滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)汽車最大制動(dòng)力時(shí)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(xué)院 軍用車輛系，天津300161;2.72489部隊(duì)，濟(jì)南250022)

車輪最大制動(dòng)力直接影響著車輛制動(dòng)性能。目前國(guó)內(nèi)車輛檢測(cè)機(jī)構(gòu)，車輪最大制動(dòng)力檢測(cè)主要通過(guò)滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)或者平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的使用更為廣泛。利用滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)車輪最大制動(dòng)力的方法有兩種:一種是連續(xù)采集制動(dòng)全過(guò)程的數(shù)據(jù)，找到制動(dòng)曲線上升到峰值然后出現(xiàn)下降趨勢(shì)的“拐點(diǎn)”，以此作為最大制動(dòng)力的值;另一種是利用第3滾筒測(cè)量滑移率，當(dāng)滑移率達(dá)到臨界滑移率值時(shí)(一般15% ～30%)，將此時(shí)制動(dòng)力的值作為最大制動(dòng)力［1－3］。

為了減少滾筒對(duì)輪胎的磨損，同時(shí)保護(hù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，多數(shù)制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)采用滑移率控制的方法檢測(cè)車輪最大制動(dòng)力。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，一種型號(hào)的檢驗(yàn)臺(tái)通常只設(shè)定一個(gè)臨界滑移率值。檢測(cè)中，車輪制動(dòng)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(duì)不同型號(hào)車輛采用固定的滑移率測(cè)取最大制動(dòng)力容易造成檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。因此，本文提出了針對(duì)不同車型進(jìn)行車輪臨界滑移率“再確定”的方法，即根據(jù)不同型號(hào)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(dòng)力檢測(cè)原理分析

1.1 常見(jiàn)制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)原理

利用第3滾筒檢測(cè)車輪滑移率，控制檢測(cè)最大制動(dòng)力的原理如圖1所示。

圖1 滑移率檢測(cè)原理

圖中，V1為車輪的線速度，V2為前、后制動(dòng)滾筒的線速度，V3為第3滾筒的線速度。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)直至制動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定未進(jìn)行制動(dòng)之前，制動(dòng)滾筒、車輪和第3滾筒的線速度相等，即

車輪制動(dòng)時(shí)，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(duì)滑動(dòng)時(shí)其相對(duì)滑移率S為

檢測(cè)過(guò)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(shí)時(shí)測(cè)量車輪的表面線速度。制動(dòng)時(shí)，當(dāng)控制系統(tǒng)計(jì)算的車輪滑移率達(dá)到15%～30%間某一固定值時(shí)，即認(rèn)為制動(dòng)力已達(dá)最大值，從而發(fā)出信號(hào)測(cè)取最大制動(dòng)力，關(guān)停制動(dòng)滾筒［4－5］。

1.2 制動(dòng)力影響因素分析

滾筒反力式檢驗(yàn)臺(tái)對(duì)車輪制動(dòng)力檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)車輪的受力情況如圖2所示。

圖2 車輪在制動(dòng)臺(tái)上的受力

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

式中:Mt為車輪所受制動(dòng)力矩;N1、N2為滾筒對(duì)車輪的法向力;F1、F2為滾筒對(duì)車輪的切向力;Gf為被檢車輪載荷;H為非測(cè)試車輪對(duì)測(cè)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(dòng)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(huì)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(gè)檢測(cè)臺(tái)上檢測(cè)時(shí)，其輪胎直徑大小、輪胎花紋、彈性剛度不同，導(dǎo)致輪胎與滾筒間的臨界滑移率也不相同，因此，要準(zhǔn)確檢測(cè)車輪最大制動(dòng)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(yàn)分析

2.1 檢測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)

試驗(yàn)用滾筒制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)為FC－130G1檢驗(yàn)臺(tái)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 FC-130G1檢驗(yàn)臺(tái)參數(shù) mm

為了測(cè)得車輛制動(dòng)過(guò)程中車輪制動(dòng)力隨滑移率變化情況，對(duì)檢驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其在車輛制動(dòng)性能檢測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄車輪制動(dòng)力和滑移率的值，而不控制電動(dòng)機(jī)的停轉(zhuǎn)。

改進(jìn)的制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要由信號(hào)采集傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、信號(hào)處理單元和主控機(jī)總成組成(如圖3所示)。檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整主控機(jī)的采樣程序，采集并記錄得到車輪制動(dòng)力—滑移率實(shí)時(shí)變化曲線(如圖4所示)，由此可以得到車輪最大制動(dòng)力出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)滑移率的值。

圖3 改進(jìn)的制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)

圖4 車輪制動(dòng)力和滑移率變化曲線

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

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

表2 試驗(yàn)車型參數(shù)比較

表3 3種車型車輪最大制動(dòng)力和臨界滑移率檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 勇士BJ2022試驗(yàn)結(jié)果

圖6 東風(fēng)EQ1092試驗(yàn)結(jié)果

圖7 東風(fēng)EQ2102試驗(yàn)結(jié)果

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由表3檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，同一車型左右車輪最大制動(dòng)力對(duì)應(yīng)的臨界滑移率基本一致，而不同車型最大制動(dòng)力對(duì)應(yīng)的臨界滑移率有明顯區(qū)別。如觀察前3次檢測(cè)結(jié)果，EQ2102左、右輪最大制動(dòng)力出現(xiàn)時(shí)滑移率的值均在22%左右，BJ2022左、右輪最大制動(dòng)力出現(xiàn)時(shí)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(cè)次數(shù)的增多，車輪最大制動(dòng)力出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的滑移率值逐漸變大，且隨著試驗(yàn)的進(jìn)行車輪最大制動(dòng)力的值逐漸變小。這主要是因?yàn)樵跈z測(cè)過(guò)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(dǎo)致滾筒和輪胎之間滑動(dòng)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(cè)中車輪最大制動(dòng)力出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)滑移率的均值作為臨界滑移率的值。如本次試驗(yàn)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(yǔ)

不同車型的車輛在同一制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上檢測(cè)車輪最大制動(dòng)力時(shí)，臨界滑移率的值是不同的。如觀察前3次檢測(cè)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(cè)取最大制動(dòng)力的方法是不科學(xué)的。

檢測(cè)車輪最大制動(dòng)力時(shí)，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(chǔ)在檢驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)內(nèi)，以此作為測(cè)取車輪最大制動(dòng)力的對(duì)應(yīng)臨界滑移率值。在確定不同車型臨界滑移率時(shí)，建議測(cè)取待檢車輛前3次最大制動(dòng)力對(duì)應(yīng)的滑移率均值。

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