客车技术与研究 第５期 ＢＵＳ＆Ｃ０ＡＣＨ ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ 反力滚筒式汽车制动试验台改进 何大军，龚国彬，陈德兵，樊海龙 （重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆４０１１２２） 摘要：对我国普遍使用的反力滚筒式汽车制动试验台的结构和测试时的受力进行分析，找出现有试验台 存在的固有问题，提出改进措施，使ＧＢ ７２５８—２０１２两种检测方法的试验结果趋于一致。 关键词：汽车；制动试验台；制动性能；方法改进 中图分类号：Ｕ４６３．５；Ｕ４６７．５ ２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００６—３３３１（２０１３）０５—００５３—０４ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｎ Ａｎｔｉ－ｆｏｒｃｅ Ｔｙｐｅ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｂｒａｋｅ Ｔｅｓｔ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｈｅ Ｄａｊｕｎ，Ｇｏｎｇ Ｇｕｏｂｉｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｄｅｂｉｎｇ，Ｆａｎ Ｈａｉｌｏｎｇ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｅｓｔ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏａｃｈ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅ￣ｉｓｉｏｎ＆Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１ １２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｄｒｕｍ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｒａｋｅ ｔｅｓｔｅｒ，ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｔｅｓｔｅｒｓ ｉｎｔｈｅｒｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｍａｋｅ ｔｈｅ ＧＢ ７２５８－２０１２ ｔｏｗ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｎｅａｒｌｙ ｓａｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ｂｒａｋｅ ｔｅｓｔｅｒ；ｂｒａｋｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｍｅｔｈｏｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ 制动性能是汽车行驶安全Ｉ生最重要的指标，直接关系 １ 反力滚筒式试验台工作原理及受力分析 到汽车的行驶安全眭，同时也关系到汽车动力性的充分发 反力式滚筒制动试验台（以下简称为制动试验 挥。汽车的动力性越好，对其制动性能要求也越高口］。因 台）是由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试单 此，汽车制动性能的检测准确性十分重要。文献【２】规定 元和一套指示、控制装置组成。每一套车轮制动力测 制动性能试验方法有两种，即道路试验方法和台架试验 试单元由框架、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装 方法。两种试验方法的性能指标要求不同，例如，对乘 置等构成【 。 用车，道路试验要求行车制动是空载、５０ ｋｍ／ｈ的速度下 进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验 制动距离≤１９ ｍ，或者制动平均减速度≥６．２ ｍ／ｓ ；台架 台，车轮置于主、从动滚筒之间，放下举升器（或压下第 试验的要求制动力总和与整车重力的百分比空载≥ 三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程开关被接通）。