整車制動(dòng)道路試驗(yàn)測試研究

梁榮亮 王 羽 謝晉中 過學(xué)迅 高吉強(qiáng)

（中國汽車技術(shù)研究中心1） 天津 300162） （武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成制動(dòng)集成檢測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)接收檢測各傳感器輸入的制動(dòng)性能物理量參數(shù)，真實(shí)、客觀反映制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和整車的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性.

利用制動(dòng)集成檢測系統(tǒng)對(duì)國內(nèi)某款SUV 進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)、制動(dòng)熱衰退試驗(yàn)、制動(dòng)距離試驗(yàn)等整車制動(dòng)性能道路試驗(yàn)，獲取車輪制動(dòng)器摩擦襯片溫度、制動(dòng)踏板行程、制動(dòng)減速度、制動(dòng)系統(tǒng)液壓管路壓力、制動(dòng)踏板力、車速等制動(dòng)性能參數(shù)，對(duì)該車型制動(dòng)系統(tǒng)匹配及ABS控制策略進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，為后續(xù)該車型底盤制動(dòng)系統(tǒng)的匹配及驗(yàn)證試驗(yàn)提供參考指導(dǎo).

1 試驗(yàn)樣車

試驗(yàn)樣車為裝配前置汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的SUV，CVT 無級(jí)變速器，承載式車身，4×2 后輪驅(qū)動(dòng).制動(dòng)系統(tǒng)采用真空助力液壓伺服助力系統(tǒng)，雙回路H 型布置，制動(dòng)器采用前盤后鼓配置，制動(dòng)系統(tǒng)的布置簡圖見圖1［1］.

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)布置簡圖

2 測試方法及系統(tǒng)集成

2.1 試驗(yàn)方法及傳感器的安裝

制動(dòng)性能試驗(yàn)方法依據(jù)文獻(xiàn)［2］及企業(yè)自定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)測量前軸盤式制動(dòng)器制動(dòng)摩擦襯片溫度、后軸鼓式制動(dòng)器制動(dòng)領(lǐng)蹄和制動(dòng)從蹄的制動(dòng)蹄片溫度、前后制動(dòng)管路壓力、制動(dòng)踏板行程、制動(dòng)踏板力、車輛制動(dòng)減速度及車速等時(shí)域制動(dòng)性能信號(hào)［3－4］.

按照文獻(xiàn)［5］將熱電偶分別打孔掩埋于右后輪領(lǐng)蹄襯片、右后輪從蹄襯片、左后輪領(lǐng)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(yīng)盡可能減少制動(dòng)器的拆卸或調(diào)整工作量，如果原始調(diào)整受到干擾，應(yīng)根據(jù)制造商要求進(jìn)行重置.同時(shí)只需對(duì)掩埋孔處摩擦襯片進(jìn)行掩埋操作，襯片其他部位嚴(yán)禁被外界玷污，掩埋過程中切忌操縱行車制動(dòng)系統(tǒng)和駐車制動(dòng)系統(tǒng)，防止制動(dòng)器自由間隙調(diào)整變動(dòng)，保證掩埋前后制動(dòng)系統(tǒng)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(dòng)管路中，經(jīng)信號(hào)放大器對(duì)壓力傳感器輸出物理量信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)理、濾波處理，為保證液壓制動(dòng)系統(tǒng)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(duì)前、后液壓管路進(jìn)行排氣處理.

2.2 測試系統(tǒng)集成

采用HIOKI8430－21型10 通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收上述傳感器輸入的差分模擬物理信號(hào)，除制動(dòng)器摩擦襯片溫度可以用熱電偶適時(shí)將溫度信號(hào)輸出給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)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(shù)見表1.

表1 各類車載傳感器規(guī)格型號(hào)及測量參數(shù)

2.3 傳感器標(biāo)定

為減少甚至屏除試驗(yàn)環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)真實(shí)性和客觀性造成的影響，保證試驗(yàn)的高精確度、良好的重復(fù)性和一致性，必須對(duì)各類傳感器進(jìn)行物理標(biāo)定，限于篇幅，各傳感器標(biāo)定試驗(yàn)及標(biāo)定函數(shù)圖略.

