汽車制動(dòng)性能加載檢測(cè)方法的研究

黃萬(wàn)友 王廣燦 范艷艷 于明進(jìn) 富文軍

摘要：為真實(shí)反映車輛滿載時(shí)制動(dòng)性能，研究汽車制動(dòng)性能臺(tái)式加載檢測(cè)方法，對(duì)有效開展車輛滿載制動(dòng)性能檢測(cè)

具有重要意義。對(duì)舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，分析了舉升加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法，結(jié)果分析表明兩軸汽車不適宜采用舉升加載方法，對(duì)于多軸貨車中間軸采用舉升加栽的方式可有效測(cè)出車輛制動(dòng)力；對(duì)調(diào)整軸距式加栽制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，分析了調(diào)整軸距式加栽制動(dòng)原理及測(cè)試方法，分析認(rèn)為兩軸車、三軸及三軸以上的多軸貨車、采用并裝雙軸及并裝三軸掛車的所有車軸，采用調(diào)整軸距加栽的方式都可有效測(cè)出車輛制動(dòng)力；對(duì)拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，分析了拉壓張緊式加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法，分析認(rèn)為適應(yīng)各種車型；最后對(duì)舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法、調(diào)整軸距式加載制動(dòng)檢測(cè)方法和拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了比較分析。

關(guān)鍵詞：汽車；制動(dòng)性能；加載檢測(cè)；反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)；比較分析

1引言

汽車制動(dòng)性能臺(tái)試檢驗(yàn)是檢測(cè)汽車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)狀況的主要技術(shù)手段。考慮到貨車經(jīng)常處于滿載甚至超載運(yùn)行，因此，加載制動(dòng)性能檢測(cè)是確保車輛滿載運(yùn)行時(shí)制動(dòng)安全的有效措施。根據(jù)GB21861-2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》規(guī)定，將于2017年3月1日開始，對(duì)三軸及三軸以上的多軸貨車、采用并裝雙軸及并裝三軸的掛車的部分軸進(jìn)行加載軸制動(dòng)率和加載軸制動(dòng)不平衡率測(cè)試。

關(guān)于車輛加載測(cè)試，舒華英和李駿基于路試檢測(cè)計(jì)算方法，以制動(dòng)距離理論與實(shí)測(cè)誤差值作為參量開展實(shí)車路試檢測(cè)的比對(duì)試驗(yàn)并進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析；劉建農(nóng)和蘇建分析了車輛在制動(dòng)過(guò)程中的受力情況，就制動(dòng)過(guò)程中地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力和踏板力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，提出了用車輪滑移率來(lái)評(píng)價(jià)車輛制動(dòng)性能的方法；楊霄峰、潘洪達(dá)研究了對(duì)汽車被檢測(cè)軸拉壓，通過(guò)拉力模擬載荷，對(duì)貨車進(jìn)行加載制動(dòng)檢測(cè)的方法；陳南峰、谷占勛和應(yīng)朝陽(yáng)等人分析了我國(guó)實(shí)行重型載貨車輛行車制動(dòng)性能加載檢測(cè)的可行性；于明進(jìn)、黃萬(wàn)友等人基于滾筒中心距可調(diào)的制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)，對(duì)制動(dòng)力測(cè)量結(jié)果的影響因素進(jìn)行了測(cè)試分析。對(duì)比研究分析汽車制動(dòng)性能加載檢測(cè)方法的局限，對(duì)選擇合理加載方法，有效開展機(jī)動(dòng)車加載制動(dòng)檢測(cè)，確保行車安全具有重要意義。

本文在汽車制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上，利用實(shí)際車輛對(duì)舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法、調(diào)整軸距式加載制動(dòng)檢測(cè)方法和拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了測(cè)試研究，分析了三種方法對(duì)檢測(cè)車輛的適應(yīng)性。

