多軸車制動力差檢測研究

陳成法，焦宇飛，白云川，郭　正，張建生，李樹珉

多軸車制動力差檢測研究

陳成法1，焦宇飛1，白云川1，郭正1，張建生2，李樹珉2

（1.軍事交通學(xué)院軍用車輛系，天津300161；2.軍事交通學(xué)院外訓(xùn)系，天津300161）

為解決滾筒式制動檢驗(yàn)臺無法檢測全時驅(qū)動車輛制動性能的問題，對多軸驅(qū)動車輛的制動過程進(jìn)行分析。車輛通過左右滾筒異向同步驅(qū)動零差速制動檢驗(yàn)臺時，利用伺服機(jī)構(gòu)操縱制動踏板，在相同制動過程中分別得到左右輪的制動過程增長曲線，將曲線進(jìn)行時間軸擬合，得到近似的制動力差。利用普通單軸驅(qū)動車輛對上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果表明該方法對多軸驅(qū)動車輛制動力差檢測的可靠性。

多軸驅(qū)動車輛檢測；制動力差檢測；曲線擬合；數(shù)據(jù)對比

0　引言

隨著多軸驅(qū)動車輛的研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，多軸車在工程領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛［1］。由于多軸車軸重、軸數(shù)多、軸與軸之間貫通式連接等特性，使得多軸車輛制動性能的檢測比單軸車復(fù)雜很多。

目前國內(nèi)外對于多軸車輛的檢測主要有以下3種方法：路試法檢測、多組滾筒組合法檢測與左右滾筒異向同步法檢測［2］。國外對于多軸車檢測的相關(guān)設(shè)備種類繁多，應(yīng)用也很廣泛，如丹麥的BM20200型制動檢測臺和德國AHS-Mobile型制動性能檢測臺。國內(nèi)相關(guān)設(shè)備較少，存在很大研究空間。

1　多軸驅(qū)動車輛制動過程力學(xué)分析

左右滾筒異向同步驅(qū)動零差速制動檢驗(yàn)臺在對多軸驅(qū)動車輛進(jìn)行制動檢測時，分別對左右輪進(jìn)行制動檢測。當(dāng)檢驗(yàn)臺對左輪進(jìn)行檢測時，右滾筒帶動右輪相對左輪反方向同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同種方法對右輪進(jìn)行檢測。圖1和圖2分別為多軸驅(qū)動車輛在利用左右滾筒異向同步驅(qū)動零差速制動檢驗(yàn)臺進(jìn)行制動性能檢測時，左、右輪的受力情況。

通過受力分析可得，左右輪最大制動力在檢測時大小為

式中：Fmax——最大制動力；

N1、N2——前后滾筒對車輪的支撐力；

G——車輛被測軸對左右輪的軸重；

φ——車輪與滾筒的附著系數(shù)；

α——車輪在滾筒上的安置角；

T1，T2——前后滾筒對車輪的制動反力。

出現(xiàn)最大制動力時，其他軸對被測軸的水平反力F1：

根據(jù)式（4）可得：在出現(xiàn)最大制動力時，非測車輪對被測車輪所提供的水平反力也達(dá)到最大值。

圖1　左輪制動檢測受力圖

圖2　右輪制動檢測受力圖

根據(jù)以上分析結(jié)果，對整車在進(jìn)行制動檢測時的水平方向進(jìn)行穩(wěn)定性分析。圖3為整車在制動檢驗(yàn)臺上水平方向的受力分析圖，其中F1、F2、F3、F4分別為車輪在制動檢測過程中所受的水平方向作用力。

圖3　整車在制動檢驗(yàn)臺上水平方向受力

對左輪進(jìn)行制動力檢測時，右輪受滾筒異向驅(qū)動轉(zhuǎn)動，在制動時車輪受到滾筒向前的推力。設(shè)前后軸車輪到各軸中心的距離都為L，對前軸中心進(jìn)行力矩分析可得：

根據(jù)制動器制動特性分析F1≥F2；當(dāng)F1=F2時，車輛制動檢測整車所受的扭矩最大，車輛狀態(tài)最不穩(wěn)定［3］；此時，若地面所提供的靜摩擦力F3≥F1，則車輛在制動檢測時可以保持穩(wěn)定。在力學(xué)分析后得出左右滾筒異向同步零差速法檢驗(yàn)左右輪制動力時車輛在檢測過程中是穩(wěn)定的，并且對左右輪分別進(jìn)行受力分析時，得到的結(jié)果與同時正轉(zhuǎn)檢測時相同。因此，在理論上可以證明利用該檢驗(yàn)臺可以實(shí)現(xiàn)左右輪制動力的檢測。

