汽車制動檢測裝置兩種標定方法的對比

趙萬香，劉亞娟，鄭曉波，陳靜麗

（1.長安大學 信息工程學院，陜西 西安 710064；2.陜西高速公路工程試驗檢測有限公司，陜西 西安 710086）

汽車制動性能主要由制動效能（包括制動距離和制動減速度）、制動效能的恒定性（如熱穩定性等）和制動時的方向穩定性來評價，其中，制動性能的基本評價指標是制動效能[1]。汽車的制動力、制動距離和制動減速度是3個相互關聯的量，只要確定其中1個，其余2個也相應地被確定。這3個量中任何一個量均可用于衡量制動效能[2]。在汽車制動性能的道路試驗評價中大多考慮的是制動距離和制動減速度這兩個方面，而制動力多使用于制動性能的臺架試驗的場合。以實際的商檢的到貨檢驗為例，以道路試驗的方法來對全部的的汽車逐臺檢驗制動性能是不可能的。而臺架試驗的方法以其檢測快速、場地要求簡單緊湊、不受氣候條件影響等優點被商檢系統普遍采用[3]。

1 汽車制動檢測裝置

常用的制動臺架試驗裝置分滾筒式和慣性式2種，采用較多的是反力式滾筒試驗臺。

制動力測量裝置主要由測力杠桿和測力傳感器組成。測力杠桿一端與傳感器連接，另一端與減速器殼體連接。測力杠桿固定在減速器殼體上。被測車輪制動時，當浮動的減速器殼體前端向下移動時，測力杠桿與減速器殼體將一起繞主動滾筒的軸線擺動，測力杠桿的前端此時向下移動，如圖1所示。

圖1 測力杠桿與減速器殼體連接方式Fig.1 Connection of force measurement levers and reducer shell

這樣就可以通過傳感器的示值來確定制動力對傳感器的壓力，從而達到對制動力檢測的目標。因此，在制動力檢測過程中，其系統的標定是檢測準確性和精確度的關鍵。為此，標定方法對于汽車的制動檢測是很關鍵的，好的標定方法會使測試結果更加準確。

2 檢測的標定方法

標定時，在制動臺示值滿量程條件下，校準點不少于8個（包括零點和滿量程點），且必須滿足均勻分布。由于檢測系統存在重復性誤差，為較理想地確定標定，必須要按照標定順序進行3～5次標定試驗[4]。在標定設備和被標定傳感器的確定性系統誤差可以補償或較小的條件下，可以只考慮它們的隨機誤差，并且標定設備的隨機誤差不能大于被標定傳感器的隨機誤差的1/3；而當標定設備和傳感器的隨機誤差較小時，只需要考慮它們的系統誤差，此時標定設備的系統誤差不能大于被標定傳感器的系統誤差的1/10[5]。

2.1 砝碼直接施壓的標定方法

根據試驗臺檢測汽車制動力的原理及傳感器的工作原理可知，在對試驗臺進行標定時，在汽車制動的情況下，汽車輪胎作用在滾筒上的制動力矩等效為一個固定的外加力產生的力偶矩即可[6]。

2.1.1 標定方法

首先應斷開滾筒驅動電動機電源，用螺絲將滾筒固定，再將專用祛碼檢測裝置按照圖2所示的方法固定在制動臺或其等效位置上，使水準器顯示水平狀態，以便對傳感器的電壓進行讀取。在制動臺額定承載質量內，選擇不少于8個測試點（包括零點和滿量程點），且測試點盡量均勻分布，在專用砝碼檢測裝置上按所選測試點由小到大逐級加載祛碼至滿量程，在加載過程中讀取各測試點所對應的左右輪制動臺傳感器的值。以上測試過程都是在保持水準器顯示水平狀態的條件下完成的，重復3次，分別讀取各點相對應的制動臺傳感器的電壓值，以上過程得到3組試驗數據。