2車輛空載制動(dòng)性能測(cè)試結(jié)果分析

在汽車安全性能檢測(cè)線的制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上，分別測(cè)試了5輛輕型普通貨車和5輛掛車的制動(dòng)性能，測(cè)試結(jié)果列于表1中。測(cè)試用制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)如下：額定承載質(zhì)量：13t；滾筒直徑：245mm；滾筒中心距：470mm；附著系數(shù)：0.9。

目前機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能檢測(cè)只進(jìn)行空載檢測(cè)，表1列出了部分載貨汽車空載檢測(cè)時(shí)的軸荷、軸制動(dòng)力和軸制動(dòng)率，由表1可知，被檢車輛空載相對(duì)滿載而言，軸荷較小，尤其是輕型普通貨車的后軸和掛車各車軸，對(duì)于制動(dòng)率，輕型普通貨車整體略高于掛車。當(dāng)車輛軸荷較小時(shí)，車輪和滾筒之間容易打滑，檢測(cè)精度難以保證，且無(wú)法測(cè)出車輛制動(dòng)器真實(shí)性能；輕型普通貨車與掛車相比，車輪直徑小，安置角大，在同樣軸荷的情況下，滾筒對(duì)車輪的法向支撐力大，所以輕型普通貨車測(cè)得的軸制動(dòng)力和軸制動(dòng)率高于掛車。

對(duì)于貨車，空載與滿載相比軸荷差別很大，在空載制動(dòng)性能滿足GB7258-2012要求的情況下，車輛滿載狀態(tài)下制動(dòng)性能也不一定滿足要求。因此，GB21861-2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》規(guī)定，自2017年3月1日開始，三軸及三軸以上的多軸貨車，需要測(cè)試加載軸制動(dòng)率和加載軸制動(dòng)不平衡率，以測(cè)試車輛加載后的制動(dòng)性能。

3舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法

3.1舉升加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法

滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)可測(cè)得的最大制動(dòng)力為：

當(dāng)量附著系數(shù)φ′與滾筒間角度θ、安置角α和輪胎與滾筒間的附著系數(shù)φ相關(guān)。

試驗(yàn)用制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)主副滾筒高差為30mm，滾筒中心距調(diào)整范圍：

由式（1）可知，最大制動(dòng)力F_max與被檢車輪輪荷G_f、滾筒問(wèn)角度θ、安置角α和輪胎與滾筒間的附著系數(shù)φ相關(guān)。

臺(tái)體舉升法是通過(guò)舉升臺(tái)體將其它軸的載荷移至被測(cè)軸，使被測(cè)軸的軸荷G_f增加，隨著軸荷增加，在其它條件不變的情況下，汽車的制動(dòng)力F_max也增加，從而實(shí)現(xiàn)加載制動(dòng)檢測(cè)。

GB21861-2014規(guī)定：加載制動(dòng)檢驗(yàn)宜采用具有臺(tái)體舉升功能的滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，多軸貨車、由并裝軸掛車組成的汽車列車的第一軸和最后一軸不進(jìn)行加載制動(dòng)檢驗(yàn)。具體測(cè)試方法如下：

（a）被檢車輛正直居中行駛，將被測(cè)試車的第二軸停放在制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)滾筒上，變速器置于空擋，松開制動(dòng)踏板；

（b）通過(guò)舉升臺(tái)體對(duì)測(cè)試軸加載，舉升至副滾筒上母線離地100mm（或軸荷達(dá)到11500kg時(shí)），停止舉升；測(cè)出左、右輪輪荷，計(jì)算得出該軸加載狀況下的軸荷；

（c）起動(dòng)滾筒電機(jī)，穩(wěn)定3s后實(shí)施制動(dòng)，將制動(dòng)踏板逐漸慢踩到底，測(cè)得左、右車輪制動(dòng)力增長(zhǎng)全過(guò)程的數(shù)值及左、右車輪最大制動(dòng)力；計(jì)算加載軸制動(dòng)率；