通过 ６０％，前轴制动力与轴荷之比Ｉ＞６０％，后制动与轴荷之 延时电路启动电动机，经减速器、链传动和主／从动滚 比≥２０％。在台架试验方法中，反力式滚筒制动试验台 筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后驾驶员踩下制 以其测试受外在环境影响小、占地少、结构简单、操作 动踏板。车轮在车轮制动器的摩擦力矩作用下开始减速 安全、快捷等优点被普遍使用。但是台架测试中发现， 旋转。此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎的摩擦力克服 检钡０时车辆有时会向后移动，检测结果重复性较差，有 制动器的摩擦力矩，维持车轮继续旋转。同时在轮胎对 时还会出现台架检测结果与道路检测结果不一致的现 滚筒表面切线方向的摩擦力作用下，减速器壳体与测力 象；在台架上检测合格的车辆，在道路试验时，有时会 杠杆一起朝滚筒转动相反方向摆动，测力杠杆一端的力 不合格；在台架检测不合格的车辆，在道路试验时，有 由传感器测出。从传感器送来的电信号经放大滤波后， 时会合格。按照常理，不同检测方法的试验结果应尽量 送往Ａ／Ｄ转换器转换成相应数字量。经计算机采集、存 一致，出现矛盾自然不合理。因此，本文通过对反力式 储和处理后，检测结果由打印机打印出来。 滚筒制动试验台的结构及测试时的受力分析，找出影 某一款制动试验台的结构参数为滚筒直径１８５ ｍｍ； 响检测结果的原因，提出改进的措施，使两种方法的检 滚筒距离４３０ ｍｍ。在制动力测试时，轮胎的受力如图１ 测结果趋于一致。 所示。图１中Ｇ为被测车轮的轮荷；Ⅳ 、 分别为前后滚 作者简介：何大军（１９６４一），男，工程师；整车室副主任；主要从事汽车检测工作。 第５期 何大军，龚国彬，陈德兵，等：反力滚筒式汽车制动试验台改进 动，直到离开滚筒。在轴荷向滚筒２转移的过程中， 逐 渐减小。当Ｆ等于 时，系统达到平衡。该过程说明，轴 荷在两轮上的分配还决定于Ｆ的大小。在检测时，Ｆ是 总重量的６３％，上述台架试验测得的制动力只能达到 轴荷的６ｌ％。这说明对于满足道路制动性能要求的车 辆，该台架不能检测出制动器的最大制动性能，所以 出现了台架检测结果与道路检测结果的不一致的现 由非检测轮通过地面的摩擦力提供，也是随着制动踏板 力的增加而增加。测试时，系统何时处于平衡，取决于检 测轮对滚筒的摩擦力、非检测轮与试验台台面滚筒摩擦 力的增长情况。轮胎与滚筒的摩擦力还与制动器的制动 力有关：制动器制动力小于轮胎滚筒的最大摩擦力时， 轮胎与滚筒的摩擦力的大小取决于制动器制动力的大 象【６】。 因此，要提高台架试验方法的准确性，就必须保证 轮胎与滚筒的摩擦力要大于制动器的制动力，以测出 制动器真实的制动能力，才能实现台架试验结果和道 路试验结果的一致。从公式（６）可以得出，提高滚轮和 小；制动器的制动力达到了轮胎与地面或滚筒的最大摩 擦力时，制动器的制动力被限定于轮胎与滚筒的最大摩 擦力。在测试中发现，在同一制动力下，前、后轮制动力 的增长并非线性一致的增长，具有一定的变动，引起了 Ｆ和 的平衡点发生变化，从而引起测试的制动力的变 化，所以测试时的重复性较差。 通过以上图解得出，图２时，制动力为轴荷的６９％， 需要提供的推力Ｆ为轴荷重的６５％；图３时，制动力为 轴荷的５６％，需要提供的推力Ｆ为轴重的２３％。制动力 是在Ｆ与 达到平衡时解出。Ｆ与非检测轮轴重和台 面附着系数有关。经检测得知，试验车辆轮胎对地面的 摩擦系数为０．４。一车辆的前轴荷为７２８ ｋｇ，后轴荷为 ４５５ ｋｇ，通过图５解得前轮最大制动力为４ ３５２ Ｎ，为前 轴荷的６１％；后轮最大制动力为２ ７６５ Ｎ，为后轴荷的 ６２％；总的最大制动力为７ １１７ Ｎ，为总重量的６１％，满 足文献［２］台架试验要求。该车在该制动下，根据牛顿第 二定律Ｆ＝ｍａ，对应的最大制动减速度为６．０ ｍ／ｓ ，低于 文献【２］道路试验的性能要求６．２ ｍ／ｓ ，道路试验为不合 格。对于同一车辆，两种试验方法出现了两种相反的试 验结果 ２改进措施及验证 分析以上问题原因，文献［２】要求，在道路试验时，试 验路面的附着系数要大于０．７５，轮胎不能抱死，即要求 地面对轮胎的摩擦力大于制动器的制动力。这说明制 动性能道路试验，实际上是检测制动器的制动性能。 而在台架试验时，当制动器动力大于轮胎与滚轮的 摩擦力时，轮胎会打滑，这时测试出的制动力为最大 摩擦力；当制动力小于最大摩擦力时，这时测出的制 动力为制动器的制动力。