圖4　伺服機(jī)構(gòu)

2　基于時間軸的制動力差取值方法

在GB 7258——2012《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》對制動力平衡的要求中規(guī)定：臺試檢驗(yàn)制動性能時，在左右輪制動力增長的全過程中，應(yīng)同時測得左右輪制動力差值的最大值［4］。由于多軸驅(qū)動車輛在左右滾筒異向同步驅(qū)動零差速制動檢驗(yàn)臺進(jìn)行制動性能檢測時，只能通過左右輪分別檢測的方式進(jìn)行制動性能檢測。在這種檢測方式下不能滿足規(guī)定中同時對左右輪的制動力增長全過程進(jìn)行檢驗(yàn)的要求［5］。因此，提出一種基于時間軸的制動力差檢測方法。設(shè)計一個伺服機(jī)構(gòu)如圖4所示，滿足在制動檢測過程中帶動制動踏板以較快的速度勻速到底，使每次制動的過程和時間相同，以此測量的左右輪制動力差代替上述標(biāo)準(zhǔn)的要求值。

2.1利用伺服機(jī)構(gòu)檢測制動力

伺服機(jī)構(gòu)的工作原理是利用步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件拉線帶動鋼絲繩運(yùn)動，拉線的末端帶動制動踏板下行。鋼絲繩的運(yùn)動距離為旋轉(zhuǎn)部件直徑AB的長度，同時AB的長度等于CD的長度。鋼絲繩的方向通過導(dǎo)向滑輪進(jìn)行變向，導(dǎo)向滑輪和步進(jìn)電機(jī)都固定在鋼板底座上，底座與駕駛座椅之間通過螺栓進(jìn)行剛性固定，保證運(yùn)動的穩(wěn)定性。其運(yùn)動情況如圖5所示。步進(jìn)電機(jī)采用12V直流電壓驅(qū)動。試驗(yàn)前，多次測量駕駛員正常進(jìn)行制動檢測時踩制動踏板的時間，對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使步進(jìn)電機(jī)拉動踏板到底的時間大致等于人踩踏板所需的時間［6］。實(shí)際檢測過程中，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件順時針由A運(yùn)動到B，制動踏板到底，直至車輪停轉(zhuǎn)，完成一次制動檢測。然后，電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，由B運(yùn)動到A，制動踏板恢復(fù)到原點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次制動檢測。整個過程步進(jìn)電機(jī)始終勻速旋轉(zhuǎn)，保證每次制動過程都具有良好的重復(fù)性。

2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析

利用伺服機(jī)構(gòu)在勇士車四驅(qū)的模式下，進(jìn)行前軸的左右輪制動力檢測，得到左右輪的制動力曲線如圖6所示。通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到基于時間軸的制動力差。

從圖中可以看出兩次制動過程所用的時間相同，具有基本相同的制動過程。按此方法對前軸進(jìn)行10次檢測，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

圖5　伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

圖6　利用伺服機(jī)構(gòu)得到的制動力曲線

由于得到的左右輪制動力曲線具有相同的增長過程和增長時間，因此，可以采用時間起點(diǎn)推移的方法，使兩條制動力曲線處于同一時間起點(diǎn)，即左右輪是同時進(jìn)行制動力檢測。

利用Matlab對制動力數(shù)據(jù)進(jìn)行沿時間軸的推移，使左右輪在同一時間起點(diǎn)進(jìn)行制動力檢測。然后，對兩條制動力曲線進(jìn)行作差處理，得到制動力差的增長曲線，如圖7所示。

圖7　基于時間軸的制動力差曲線

經(jīng)過Matlab計算，圖7的左右輪制動力差最大值為59daN。通過對10次制動力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：試驗(yàn)得到的最大制動力差分別為59，71，64，77，66，78，58，67，75，65 daN（1daN=10N）。左右輪最大制動力差出現(xiàn)在最大制動力出現(xiàn)之前；制動曲線增長速率最快的時刻，大約在制動力出現(xiàn)后0.7～0.75s。