3 制動(dòng)性能道路試驗(yàn)

試驗(yàn)樣車按照文獻(xiàn)［6］的要求進(jìn)行基準(zhǔn)質(zhì)量和滿載質(zhì)量配載，試驗(yàn)場地為交通部通縣汽車試驗(yàn)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(dòng)踏板感覺試驗(yàn)

1）靜態(tài)不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn) 試驗(yàn)樣車滿載正常放置于試驗(yàn)環(huán)境一段時(shí)間進(jìn)行浸車處理，待冷卻液、制動(dòng)液、潤滑油液達(dá)到試驗(yàn)環(huán)境溫度開始進(jìn)行試驗(yàn).控制踩踏制動(dòng)踏板的速度，當(dāng)制動(dòng)踏板力超過500N時(shí)，記錄制動(dòng)踏板行程、管路壓力隨制動(dòng)踏板力增長的變化曲線，試驗(yàn)結(jié)果見圖3～4.

圖3 不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)：踏板行程－踏板力關(guān)系

圖4 不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)：管路壓力－踏板力關(guān)系

2）靜態(tài)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn) 保證車輛各工況良好，正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并關(guān)閉暖風(fēng)機(jī)、空調(diào)等額外損耗發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的附屬設(shè)備，待車輛正常熱機(jī)之后，與靜態(tài)不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)一致保持相同的踏板踩踏速度及強(qiáng)度，當(dāng)制動(dòng)踏板力超過500N時(shí)，記錄制動(dòng)踏板行程、管路壓力隨制動(dòng)踏板力增長的變化曲線，試驗(yàn)結(jié)果見圖5～6.

由上圖可以看出，在不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中在0.6s時(shí)間內(nèi)制動(dòng)踏板力增加至660N 并維持恒定，克服制動(dòng)踏板自由行程使制動(dòng)踏板有效行程增加到70mm，與此同時(shí)前后管路壓力以恒定的線性斜率遞增至4.5 MPa.

圖5 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)：踏板行程－踏板力關(guān)系

圖6 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)：管路壓力－踏板力關(guān)系

在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)中在相同時(shí)間內(nèi)制動(dòng)踏板力增加至700N 并維持恒定，克服制動(dòng)踏板自由行程使制動(dòng)踏板有效行程增加到85mm，由于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)真空助力器參與正常工作，將制動(dòng)踏板力助力放大作用在制動(dòng)總泵，促使前后制動(dòng)管路壓力以恒定的線性斜率遞增至9.8 MPa.

靜態(tài)試驗(yàn)初期犧牲踏板力100N 用以克服制動(dòng)踏板牽引拉桿機(jī)構(gòu)部件之間及制動(dòng)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(xiàn)明顯的線性趨勢［7］.

3）動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 將試驗(yàn)樣車啟動(dòng)駐車?yán)鋮s至制動(dòng)摩擦片、制動(dòng)蹄片溫度低于90 ℃，制動(dòng)初速度為（120±1）km／h的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開制動(dòng)，制動(dòng)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(jìn)行，記錄車速、制動(dòng)踏板力、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板行程、制動(dòng)系統(tǒng)管路壓力等參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見圖7～8.

圖7 基準(zhǔn)質(zhì)量制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)曲線

由圖7 可知2 種載荷狀態(tài)下試驗(yàn)樣車均在5s以內(nèi)完成120～0km／h的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開制動(dòng)，均在0.9s時(shí)間內(nèi)促發(fā)制動(dòng)產(chǎn)生1050N 的最大制動(dòng)踏板力，之后隨時(shí)間歷程單調(diào)降至830N 左右，同時(shí)制動(dòng)踏板有效行程達(dá)到110 mm 并維持恒定.

由制動(dòng)管路壓力及減速度時(shí)間歷程曲線可以看出，基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)ABS激活工作促使前管路壓力在12.6～14.3 MPa波動(dòng)調(diào)節(jié)，制動(dòng)減速度維持在8.5～10.8 m／s2范圍；滿載質(zhì)量試驗(yàn)ABS促使前管路壓力在12.4～14.4 MPa波動(dòng)調(diào)節(jié)，制動(dòng)減速度維持在8.1～10.2m／s2范圍.