按照道路试验要求，减速度 ６．２ ｍ／ｓｚ时，南牛顿第二定律Ｆ＝ｍａ可得，制动力应为 轮胎的附着力方法有：测试时人为增加轴荷；增大向前 的推力Ｆ；增大滚轮与轮胎的附着系数；增大滚轮距离， 即增大安置角 。增加轴荷能增大附着力，但加载方法 麻烦。在批量检测时，此方法不可取。检测时的推力Ｆ 由车辆的非检测轮提供【＿ 。增加车轮胎接触的地面的摩 擦系数可增大推力。现有制动试验台的地面做得都很 漂亮、光洁。轮胎与地面的摩擦系数都很低，一般只有 ０．４～０．６。只要地面做得粗糙就能够实现摩擦系数在０．８ 左右。 增加滚筒与轮胎的摩擦系数是有效的方法。文献【５】 要求的附着系数为０．６５以上，一般的试验台都能满足 要求。将摩擦系数提高到０．８以上是可以达到的［８１。这样 制动力的检测能力就能提高１５％以上。增大安置角 也是有效的方法之一ｌ ９ｌ。当安置角Ｏ／为４５。、滚轮与轮胎 的附着系数为０．８时，制动力能达到轴荷１ １０％。该结构 能达到摩擦力大于制动器制动力的要求。测试时，由于 轮胎直径大小不同，安装角也不同。为了保证相同的安 装角，可以通过调整滚轮距离来保证安置角Ｏ／不变。但 是安装角太大，会带来两个问题：一是轮胎会陷入槽 内，不能自拔，甚至不能正常运转，需设置举升机构；二 是可能导致滚轮与非运动件接触。可以将总质量、轴 距、重心位置、地面附着系数等参数输入试验台，试验 台根据检测到的制动力用牛顿定律计算制动减速度和 制动距离。该结果可用文献［２］道路试验方法的性能要求 进行判定。 为了提高轮胎和滚轮的摩擦力，采取了施加Ｆ力、 增加轴荷等措施，测试时使轮胎不打滑，保证了测试出 的制动力为制动器的制动力＿１Ｏｌ；通过对踏板进行限位， 保证在台架试验和道路试验获得相同的制动力，通过 对一辆鼓式制动器的普通桑塔纳轿车试验，试验结果 见表１ ５６ 客车技术与研究 ２０１３年１Ｏ月 表１ 制动试验数据统计表 总制动力 计算减速度 道路试验 道路试验减速度 两种方法的 序号 前轴重／ｋｇ 后轴重／ｋｇ 前制动力 后制动力／Ｎ 平均值，Ｎ ／（ｍ／ｓ０） 减速度／（ｍ／ｓ ） 平均值／（ｍ／ｓ ） 测试误差率／％ ３６０ ２４１０ ５．５ ｌ ３ ９７５ ２ ３３６ ６ ２９６ ５－３ ５．４ ５．５ ＋３．６ ３ ８０８ ２４９８ ５．６ ４ ３７０ ２ ７２８ ６－２ ２ ７２８ ４５５ ４ ２１５ ２ ８０６ ７ ２９８ ６．２ ６．３ ６－３ ＋１．５ ｌ ６２０ ２ ８５５ ６．４ ５ ４２２ ３ １４８ ６．７ ３ ５ ６１０ ３ ０ｌ９ ８ ７１４ ７－４ ６．５ ６．６ —１２ ５ ５８６ ３ ３５６ ６．７ 从测得的制动力，根据牛顿第二定律计算出的加速 准出版社，２０１２． 度和道路试验得到的速度（ＦＭＤＤ）比较，前两次很接近， ［３］黄木强．对影响反力式滚筒制动试验台检测汽车制动力结 误差达到５％以内。第三次试验偏差较大，达到了１２％。 果因素的分析ｌＪＩ．车辆检测，２００８，（４） 原因是在第三次试验时，在惯性力的作用下，后轮部分 【４】哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学【Ｍ】．北京：高等 轴荷向前轮转移，后轮与地面摩擦力小于制动器的制动 教育出版社，２００９． 力，后轮出现了打滑，导致制动减速度减小。 ［５】ＧＢ／Ｔ １１７９８．２—２００１，机动车安全检测设备检定技术条件（第 ２部分）【ｓ】 Ｅ京：中国标准出版社，２００１． ３结束语 ｆ６】徐礼超．汽车制动试验台存在的问题及其改进『Ｊ１．公路与汽 运，２００３，（４） 通过对我国普遍使用的反力滚筒式汽车制动试验 ［７］葛在．反力式制动试验台的性能测试ｌＪ１．中国公路学报，１９９７， 台的结构和测试时的受力分析，找出了试验设备存在的 （２） 固有问题，并提出了改进措施。这样便使文献【２】两种检 ［８］蔡键．关于反力式滚筒制动试验台检测制动力的探讨『Ｊ１．交 测方法的试验结果趋于一致。 通标准化，２００４，（１） ［９】夏均忠，王太勇，李树珉．汽车制动试验台测试性能分析与 参考文献： 应用［Ｊ］．农业机械学报，２００５，（１２） 【１】《汽车工程手册》编辑委员会．汽车工程手册：基础篇［Ｋ］．北 【１０】李叶．磨砂滚筒反力式制动检验台检定方法的改进ＩＪ１．公路 京：人民交通出版社，２００１． 与汽运，２００２，（５） ［２】ＧＢ 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