用以上3組數據繪制出各自的擬合直線，通過對3組數據形成的直線進行觀察，得出誤差最小的一組數據，根據這組數據對傳感器進行參數設置。

圖2 砝碼直接施壓的標定方法Fig.2 Weight pressures it directly

2.1.2 試驗結果

根據剛才這3組數據所繪制的線性圖形，選出其中一組數據，即繪制的線性圖形相對最好的，即可根據這組數據對傳感器的參數進行設置，得到參數后，就可以進行實際的測量。數據如表1所示，直線擬合圖形如圖3所示。

2.2 用儀表將滾筒向上拉的標定方法

2.2.1 標定方法

與砝碼直接施壓的測試方法一樣，首先需要將電機的電源關閉，用螺絲將滾筒固定，再將專用儀表檢測裝置按照圖4所示的方法固定在制動臺上，然后對傳感器的電壓進行讀取。在制動臺額定承載質量內，選擇不少于8個測試點（包括零點和滿量程點），且測試點盡量均勻分布，旋轉專用三腳架上的螺絲，改變其高度即可調整對滾筒向上的拉力，滾筒一側向上動后，就會使連接壓力傳感器的一側有向下的壓力。通過連接在三腳架上的儀表可知道對滾筒拉力的變化（儀表是一個可顯示質量的傳感器，即顯示值是其相對應的質量，單位為kg），再通過傳感器電壓值的變化可以得到二者相對應的關系。

表1 試驗數據Tab.1 Test data

圖3 用來標定的數據Fig.3 The data used for calibration

圖4 用儀表將滾筒向上拉的標定方法Fig.4 Using instruments pull the roller upward

2.2.2 試驗結果

根據剛才這3組數據所繪制的線性圖形，選出其中一組數據，即繪制的線性圖形相對最好的，我們即可根據這組數據對傳感器的參數進行設置，得到參數后，就可以進行實際的測量。數據如表2所示，直線擬合圖形如圖5所示。

3 2種標定方法的可用性

制動臺上安裝的傳感器在制動力的測量范圍內，其電壓值隨壓力的變化而產生的值是線性分布的。通過測量與曲線擬合，得到的結果可知，砝碼直接施壓的方法得出的斜率為0.199；用儀表將滾筒向上拉的方法得出的斜率為0.200。

表2 實驗數據Tab.2 Test Data

圖5 用來標定的數據Fig.5 Data used for calibration

2種方法得出的傳感器電壓與壓力的比基本一致，而且通過標定完之后的數據再用兩種方法進行實際測量，所得出的結果誤差都不超過5%，滿足國家汽車制動檢測的標準，也就是說兩種方法都可以滿足國家的汽車制動檢測標定標準，都可以在實際中進行使用。

在兩種方法都可以使用的情況下，需要通過對兩種方法的優缺點進行比較，得出相對較好的方法，使得在以后的實用過程中可以得到更加準確的測量效果，這樣在以后的實際測量中就可以使用這一種方法。

4 兩種標定方法的特點

4.1 砝碼直接施壓的標定方法的特點

4.1.1 砝碼直接施壓的標定方法的優點

1）雖然砝碼直接施壓標定方法需要一些外加設備，但外加設備很少，并且可長時間存放，多次使用。2）將標定設備裝上之后，傳感器的示值幾乎在傳感器的零點位置，因此可以實現對傳感器零點附近位置值的標定。3）標定時所用的器械是砝碼，砝碼的準確度有很高的保證性，因此導致的誤差會很小。

