整車制動道路試驗測試研究

梁榮亮 王 羽 謝晉中 過學迅 高吉強

（中國汽車技術研究中心1） 天津 300162） （武漢理工大學汽車工程學院2） 武漢 430070）

0 引 言

選用熱電偶傳感器、拉線位移傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、踏板力傳感器、非接觸式測速儀及數據采集系統組成制動集成檢測系統，實時接收檢測各傳感器輸入的制動性能物理量參數，真實、客觀反映制動系統的可靠性和整車的動態穩定性.

利用制動集成檢測系統對國內某款SUV 進行靜態和動態制動踏板感覺試驗、制動熱衰退試驗、制動距離試驗等整車制動性能道路試驗，獲取車輪制動器摩擦襯片溫度、制動踏板行程、制動減速度、制動系統液壓管路壓力、制動踏板力、車速等制動性能參數，對該車型制動系統匹配及ABS控制策略進行考核評價，為后續該車型底盤制動系統的匹配及驗證試驗提供參考指導.

1 試驗樣車

試驗樣車為裝配前置汽油發動機的SUV，CVT 無級變速器，承載式車身，4×2 后輪驅動.制動系統采用真空助力液壓伺服助力系統，雙回路H 型布置，制動器采用前盤后鼓配置，制動系統的布置簡圖見圖1［1］.

圖1 制動系統布置簡圖

2 測試方法及系統集成

2.1 試驗方法及傳感器的安裝

制動性能試驗方法依據文獻［2］及企業自定標準，實時測量前軸盤式制動器制動摩擦襯片溫度、后軸鼓式制動器制動領蹄和制動從蹄的制動蹄片溫度、前后制動管路壓力、制動踏板行程、制動踏板力、車輛制動減速度及車速等時域制動性能信號［3－4］.

按照文獻［5］將熱電偶分別打孔掩埋于右后輪領蹄襯片、右后輪從蹄襯片、左后輪領蹄襯片、左后輪從蹄襯片、左前輪盤式摩擦襯片、右前輪盤式摩擦襯片.在掩埋熱電偶操縱過程中，應盡可能減少制動器的拆卸或調整工作量，如果原始調整受到干擾，應根據制造商要求進行重置.同時只需對掩埋孔處摩擦襯片進行掩埋操作，襯片其他部位嚴禁被外界玷污，掩埋過程中切忌操縱行車制動系統和駐車制動系統，防止制動器自由間隙調整變動，保證掩埋前后制動系統性能良好的一致性.

將壓力傳感器通過三通閥分別密閉封裝跨接在前、后液壓制動管路中，經信號放大器對壓力傳感器輸出物理量信號進行放大、調理、濾波處理，為保證液壓制動系統管路壓力在壓力傳感器安裝前后的一致性，壓力傳感器安裝完畢之后必須分別對前、后液壓管路進行排氣處理.

2.2 測試系統集成

采用HIOKI8430－21型10 通道數據采集系統實時接收上述傳感器輸入的差分模擬物理信號，除制動器摩擦襯片溫度可以用熱電偶適時將溫度信號輸出給數據采集系統進行直接讀取外，其他傳感器均采用電壓差分模擬輸入，傳感器參數見表1.

表1 各類車載傳感器規格型號及測量參數

2.3 傳感器標定

為減少甚至屏除試驗環境因素對試驗真實性和客觀性造成的影響，保證試驗的高精確度、良好的重復性和一致性，必須對各類傳感器進行物理標定，限于篇幅，各傳感器標定試驗及標定函數圖略.

3 制動性能道路試驗

試驗樣車按照文獻［6］的要求進行基準質量和滿載質量配載，試驗場地為交通部通縣汽車試驗場長直線性能路，路面為清潔、干燥、平整的瀝青混凝土地面.

3.1 制動踏板感覺試驗

1）靜態不啟動發動機試驗 試驗樣車滿載正常放置于試驗環境一段時間進行浸車處理，待冷卻液、制動液、潤滑油液達到試驗環境溫度開始進行試驗.控制踩踏制動踏板的速度，當制動踏板力超過500N時，記錄制動踏板行程、管路壓力隨制動踏板力增長的變化曲線，試驗結果見圖3～4.