高速緊急制動(dòng)促使防抱死系統(tǒng)（ABS）激活工作，ABS根據(jù)車輪滑移率及制動(dòng)減速度綜合判斷控制電磁閥通斷，以脈沖波動(dòng)形式積極對(duì)制動(dòng)管路壓力進(jìn)行建壓、泄壓調(diào)節(jié)，當(dāng)車速降至20km／h之后ABS停止工作，管路壓力無起伏波動(dòng)調(diào)整，隨踏板力的解除單調(diào)下降.同時(shí)120km／h 高速高附路面緊急制動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的制動(dòng)慣性力，促使整車重心前移導(dǎo)致前軸動(dòng)態(tài)軸荷增加后軸動(dòng)態(tài)軸荷衰減，在ABS正常工作車輪不抱死的前提下，前軸車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)大于后軸車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即使前軸盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤與摩擦襯片的摩擦強(qiáng)度足夠大以產(chǎn)生足以使前軸車輪傾向抱死的制動(dòng)器制動(dòng)力，但軸荷前移誘發(fā)過大的前軸車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量足以克服前軸制動(dòng)器制動(dòng)力而有拖曳前軸車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，所以前管路壓力高于后管路壓力以克服制動(dòng)慣性力誘發(fā)的軸荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)制動(dòng)慣性力誘發(fā)的拖曳前軸車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢致使ABS電磁閥對(duì)前管路壓力調(diào)節(jié)幅度低于后管路壓力調(diào)節(jié)幅度.

由前、后軸制動(dòng)器溫度曲線可知，基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)右前輪盤式制動(dòng)器由試驗(yàn)前的60 ℃升至試驗(yàn)后的135 ℃，溫升幅度達(dá)75 ℃，左前輪盤式制動(dòng)器由試驗(yàn)前的70℃升至試驗(yàn)后的128℃，溫升幅度達(dá)58℃，右后輪領(lǐng)蹄溫度由試驗(yàn)前的34℃升至試驗(yàn)后的68℃，溫升幅度達(dá)34℃，左后輪領(lǐng)蹄溫度由試驗(yàn)前的34 ℃升至試驗(yàn)后的54 ℃，溫升幅度達(dá)20℃；滿載質(zhì)量試驗(yàn)前與基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)前相比，前、后軸制動(dòng)器初始溫度條件基本一致，試驗(yàn)結(jié)束后右前輪、左前輪、右后輪領(lǐng)蹄、左后輪領(lǐng)蹄溫升分別達(dá)到72，63，55，48 ℃.高速高附緊急制動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的制動(dòng)慣性力作用于整車，導(dǎo)致重心前移誘發(fā)前軸盤式制動(dòng)器摩擦強(qiáng)度加大以產(chǎn)生足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力克服前軸車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，導(dǎo)致制動(dòng)過程中前軸制動(dòng)器溫升高于后軸制動(dòng)器溫升［8－9］.

圖8 滿載質(zhì)量制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)曲線

3.2 制動(dòng)距離試驗(yàn)

試驗(yàn)按照GB21670－2008規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開O 型制動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)樣車啟動(dòng)駐車保證制動(dòng)器溫度低于90 ℃，制動(dòng)初速度為（100±1）km／h，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)踏板力維持恒定，2 種配載分別進(jìn)行，記錄車速、制動(dòng)踏板力、制動(dòng)摩擦片溫度、系統(tǒng)管路壓力等參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見圖9～10.

圖9 基準(zhǔn)質(zhì)量制動(dòng)距離試驗(yàn)曲線

兩種載荷狀態(tài)下試驗(yàn)樣車均在5s以內(nèi)完成100～0km／h的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開制動(dòng)，均在0.8s時(shí)間內(nèi)促發(fā)制動(dòng)產(chǎn)生峰值制動(dòng)踏板力.基準(zhǔn)質(zhì)量試驗(yàn)踏板力在560～350N 寬范圍內(nèi)隨時(shí)間歷程單調(diào)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(nèi)波動(dòng)調(diào)節(jié).相比較基準(zhǔn)質(zhì)量制動(dòng)距離試驗(yàn)，滿載質(zhì)量試驗(yàn)踏板力在490～400N 窄范圍內(nèi)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(nèi)波動(dòng)調(diào)節(jié)，車輪制動(dòng)器溫度變化見表2.