4.1.2 砝碼直接施壓的標定方法的缺點

1）砝碼直接施壓標定方法需要用螺絲固定滾筒，這樣就會使得對螺絲大小的要求極為苛刻，而且固定后，隨著壓力的增大，會使得螺絲之間的空隙減小，造成力臂變形，而使得砝碼的壓力和真實壓力之間的比例不在一定，所以就會造成一定的誤差。2）在加砝碼的時候，不一定能夠準確的將砝碼放在盤子的正中央，因此會導致力矩有一定的改變，從而砝碼重量產生的壓力和傳感器受到的壓力之間的比例會有一定的變化，從而導致結果有一定的誤差。3）砝碼的基本重量是一個定值，因此在增加重量的時候會出現只能加一些定值的現象，不能用中間某些值與傳感器輸出的電壓進行比較，可能會產生誤差。4）砝碼突然增加或減少的時候會造成傳感器的電壓突然變化，所以讀取數據時需要較長的穩定時間，可能會在還未真正穩定的時候就讀取數據，因而造成讀數誤差。

4.2 用儀表將滾筒向上拉的標定方法的特點

4.2.1 用儀表將滾筒向上拉的標定方法的優點

1）用儀表將滾筒向上拉的標定方法與在實際測量的時候汽車隊傳感器造成壓力的方式是相同的，也就是說理論上會比砝碼直接施壓的方法更加準確。2）用儀表將滾筒向上拉的標定方法可以對任意數值的拉力進行測量，因此在計算最終結果的時候有更多的參考數據，從而得到相對準確的結果。3）當調整拉力的時候只需要旋轉三腳架上螺釘的位置，造成力矩的改變很小，所以傳感器的電壓值和拉力值的比例基本保持恒定，誤差較小。4）當調整拉力的時候，拉力的變化可以是很細微的，造成的傳感器的電壓值的變化也就很緩慢，降低了傳感器電壓值的穩定時間，因而讀數誤差較小。

4.2.2 用儀表將滾筒向上拉的標定方法的缺點

1）用儀表將滾筒向上拉的標定方法需要用螺絲固定滾筒，這樣就會使得對螺絲大小的要求極為苛刻，而且固定后，隨著壓力的增大，會使得螺絲之間的空隙減小，造成力臂變形，而使得砝碼的壓力和真實壓力之間的比例不再一定，所以就會造成一定的誤差。2）在進行加力測量之前，需要先用力將滾筒向上提拉，平衡吊其本身重力之后才可進行接下來的加力測量，這樣造成的結果就是會使得測量初值相差零值很遠，可能會導致標定結束后低處的測量結果不太準確。

5 結束語

雖然砝碼直接施壓的標定方法用的外加設備比較少，對地面的要求也較少，但其缺點造成的誤差幾乎不可避免。而用儀表將滾筒向上拉的標定方法如果外加設備完全固定，儀表足夠準確，誤差會比較小，最主要的是可進行任意數值拉力的測試，方便進行隨機數值的測量對比，可看出標定是否準確。用儀表將滾筒向上拉的標定方法進行標定時，可得到更多的數據，這樣得出的直線擬合圖形會更接近所有的點，也就是可以使得標定更加準確，所以在反力式滾筒制動檢測時最好使用較好的儀表，并且使用儀表將滾筒向上拉的方法來進行標定，這樣測出的結果會相對準確一些。綜合以上，在進行標定時應選擇用儀表將滾筒向上拉的標定方法。

[1]余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社，1981.

[2]王維.汽車制動性檢測[M].北京:人民交通出版社，2005.

[3]魏嘉文.汽車反力式滾筒制動試驗臺臺架測試分析[J].現代商檢科技，1996，6（2）:4-6.WEI Jia-wen.Automobile anti force rolling brake testing bench test and analysis[J].Modern Commodity Inspection Technology，1996，6（2）:4-6.

[4]鮑國華，倪保南，茅慶潭.滾筒反力式制動檢驗臺檢定規程[S].上海:上海市技術監督局，1996.

[5]張更娥，陳曉輝，李亮平，等.一種制動試驗臺制動力檢測系統的標定方法[D].廣西:邕江大學，2011.

[6]陳勇.汽車制動檢測臺測控系統設計[D].湖北：湖北汽車工業學院學報，2007.