（d）重復(fù)（a）、（b）、（c）步驟，依次測(cè)試各車軸。

3.2舉升加載制動(dòng)測(cè)試分析

對(duì)于兩軸汽車，舉升之后汽車傾斜一個(gè)角度α，根據(jù)垂直方向平面力系平衡，可得

根據(jù)GB21861-2014要求，只對(duì)多軸貨車的中間軸進(jìn)行加載制動(dòng)檢測(cè)。對(duì)重型倉(cāng)柵式貨車中間軸舉升加載制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行測(cè)試，在舉升高度為0mm、40mm、80mm和100mm時(shí)，舉升軸的制動(dòng)力過(guò)程曲線如圖1所示。根據(jù)GB21861規(guī)定，在副滾筒上母線與地面水平面的高度差為40mm時(shí)，測(cè)得該軸空載制動(dòng)性能，其軸荷為2612kg，測(cè)得最大制動(dòng)力為19590N；舉升至副滾筒上母線離地100mm時(shí)，測(cè)試得出該軸加載制動(dòng)性能，其軸荷為4646kg，測(cè)得最大制動(dòng)力為30220N。

由圖可見，隨著舉升高度增加，制動(dòng)力顯著增加，相對(duì)于副滾筒上母線與地面水平面的高度差為0mm，舉升高度為40mm、80mm和100mm時(shí)，制動(dòng)力分別由9860N增加到19590N、26770N和30220N，增加了98.7%、172%和207%，可見，對(duì)于三軸車輛，采用舉升加載的方式可有效測(cè)出車輛中間軸制動(dòng)力。

4調(diào)整軸距式加載制動(dòng)檢測(cè)方法

4.1調(diào)整軸距式加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法

當(dāng)量附著系數(shù)φ′與滾筒間角度θ、安置角α和輪胎與滾筒間的附著系數(shù)φ相關(guān)。

試驗(yàn)用制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)主副滾筒高差為30mm，滾筒中心距調(diào)整范圍：471mm～771mm，對(duì)應(yīng)滾筒間角度θ范圍為：3.65°～2.23°；檢驗(yàn)臺(tái)采用粘砂式滾筒，干態(tài)附著系數(shù)φ為0.9；可見，對(duì)檢測(cè)車輛制動(dòng)力影響最大的因素是安置角α。試驗(yàn)用制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)軸距調(diào)整行程300mm，車輪直徑為700mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的安置角變化范圍29.9°～54.7°，當(dāng)量附著系數(shù)變化范圍0.60～0.88，當(dāng)車輪直徑減小或軸距調(diào)整行程進(jìn)一步增加時(shí)，檢驗(yàn)臺(tái)測(cè)試車輛制動(dòng)力的能力還可顯著提高。

其加載制動(dòng)檢驗(yàn)具體測(cè)試方法如下：

（a）車輛檢測(cè)時(shí)，舉升裝置升起，被檢車輛正直居中行駛，將被測(cè)車輛的第一軸停放在制動(dòng)臺(tái)滾筒上，變速器置于空擋，松開制動(dòng)踏板；

（b）降下舉升器，輪胎壓下第三滾筒，第三滾筒帶動(dòng)轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，控制系統(tǒng)根據(jù)第三滾筒轉(zhuǎn)角位置信號(hào)、結(jié)合滾筒直徑和滾筒軸距自動(dòng)計(jì)算出車輪直徑，再根據(jù)當(dāng)前軸距信息和設(shè)定的最佳安置角信息，計(jì)算得到最佳軸距，之后，試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整副滾筒位置，使得被檢機(jī)動(dòng)車車輪與滾筒間有最佳安置角；

（c）起動(dòng)滾筒電機(jī)，穩(wěn)定3s后實(shí)施制動(dòng)，將制動(dòng)踏板逐漸慢踩到底，測(cè)得左、右車輪制動(dòng)力增長(zhǎng)全過(guò)程的數(shù)值及左、右車輪最大制動(dòng)力，計(jì)算被檢車輛加載軸制動(dòng)率；

