機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置

鐘文斌 林飛振

機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置

鐘文斌 林飛振

（廣州計(jì)量檢測技術(shù)研究院）

在分析機(jī)動車制動試驗(yàn)臺的動靜態(tài)計(jì)量問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置，詳細(xì)介紹該裝置的設(shè)計(jì)方案、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及實(shí)際使用效果。

機(jī)動車制動力；制動試驗(yàn)臺；動態(tài)校準(zhǔn)

0　引言

機(jī)動車制動性能是機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件的重要指標(biāo)和必檢項(xiàng)目，國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258要求對機(jī)動車的制動性能進(jìn)行強(qiáng)制檢驗(yàn)，并規(guī)定可用路試或臺試檢驗(yàn)方法。實(shí)際檢測中廣泛采用滾筒反力式制動試驗(yàn)臺檢驗(yàn)方法。

目前，滾筒反力式制動試驗(yàn)臺是靜態(tài)檢定[1]，且只檢定試驗(yàn)臺的測力傳感器，而機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、控制裝置和采集儀表等的動態(tài)性能無法有效檢測。制動試驗(yàn)臺采集數(shù)據(jù)是一個(gè)動態(tài)的過程，為更真實(shí)地復(fù)現(xiàn)實(shí)際使用時(shí)的檢測過程，更客觀地評估制動試驗(yàn)臺的性能，對其進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)顯得尤為重要。

1　滾筒反力式制動試驗(yàn)臺

滾筒反力式制動試驗(yàn)臺由滾筒、電動機(jī)、測量傳感器、傳動鏈、減速器和指示控制裝置等組成，如圖1所示。檢測時(shí)，機(jī)動車的檢測軸車輪停在滾筒上，滾筒帶動車輪轉(zhuǎn)動；達(dá)到檢測車速后，駕駛員急踩制動踏板制動車輪；此時(shí)測量傳感器測得的最大力值即是車輪最大制動力。

2　裝置工作原理

機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置主要用于機(jī)動車制動試驗(yàn)臺的動態(tài)性能校準(zhǔn)，裝置測量范圍為單輪（0～2500）Nm，折算制動力為單輪（0～5000）N，準(zhǔn)確度為±1%。

1-滾筒 2-電動機(jī) 3-減速器 4-傳動鏈 5-測量傳感器 6-指示控制裝置

本裝置主要由動態(tài)扭矩傳感器、無線遙測單元、無線測量儀表和平板顯示記錄系統(tǒng)組成，其安裝使用結(jié)構(gòu)如圖2所示。其工作原理是在試驗(yàn)車測試軸安裝動態(tài)扭矩傳感器；試驗(yàn)車按正常安檢程序開上制動試驗(yàn)臺；動態(tài)扭矩傳感器的彈性體和應(yīng)變片把車輪上的制動力轉(zhuǎn)換成電信號；經(jīng)無線遙測單元測量并轉(zhuǎn)換成制動力值；由無線測量儀表和平板顯示記錄系統(tǒng)顯示、記錄制動曲線；通過比較法對制動試驗(yàn)臺的動態(tài)性能進(jìn)行校準(zhǔn)或驗(yàn)證。

3　設(shè)計(jì)重點(diǎn)

根據(jù)使用要求，機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于動態(tài)扭矩傳感器應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)、傳感器抗彎裝置、無線遙測單元和測量軟件。

3.1　動態(tài)扭矩傳感器應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)動態(tài)扭矩的測量，且不影響車輛本身各部分的相互作用，對動態(tài)扭矩傳感器的安裝位置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都提出了較高要求。本裝置將動態(tài)扭矩傳感器與車輪車軸連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)相結(jié)合，可直接作為車輪與車軸的連接機(jī)構(gòu)。制動時(shí)，制動力通過車輪傳遞到車軸，并在動態(tài)扭矩傳感器的應(yīng)變體上產(chǎn)生扭矩應(yīng)變，通過動態(tài)扭矩傳感器的應(yīng)變體及應(yīng)變測量系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成電信號輸出到采集裝置，測量對應(yīng)的扭矩值。應(yīng)變體設(shè)計(jì)需考慮傳感器的剛性和測量扭矩力值之間的關(guān)系，結(jié)合對應(yīng)變體的材料分析和數(shù)值模擬[2]，最終設(shè)計(jì)應(yīng)變體的測量結(jié)構(gòu)。

圖2　機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置安裝結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)制動力的測量原理，動態(tài)扭矩傳感器測量的制動力是由車軸所受扭矩轉(zhuǎn)換而來。根據(jù)扭矩測量特點(diǎn)，動態(tài)扭矩傳感器軸心與車輪軸心的同軸度，對扭矩和制動力的測量準(zhǔn)確度有較大影響。結(jié)合機(jī)械的加工精度，經(jīng)測算，機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置與車軸的同軸度不大于0.5 mm。綜合考慮同軸要求，本裝置采用總體環(huán)形結(jié)構(gòu)。通過精密測量，獲得車軸和輪轂的實(shí)際尺寸，按照實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)加工傳感器連接件，使傳感器與車軸充分貼合，同軸度滿足測量要求。

制動測量時(shí)需使用檢測車輛，必須確保檢測車輛安裝動態(tài)扭矩傳感器后，車輛車輪結(jié)構(gòu)性能沒有明顯變化。因此，在確保動態(tài)扭矩傳感器盡可能薄的情況下，傳感器的兩端結(jié)構(gòu)和大小必須能與車輛輪轂和車軸連接盤精密配合，剛性滿足車輛驅(qū)動的要求。車輛與動態(tài)扭矩傳感器的連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-車軸 2-車輪 3-連接盤 4-無線采集裝置 5-扭矩傳感裝置

