滾筒式制動檢驗臺檢測汽車最大制動力時滑移率的確定

安相璧，郭 正，王 虎，焦宇飛，呂志明

(1.軍事交通學院 軍用車輛系，天津300161;2.72489部隊，濟南250022)

車輪最大制動力直接影響著車輛制動性能。目前國內(nèi)車輛檢測機構(gòu)，車輪最大制動力檢測主要通過滾筒反力式制動檢驗臺或者平板式制動檢驗臺進行，滾筒反力式制動檢驗臺的使用更為廣泛。利用滾筒反力式制動檢驗臺檢測車輪最大制動力的方法有兩種:一種是連續(xù)采集制動全過程的數(shù)據(jù)，找到制動曲線上升到峰值然后出現(xiàn)下降趨勢的“拐點”，以此作為最大制動力的值;另一種是利用第3滾筒測量滑移率，當滑移率達到臨界滑移率值時(一般15% ～30%)，將此時制動力的值作為最大制動力［1－3］。

為了減少滾筒對輪胎的磨損，同時保護驅(qū)動電動機，多數(shù)制動檢驗臺采用滑移率控制的方法檢測車輪最大制動力。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，一種型號的檢驗臺通常只設(shè)定一個臨界滑移率值。檢測中，車輪制動力的大小隨著車輪滑移率的變化而變化，而車輪滑移率又與輪胎直徑、花紋類型等直接相關(guān)，所以對不同型號車輛采用固定的滑移率測取最大制動力容易造成檢測結(jié)果的不準確。因此，本文提出了針對不同車型進行車輪臨界滑移率“再確定”的方法，即根據(jù)不同型號的待檢車輛確定不同的臨界滑移率值，作為控制滾筒停轉(zhuǎn)的指令。

1 最大制動力檢測原理分析

1.1 常見制動檢驗臺檢測原理

利用第3滾筒檢測車輪滑移率，控制檢測最大制動力的原理如圖1所示。

圖1 滑移率檢測原理

圖中，V1為車輪的線速度，V2為前、后制動滾筒的線速度，V3為第3滾筒的線速度。當電動機啟動直至制動滾筒的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定未進行制動之前，制動滾筒、車輪和第3滾筒的線速度相等，即

車輪制動時，車輪與第3滾筒速度相同，即V1=V3，但車輪與滾筒間發(fā)生滑移，使得V3和V2之間有轉(zhuǎn)速差，出現(xiàn)相對滑動時其相對滑移率S為

檢測過程中，控制系統(tǒng)可根據(jù)安裝在第3滾筒上的轉(zhuǎn)速傳感器實時測量車輪的表面線速度。制動時，當控制系統(tǒng)計算的車輪滑移率達到15%～30%間某一固定值時，即認為制動力已達最大值，從而發(fā)出信號測取最大制動力，關(guān)停制動滾筒［4－5］。

1.2 制動力影響因素分析

滾筒反力式檢驗臺對車輪制動力檢測過程中，檢測車輪的受力情況如圖2所示。

圖2 車輪在制動臺上的受力

制動過程中的車輪慣性力矩和滾動阻力矩可以忽略不計，穩(wěn)定情況下，由平衡條件可得

式中:Mt為車輪所受制動力矩;N1、N2為滾筒對車輪的法向力;F1、F2為滾筒對車輪的切向力;Gf為被檢車輪載荷;H為非測試車輪對測試車輪的水平力;λ為安置角;R為車輪半徑;r為滾筒半徑;L為滾筒中心距。

設(shè)車輪與滾筒間附著充分，附著系數(shù)為φ，則F1、F2的最大值分別為 F1=N1φ、F2=N2φ，帶入上式解得

由式(8)可知，制動力大小與附著系數(shù)φ、安置角λ、車輪載荷Gf等有關(guān)，輪胎與滾筒的附著系數(shù)會隨著車輪滑移率的變化而變化［2］。而不同類型的車輛在同一個檢測臺上檢測時，其輪胎直徑大小、輪胎花紋、彈性剛度不同，導致輪胎與滾筒間的臨界滑移率也不相同，因此，要準確檢測車輪最大制動力的值，需要根據(jù)車型的不同確定不同的臨界滑移率［6－8］。