緊急制動(dòng)時(shí)強(qiáng)大的慣性力促使整車重心前移導(dǎo)致前軸動(dòng)態(tài)軸荷增加后軸動(dòng)態(tài)軸荷減少，導(dǎo)致前軸盤式制動(dòng)器摩擦襯片與制動(dòng)盤的摩擦強(qiáng)度必須加大同時(shí)誘發(fā)足夠大的地面制動(dòng)力以抵抗前移軸荷產(chǎn)生的慣性力，所以前軸制動(dòng)器溫度比后軸制動(dòng)器溫度更高；同時(shí)制動(dòng)器間隙配合正常工況下，對(duì)于鼓式制動(dòng)器行車制動(dòng)時(shí)在液壓輪缸的促動(dòng)下領(lǐng)蹄制動(dòng)摩擦襯片與制動(dòng)鼓內(nèi)表面相向周向摩擦，而從蹄制動(dòng)摩擦襯片與制動(dòng)鼓內(nèi)表面同向周向摩擦，所以理論而言領(lǐng)蹄制動(dòng)襯片摩擦強(qiáng)度比從蹄制動(dòng)摩擦襯片摩擦強(qiáng)度相對(duì)要高［10］.

圖10 基準(zhǔn)質(zhì)量制動(dòng)距離試驗(yàn)曲線

表2 制動(dòng)距離試驗(yàn)前后車輪制動(dòng)器溫度變化℃

4 結(jié) 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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成制動(dòng)集成檢測系統(tǒng)，在整車道路試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)接收監(jiān)控各傳感器輸入的制動(dòng)性能物理量參數(shù)，與虛擬仿真試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證比對(duì)，對(duì)整車制動(dòng)系統(tǒng)匹配具有很大的指導(dǎo)意義.

2）受HIOKI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通道數(shù)的限制，制動(dòng)集成檢測系統(tǒng)無法同時(shí)完成對(duì)車速、鼓式制動(dòng)器領(lǐng)從、蹄溫度、盤式制動(dòng)器摩擦片溫度、制動(dòng)踏板行程、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力、系統(tǒng)管路壓力等參數(shù)的測量監(jiān)控.建議擴(kuò)展數(shù)采系統(tǒng)差分輸入通道，將各車輪輪速信號(hào)引入，結(jié)合整車制動(dòng)減速度，可以更加精確分析在整車道路試驗(yàn)過程中各車輪的滑移率變化，更加客觀、精確地完成對(duì)整車ABS控制策略的分析評(píng)價(jià).

3）整車道路試驗(yàn)對(duì)駕駛員的駕駛技能有非常高的要求，制動(dòng)過程中維持制動(dòng)踏板力的恒定性及前后試驗(yàn)制動(dòng)踏板力的重復(fù)性，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和精確性分析評(píng)價(jià)產(chǎn)生重要影響.

［1］王望予.汽車設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB21670－2008 乘用車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］馮如只，趙榮珍，楊 娟，等.汽車制動(dòng)性能測試系統(tǒng)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2011，35（1）：130－133.

［4］黃德中.汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)測試裝置研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（1）：55－58.

［5］FMVSS 135－Light vehicle brake systems［EB／OL］.［2012－02－14］.http：／／lemon.onecle.com／fmvssstandard－no－135.

［6］國家環(huán)境保護(hù)總局.GB18352.3－2005 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國國III、國IV 階段）［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［7］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［8］郭應(yīng)時(shí)，袁 偉，付 銳.鼓式制動(dòng)器溫升計(jì)算研究［J］.汽車技術(shù)，2006（6）：70－73.

［9］趙凱輝，魏 朗.制動(dòng)器摩擦副摩擦因數(shù)研究［J］.汽車技術(shù)，2010（1）：82－86.

［10］王宣鋒，黃朝勝，應(yīng)國增.試驗(yàn)構(gòu)建鼓式制動(dòng)器的摩擦模型［J］.汽車技術(shù)，2007（10）：58－62.