（d）重復(fù)（a）和（c）步驟，依次測(cè)試各車軸。

4.2調(diào)整軸距式加載制動(dòng)測(cè)試分析

試驗(yàn)用解放牌小型普通客車前軸制動(dòng)力隨滾筒軸距增加的實(shí)測(cè)結(jié)果如圖2和表2所示。由圖2和表2可知，滾筒表面與輪胎間的最大制動(dòng)力隨滾筒軸距增加而增大，這是因?yàn)闈L筒軸距增加，安置角增大，在主副滾筒軸距由471mm增加到642mm時(shí)，安置角由35.83。增加到52.92。，由式（8）可知，當(dāng)量附著系數(shù)由0.640增加到0.8444，增加了31.9%，測(cè)得的車輛制動(dòng)力相應(yīng)增加，由4872N增加到6922N，增加了42.1%。由于安置角增加后，滾筒對(duì)車輪的法向支撐力增加，使得車輛輪胎變形加大，輪胎與滾筒間的摩擦損失和制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部摩擦損失增加，摩擦損失疊加到了制動(dòng)力測(cè)量結(jié)果中，導(dǎo)致制動(dòng)力增加幅度明顯大于當(dāng)量附著系數(shù)增加幅度。由表2可知，對(duì)于測(cè)試車輛，主副滾筒軸距增加171mm，被測(cè)車輛軸制動(dòng)率由81.2%增加到115.4%，增加了34.2%，可見，采用調(diào)整滾筒軸距方式也可實(shí)現(xiàn)被檢車輛加載制動(dòng)性能測(cè)試，且該方式僅通過(guò)調(diào)整制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)主、副滾筒軸距來(lái)改變滾筒對(duì)車輪的法向支撐力，提高當(dāng)量附著系數(shù)，有效檢測(cè)車輛制動(dòng)力，不受車輛軸數(shù)、軸距、質(zhì)心位置等因素影響，對(duì)于兩軸車、三軸及三軸以上的多軸貨車、采用并裝雙軸及并裝三軸掛車的所有車軸都適用，但需進(jìn)一步確定合理的安置角設(shè)定范圍和加載軸制動(dòng)率限值，以有效判斷車輛加載制動(dòng)性能。

5拉壓張緊加載制動(dòng)檢測(cè)方法

5.1拉壓張緊式加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法

由式（1）可知，汽車制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)測(cè)得的最大制動(dòng)力與軸荷成正比。通過(guò)增加相應(yīng)車軸上的附加質(zhì)量或作用力獲得足夠軸荷，以獲得最大制動(dòng)力。拉壓加載法通過(guò)液壓裝置向被測(cè)軸施加向下的拉力，通過(guò)拉力模擬載荷。在檢測(cè)車輛制動(dòng)性能時(shí)，將張緊繩索掛于被檢車軸或?qū)?yīng)車架處，液壓裝置通過(guò)張緊帶向下拉車軸，模擬車輛載荷增加，達(dá)到對(duì)測(cè)試軸加載制動(dòng)檢測(cè)的目的。

具體方法如下：

（a）被檢車輛正直居中行駛，將被測(cè)試車的第一軸停放在制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)滾筒上，變速器置于空擋，松開制動(dòng)踏板；

（b）安裝張緊帶，加載系統(tǒng)啟動(dòng)，對(duì)測(cè)試軸加載，測(cè)得該軸加載狀況下的軸荷。

（c）起動(dòng)滾筒電機(jī)，穩(wěn)定3s后實(shí)施制動(dòng)，將制動(dòng)踏板逐漸慢踩到底，測(cè)得左、右車輪最大制動(dòng)力；計(jì)算加載軸制動(dòng)率；

（d）重復(fù)（a）、（b）、（c）步驟，依次測(cè)試各車軸。

5.2拉壓張緊式加載制動(dòng)測(cè)試分析

根據(jù)GB7258-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》和GB21861-2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》的要求，以解放牌貨車為研究對(duì)象，對(duì)車輛制動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試。