2 試驗分析

2.1 檢測系統(tǒng)的改進

試驗用滾筒制動檢驗臺為FC－130G1檢驗臺，具體參數(shù)見表1。

表1 FC-130G1檢驗臺參數(shù) mm

為了測得車輛制動過程中車輪制動力隨滑移率變化情況，對檢驗臺的控制系統(tǒng)進行改進，使其在車輛制動性能檢測過程中實時記錄車輪制動力和滑移率的值，而不控制電動機的停轉(zhuǎn)。

改進的制動檢驗臺控制系統(tǒng)主要由信號采集傳感器、信號調(diào)理單元、信號處理單元和主控機總成組成(如圖3所示)。檢測過程中，通過調(diào)整主控機的采樣程序，采集并記錄得到車輪制動力—滑移率實時變化曲線(如圖4所示)，由此可以得到車輪最大制動力出現(xiàn)時對應(yīng)滑移率的值。

圖3 改進的制動檢驗臺控制系統(tǒng)

圖4 車輪制動力和滑移率變化曲線

2.2 試驗結(jié)果

選取具有不同驅(qū)動方式、車輪直徑和輪胎類型的3種車型進行試驗分析，試驗車型參數(shù)見表2。對3種車型的前軸分別進行10次制動力試驗，結(jié)果見表3。各車型最大制動力和車輪滑移率隨著試驗次數(shù)的變化曲線如圖5—7所示。

表2 試驗車型參數(shù)比較

表3 3種車型車輪最大制動力和臨界滑移率檢測數(shù)據(jù)

圖5 勇士BJ2022試驗結(jié)果

圖6 東風EQ1092試驗結(jié)果

圖7 東風EQ2102試驗結(jié)果

2.3 試驗結(jié)果分析

由表3檢測數(shù)據(jù)可知，同一車型左右車輪最大制動力對應(yīng)的臨界滑移率基本一致，而不同車型最大制動力對應(yīng)的臨界滑移率有明顯區(qū)別。如觀察前3次檢測結(jié)果，EQ2102左、右輪最大制動力出現(xiàn)時滑移率的值均在22%左右，BJ2022左、右輪最大制動力出現(xiàn)時滑移率的值則在18%左右。

從圖5—7可以看出，隨著連續(xù)檢測次數(shù)的增多，車輪最大制動力出現(xiàn)時對應(yīng)的滑移率值逐漸變大，且隨著試驗的進行車輪最大制動力的值逐漸變小。這主要是因為在檢測過程中，輪胎和滾筒的多次摩擦使得輪胎胎面花紋出現(xiàn)剝蝕，導致滾筒和輪胎之間滑動附著系數(shù)變小所致。因此，為避免上述影響，可以前3次檢測中車輪最大制動力出現(xiàn)時對應(yīng)滑移率的均值作為臨界滑移率的值。如本次試驗中可確定BJ2022臨界滑移率為18%，EQ1092臨界滑移率為20%，EQ2102臨界滑移率為22%。

3 結(jié)語

不同車型的車輛在同一制動檢驗臺上檢測車輪最大制動力時，臨界滑移率的值是不同的。如觀察前3次檢測結(jié)果，EQ2102臨界滑移率為22%，EQ1092臨界滑移率為20%，BJ2022臨界滑移率的值則在18%。因此，傳統(tǒng)的所有車型均依據(jù)某一固定滑移率測取最大制動力的方法是不科學的。

檢測車輪最大制動力時，應(yīng)根據(jù)車型的不同確定各自的臨界滑移率值，并作為固定參數(shù)存儲在檢驗臺控制系統(tǒng)內(nèi)，以此作為測取車輪最大制動力的對應(yīng)臨界滑移率值。在確定不同車型臨界滑移率時，建議測取待檢車輛前3次最大制動力對應(yīng)的滑移率均值。

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