3.2　傳感器抗彎裝置

動態(tài)扭矩傳感器作為車輪與車軸的連接機(jī)構(gòu)，車輛重力將直接施加在其側(cè)向上。為盡量減少側(cè)向力對動態(tài)扭矩傳感器應(yīng)變機(jī)構(gòu)的影響，需對其側(cè)向力進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此，動態(tài)扭矩傳感器設(shè)計(jì)了抵抗重力彎矩的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)車輪輪轂和車軸的連接結(jié)構(gòu)，在圓周形的動態(tài)扭矩傳感器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在外殼和應(yīng)變體之間增加滾珠軸承的連接結(jié)構(gòu)，以分散側(cè)向力；同時(shí)在內(nèi)部應(yīng)變體連接處增加4個(gè)角度的強(qiáng)剛性支撐柱，連接應(yīng)變體法蘭，形成有效的多向軸承分散力支承機(jī)構(gòu)，如圖4所示。實(shí)際測試中，在單個(gè)多向軸承分散力支承機(jī)構(gòu)抗彎矩單元徑向承載500 kg時(shí)，扭矩測量未產(chǎn)生明顯影響。

3.3　無線遙測單元

無線遙測單元集合了信號采集、無線數(shù)據(jù)通信等功能，其性能對機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置的動態(tài)測量非常關(guān)鍵。

機(jī)動車制動試驗(yàn)臺在車輪檢測過程中，力值測量為動態(tài)過程，并需記錄制動力峰值和力值曲線。本裝置的動態(tài)檢測需反映制動試驗(yàn)臺的動態(tài)過程，其中動態(tài)采集頻率是影響動態(tài)性能的重要參數(shù)。本裝置采用高速A/D采集前端系統(tǒng)，采集頻率達(dá)到100 Hz，確保整個(gè)系統(tǒng)的采集頻率滿足使用要求。

1-外殼 2-彈性體 3-滾珠軸承 4-楔塊 5-基座第一法蘭 6-基座第二法蘭 7-支撐柱

機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置在使用過程中需安裝到車輪上，與檢測車共同在制動試驗(yàn)臺運(yùn)行。運(yùn)行過程中，動態(tài)扭矩傳感器在車輪車軸帶動下，與車輪車軸一起旋轉(zhuǎn)，因此，無法通過有線連接的方式輸出測量信號，需設(shè)計(jì)一套專用的無線遙測記錄系統(tǒng)。

無線遙測單元硬件結(jié)構(gòu)主要由放大電路、高速AD采集單元、藍(lán)牙無線交互模塊、無線測量儀表和平板顯示記錄系統(tǒng)組成。放大電路、高速AD采集單元和藍(lán)牙無線交互模塊通過高度集成，制作成體積微小的測量裝置，可獨(dú)立安裝于車輛輪轂連接處，并采用低功耗的設(shè)計(jì)確保獨(dú)立干電池供電。無線遙測單元測量流程框圖如圖5所示。

圖5　無線遙測單元測量流程框圖

3.4　測量軟件

機(jī)動車制動試驗(yàn)臺在制動力檢測過程中，需分析制動力產(chǎn)生的制動曲線，且除了制動率參數(shù)，還有左右制動不平衡率等參數(shù)需要出具和評定。

根據(jù)檢驗(yàn)過程的實(shí)際需求，采用C#開發(fā)語言設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件。該軟件能通過高速數(shù)據(jù)采集，對制動曲線、制動力值（扭矩）、左右輪制動力值比較等多個(gè)制動參數(shù)進(jìn)行記錄和分析。軟件界面如圖6所示。

圖6　軟件界面

4　使用效果

機(jī)動車制動試驗(yàn)臺動態(tài)校準(zhǔn)裝置可對滾筒反力式制動試驗(yàn)臺進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)，是對靜態(tài)檢定的一種有效補(bǔ)充，可全面地評估滾筒反力式制動試驗(yàn)臺的計(jì)量性能。本裝置經(jīng)計(jì)量校準(zhǔn)，靜態(tài)計(jì)量誤差小于±0.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于檢定規(guī)程的±3%要求[1]。

本裝置已作為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)技術(shù)比對的標(biāo)準(zhǔn)樣品，對71家的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了比對，現(xiàn)場安裝及測試情況如圖7所示。

圖7　實(shí)際使用圖

本裝置在比對前中后傳感器的扭矩參考值最大變化為0.4%，樣品整體性能穩(wěn)定，滿足比對樣品的要求。并符合能真實(shí)反映滾筒反力式制動試驗(yàn)臺在實(shí)際使用過程中的計(jì)量性能，為管理部門的監(jiān)管工作提供有效支撐。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢驗(yàn)總局.JJG 906-2015 滾筒反力式制動試驗(yàn)臺檢定規(guī)程[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2015.

[2] 陳金明,鐘文斌.數(shù)值模擬在扭矩傳感器設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].自動化與信息工程,2017,38(1):32-34.

Dynamic Calibration Device of Motor Vehicle Brake Test-Bed

Zhong Wenbin Lin Feizhen

(Guangzhou Institute of Measurement and Testing Technology)

This paper analyzes the problems arise during dynamic and static measurement of motor vehicle brake testbed, afterwards, introduces a new dynamic calibration device using for measuring brake testbed, and ultimately details the design scheme, implementation method and effect in practical use.

Motor Vehicle Braking Force; Brake Test-Bed; Dynamic Calibration

鐘文斌，男，1979年生，高級工程師，碩士，主要研究方向：力學(xué)計(jì)量測試和計(jì)量管理等。E-mial:wenbin_zh@163.com

林飛振，男，1982年生，高級工程師，碩士，主要研究方向：力學(xué)計(jì)量測試等。