保持一定夾角斜向駛上平板。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值見(jiàn)表5。

表5 不同行駛方向下的制動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表5 可明顯看出，當(dāng)車輛斜向駛上平板制動(dòng)檢測(cè)臺(tái)時(shí)，與正向駛上平板相比，制動(dòng)力降低較大。分析其原因，是由于當(dāng)車輛斜向駛上平板后，產(chǎn)生的制動(dòng)力可分解為平行于平板和垂直于平板的2 個(gè)分力，而制動(dòng)臺(tái)卻只能測(cè)量到平行于平板的分力，故導(dǎo)致檢測(cè)到的制動(dòng)力偏小。

3 結(jié) 論

(1)車輛載荷在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，制動(dòng)力會(huì)隨載荷的增加而變大，當(dāng)重力增至足夠大后，制動(dòng)力便會(huì)趨于穩(wěn)定。所以，如果僅需使用制動(dòng)率評(píng)判車輛的制動(dòng)性能，則不需要改變車輛載荷;若要檢測(cè)車輛制動(dòng)時(shí)所能獲取的最大制動(dòng)力，則應(yīng)該盡量增加車輛的載荷。

(2)附著率的變化對(duì)制動(dòng)力的測(cè)量有一定影響。在檢測(cè)時(shí)，應(yīng)注意保持車輪及滾筒的清潔、干燥，使二者具有良好的附著性能;同時(shí)，由于輪胎氣壓也會(huì)影響到附著率的大小，建議在相關(guān)制動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中加入對(duì)檢測(cè)車輛輪胎氣壓的規(guī)范和說(shuō)明。

(3)車輛在駛上平板的過(guò)程中，若無(wú)法與平板方向保持基本一致，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)到的制動(dòng)力數(shù)據(jù)偏小。因此在檢測(cè)中，需要保證車輛的行駛方向的準(zhǔn)確性，必要時(shí)可在檢測(cè)機(jī)構(gòu)配備相應(yīng)的引車員協(xié)同駕駛員進(jìn)行制動(dòng)檢測(cè)。

［1］ 余志生.汽車?yán)碚摚跰］.4 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］ 安相璧.汽車檢測(cè)診斷技術(shù)［M］.2 版. 北京:北京理工大學(xué)出版社，2009.

［3］ 公安部道路交通管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB7258—2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［4］ 夏均忠，王太勇，李樹(shù)珉. 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試性能分析與應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36(12):13-16.

［5］ 周德光.滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的受力模型建立及其分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(1):50-52.

［6］ 張改.汽車制動(dòng)性能測(cè)試方法分析與研究［J］. 中國(guó)測(cè)試，2010，36(4):34-37.

［7］ 胡明沖.平板式與滾筒反力式制動(dòng)檢測(cè)臺(tái)的對(duì)比研究［J］.中國(guó)測(cè)試，2011，37(6):31-33，75.