由圖3可知，在貨車無(wú)負(fù)載或輕載的情況下，前軸制動(dòng)率在60%以上；前軸制動(dòng)力隨軸荷增加而增大，但前軸制動(dòng)率隨軸荷增加而降低。當(dāng)前軸軸荷由1645kg增加到6249kg時(shí)，軸荷增加了279.9%；前軸制動(dòng)力由11022N增加到27621N，制動(dòng)力增加了150.6%；而貨車前軸制動(dòng)率下降了23.3%；在貨車前軸軸荷超過(guò)5000kg時(shí)，制動(dòng)率已低于50%，已不滿足GB21861-2014對(duì)加載軸制動(dòng)率的要求。

由圖4可知，在貨車無(wú)負(fù)載或輕載的情況下，后軸制動(dòng)率在60%以上；后軸制動(dòng)力隨軸荷增加而增大，但后軸制動(dòng)率隨軸荷增加而降低。當(dāng)后軸軸荷由1568kg增加到6353kg時(shí)，軸荷增加了305.2%；后軸制動(dòng)力由10192N增加到27699N，制動(dòng)力增加了171.8%；而貨車后軸制動(dòng)率下降了21.8%；在后軸軸荷增加到6159kg后，再增加軸荷，制動(dòng)力略有下降，表明后輪制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器已開始打滑，此時(shí)測(cè)得的制動(dòng)力為制動(dòng)器最大制動(dòng)力，有效測(cè)出了車輛后軸制動(dòng)性能。在貨車后軸軸荷超過(guò)4000kg時(shí)，制動(dòng)率已低于50%，已不滿足GB21861-2014對(duì)加載軸制動(dòng)率的要求。

可見，對(duì)于兩軸貨車，采用拉壓張緊方式加載，車輛軸荷顯著變化，測(cè)出的車輛制動(dòng)力明顯增加。拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)，對(duì)于兩軸車、三軸及三軸以上的多軸貨車、采用并裝雙軸及并裝三軸掛車的所有車軸都適用，但需進(jìn)一步確定合理的軸荷加載值和加載軸制動(dòng)率限值，以有效判斷車輛加載制動(dòng)性能。

6三種加載制動(dòng)檢測(cè)方法比較

舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法，通過(guò)將被測(cè)軸舉升到一定高度，增加被測(cè)軸的軸重，增大制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)加載制動(dòng)，該方法操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，是GB21861-2014使用的方法。但該方法對(duì)于兩軸車無(wú)效，只適用于三軸及三軸以上的多軸車輛部分軸檢測(cè)。

調(diào)整軸距式加載制動(dòng)檢測(cè)方法，通過(guò)調(diào)節(jié)軸距改變安置角，增加當(dāng)量附著系數(shù)，增大制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)加載制動(dòng)。該方法適應(yīng)各種車型，加載過(guò)程安全快速，穩(wěn)定性好，但對(duì)于不同車輪半徑，調(diào)節(jié)軸距不同，控制系統(tǒng)較復(fù)雜。

拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)方法，通過(guò)拉壓增加軸荷，增大制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)加載制動(dòng)。該方法適應(yīng)各種車型，但在使用張緊帶時(shí)，必須有專門人員操作，工作環(huán)境差，操作性差，效率低。

7結(jié)論

（1）對(duì)舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，分析了舉升加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法，分析認(rèn)為兩軸汽車不適宜采用舉升加載方法；對(duì)于多軸貨車中間軸采用舉升加載的方式可有效測(cè)出車輛制動(dòng)力。

（2）對(duì)調(diào)整軸距式加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，分析了調(diào)整軸距式加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法，分析認(rèn)為兩軸車、三軸及三軸以上的多軸貨車、采用并裝雙軸及并裝三軸掛車的所有車軸，采用調(diào)整軸距加載的方式都可有效測(cè)出車輛制動(dòng)力。

（3）對(duì)拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，分析了拉壓張緊式加載制動(dòng)原理及測(cè)試方法，分析認(rèn)為適應(yīng)各種車型，但檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、不易操作。

（4）最后對(duì)舉升加載制動(dòng)檢測(cè)方法、調(diào)整軸距式加載制動(dòng)檢測(cè)方法和拉壓張緊式加載制動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行了比較。