圖3 不啟動發動機：踏板行程－踏板力關系

圖4 不啟動發動機：管路壓力－踏板力關系

2）靜態啟動發動機試驗 保證車輛各工況良好，正常啟動發動機并關閉暖風機、空調等額外損耗發動機輸出功率的附屬設備，待車輛正常熱機之后，與靜態不啟動發動機試驗一致保持相同的踏板踩踏速度及強度，當制動踏板力超過500N時，記錄制動踏板行程、管路壓力隨制動踏板力增長的變化曲線，試驗結果見圖5～6.

由上圖可以看出，在不啟動發動機靜態試驗中在0.6s時間內制動踏板力增加至660N 并維持恒定，克服制動踏板自由行程使制動踏板有效行程增加到70mm，與此同時前后管路壓力以恒定的線性斜率遞增至4.5 MPa.

圖5 啟動發動機：踏板行程－踏板力關系

圖6 啟動發動機：管路壓力－踏板力關系

在啟動發動機靜態試驗中在相同時間內制動踏板力增加至700N 并維持恒定，克服制動踏板自由行程使制動踏板有效行程增加到85mm，由于啟動發動機真空助力器參與正常工作，將制動踏板力助力放大作用在制動總泵，促使前后制動管路壓力以恒定的線性斜率遞增至9.8 MPa.

靜態試驗初期犧牲踏板力100N 用以克服制動踏板牽引拉桿機構部件之間及制動總泵柱塞與泵壁的摩擦力，之后踏板行程、管路壓力隨踏板力的增長呈現明顯的線性趨勢［7］.

3）動態試驗 將試驗樣車啟動駐車冷卻至制動摩擦片、制動蹄片溫度低于90 ℃，制動初速度為（120±1）km／h的發動機脫開制動，制動期間保持踏板力恒定，使車輛的減速度逐步增加至8m／s2，2 種配載分別進行，記錄車速、制動踏板力、制動減速度、制動踏板行程、制動系統管路壓力等參數，試驗結果見圖7～8.

圖7 基準質量制動踏板感覺試驗曲線

由圖7 可知2 種載荷狀態下試驗樣車均在5s以內完成120～0km／h的發動機脫開制動，均在0.9s時間內促發制動產生1050N 的最大制動踏板力，之后隨時間歷程單調降至830N 左右，同時制動踏板有效行程達到110 mm 并維持恒定.

由制動管路壓力及減速度時間歷程曲線可以看出，基準質量試驗ABS激活工作促使前管路壓力在12.6～14.3 MPa波動調節，制動減速度維持在8.5～10.8 m／s2范圍；滿載質量試驗ABS促使前管路壓力在12.4～14.4 MPa波動調節，制動減速度維持在8.1～10.2m／s2范圍.

高速緊急制動促使防抱死系統（ABS）激活工作，ABS根據車輪滑移率及制動減速度綜合判斷控制電磁閥通斷，以脈沖波動形式積極對制動管路壓力進行建壓、泄壓調節，當車速降至20km／h之后ABS停止工作，管路壓力無起伏波動調整，隨踏板力的解除單調下降.同時120km／h 高速高附路面緊急制動產生強大的制動慣性力，促使整車重心前移導致前軸動態軸荷增加后軸動態軸荷衰減，在ABS正常工作車輪不抱死的前提下，前軸車輪轉動慣量遠大于后軸車輪轉動慣量，即使前軸盤式制動器制動盤與摩擦襯片的摩擦強度足夠大以產生足以使前軸車輪傾向抱死的制動器制動力，但軸荷前移誘發過大的前軸車輪轉動慣量足以克服前軸制動器制動力而有拖曳前軸車輪繼續轉動的趨勢，所以前管路壓力高于后管路壓力以克服制動慣性力誘發的軸荷轉移，同時制動慣性力誘發的拖曳前軸車輪繼續轉動的趨勢致使ABS電磁閥對前管路壓力調節幅度低于后管路壓力調節幅度.

由前、后軸制動器溫度曲線可知，基準質量試驗右前輪盤式制動器由試驗前的60 ℃升至試驗后的135 ℃，溫升幅度達75 ℃，左前輪盤式制動器由試驗前的70℃升至試驗后的128℃，溫升幅度達58℃，右后輪領蹄溫度由試驗前的34℃升至試驗后的68℃，溫升幅度達34℃，左后輪領蹄溫度由試驗前的34 ℃升至試驗后的54 ℃，溫升幅度達20℃；滿載質量試驗前與基準質量試驗前相比，前、后軸制動器初始溫度條件基本一致，試驗結束后右前輪、左前輪、右后輪領蹄、左后輪領蹄溫升分別達到72，63，55，48 ℃.高速高附緊急制動產生強大的制動慣性力作用于整車，導致重心前移誘發前軸盤式制動器摩擦強度加大以產生足夠的制動器制動力克服前軸車輪的轉動慣量，導致制動過程中前軸制動器溫升高于后軸制動器溫升［8－9］.

圖8 滿載質量制動踏板感覺試驗曲線

3.2 制動距離試驗

試驗按照GB21670－2008規定的發動機脫開O 型制動試驗進行，試驗樣車啟動駐車保證制動器溫度低于90 ℃，制動初速度為（100±1）km／h，制動時制動踏板力維持恒定，2 種配載分別進行，記錄車速、制動踏板力、制動摩擦片溫度、系統管路壓力等參數，試驗結果見圖9～10.

圖9 基準質量制動距離試驗曲線

兩種載荷狀態下試驗樣車均在5s以內完成100～0km／h的發動機脫開制動，均在0.8s時間內促發制動產生峰值制動踏板力.基準質量試驗踏板力在560～350N 寬范圍內隨時間歷程單調下降，前、后管路壓力分別在9.1～7.3 MPa和8.2～4.0 MPa寬范圍內波動調節.相比較基準質量制動距離試驗，滿載質量試驗踏板力在490～400N 窄范圍內線性維持，前、后管路壓力分別在8.5～8.2 MPa和7.5～6.7 MPa窄范圍內波動調節，車輪制動器溫度變化見表2.

緊急制動時強大的慣性力促使整車重心前移導致前軸動態軸荷增加后軸動態軸荷減少，導致前軸盤式制動器摩擦襯片與制動盤的摩擦強度必須加大同時誘發足夠大的地面制動力以抵抗前移軸荷產生的慣性力，所以前軸制動器溫度比后軸制動器溫度更高；同時制動器間隙配合正常工況下，對于鼓式制動器行車制動時在液壓輪缸的促動下領蹄制動摩擦襯片與制動鼓內表面相向周向摩擦，而從蹄制動摩擦襯片與制動鼓內表面同向周向摩擦，所以理論而言領蹄制動襯片摩擦強度比從蹄制動摩擦襯片摩擦強度相對要高［10］.

圖10 基準質量制動距離試驗曲線

表2 制動距離試驗前后車輪制動器溫度變化℃

4 結 論

1）課題組選用熱電偶、拉線位移傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、踏板力傳感器、非接觸式測速儀及數據采集系統組成制動集成檢測系統，在整車道路試驗過程中實時接收監控各傳感器輸入的制動性能物理量參數，與虛擬仿真試驗進行驗證比對，對整車制動系統匹配具有很大的指導意義.

2）受HIOKI數據采集系統通道數的限制，制動集成檢測系統無法同時完成對車速、鼓式制動器領從、蹄溫度、盤式制動器摩擦片溫度、制動踏板行程、制動減速度、制動踏板力、系統管路壓力等參數的測量監控.建議擴展數采系統差分輸入通道，將各車輪輪速信號引入，結合整車制動減速度，可以更加精確分析在整車道路試驗過程中各車輪的滑移率變化，更加客觀、精確地完成對整車ABS控制策略的分析評價.

3）整車道路試驗對駕駛員的駕駛技能有非常高的要求，制動過程中維持制動踏板力的恒定性及前后試驗制動踏板力的重復性，對試驗結果的客觀性和精確性分析評價產生重要影響.

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［2］全國汽車標準化技術委員會.GB21670－2008 乘用車制動系統技術要求及試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2008.

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［7］余志生.汽車理論［M］.北京：機械工業出版社，2002.

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