3　試驗(yàn)研究

3.1實(shí)際制動力差檢測試驗(yàn)

以勇士車作為試驗(yàn)車型，表1為試驗(yàn)用車的基本參數(shù)。對勇士車前軸進(jìn)行左右輪制動力平衡的試驗(yàn)，得到左右輪的制動力差［7］。根據(jù)勇士車試驗(yàn)得到的左右輪制動力差與基于時間軸的制動力差取值方法進(jìn)行對比驗(yàn)證。

表1　試驗(yàn)用車基本參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)滾筒反力式制動檢驗(yàn)臺采用的檢測方式是左右滾筒同時正轉(zhuǎn)，因此可以同時測得左右輪在制動過程中的制動力差，符合GB 7258——2012《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中關(guān)于制動力平衡檢測的要求［8］。在利用標(biāo)準(zhǔn)滾筒反力式制動檢驗(yàn)臺對勇士車進(jìn)行左右輪制動力差的檢測時，將勇士車分動器設(shè)置為前軸驅(qū)動的驅(qū)動方式。

圖8　勇士車車軸左右輪制動力差試驗(yàn)結(jié)果

圖8為勇士車車軸左右輪制動差試驗(yàn)結(jié)果。利用Matlab對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到左右輪在制動過程中，同時測得的左右輪制動力的最大差值［9］。圖9為利用Matlab處理數(shù)據(jù)后得到的左右輪制動力差曲線。

圖9　利用Matlab得到的制動力差曲線

從圖中可以看出，本次試驗(yàn)得到的左右輪最大制動力差為65daN。對剩余的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到左右輪最大制動力差分別為65，59，60，62，70，69，71，55，60，75daN。

3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析

通過基于時間軸制動力差取值方法和實(shí)際制動力作差取值方法，獲得關(guān)于左右輪制動力差的試驗(yàn)數(shù)據(jù)［10］。對以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本期望和差值比較，對基于時間軸制動力差取值方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2.1樣本期望比較

基于時間軸的左右輪制動力差樣本：A= ［59，71，64，77，66，78，58，67，75，65］。

通過標(biāo)準(zhǔn)滾筒反力式制動檢驗(yàn)臺得到的標(biāo)準(zhǔn)制動力差樣本：B=［65，59，60，62，70，69，71，55，60，75］。

對兩種體現(xiàn)左右輪制動力差的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，期望分別為：E（A）=68，E（B）=64.6。

E（A）和E（B）比較接近。因此，通過樣本期望進(jìn)行比較得出，基于時間軸的制動力差取值方法比較準(zhǔn)確。

3.2.2樣本差值百分比

對基于時間軸的制動力差取值方法的數(shù)據(jù)樣本A進(jìn)行差值分析，如表2所示。

表2　數(shù)據(jù)樣本A差值分析

通過對樣本A數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得，基于時間軸的制動力差的取值方法所得到的數(shù)據(jù)與真實(shí)制動力差比較相近，相似度很高，平均差值只有10.98%。

4　結(jié)束語

1）利用左右滾筒異向同步驅(qū)動零差速制動檢驗(yàn)臺進(jìn)行制動檢測時，車輛能夠保持檢測時車身的穩(wěn)定。

2）基于提出的時間軸制動力差取值方法得到的數(shù)據(jù)與利用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)臺實(shí)際檢測得到的數(shù)據(jù)很接近。因此，可以在多軸驅(qū)動車輛制動力差的檢測中利用此方法進(jìn)行制動力差的檢測。

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Detection study on multiaxial vehicle different braking force

CHEN Chengfa1，JIAO Yufei1，BAI Yunchuan1，GUO Zheng1，ZHANG Jiansheng2，LI Shumin2
（1.Military Vehicle Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；2.Foreign Training Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China）

In order to solve the problem that the drum brake inspection station could not detect braking performance of full-time driving vehicles，analyzing braking process of multi-axis drive vehicles.With vehicles passing around the drum counter-synchronous drive crossdrive brake inspection station，servo were used to control the brake pedal，so that we could get the left and the right wheels'growth curves under the same barking process.Making the curve fitting axis，then we could get approximate braking force difference.Driving the uniaxial vehicles test the method what we described above，verifying the reliability of the method.

multi-axis driving vehicle's detection；braking force difference detection；curve fitting；data comparison

A

1674-5124（2015）09-0028-04

2014-11-19；

2015-01-11

陳成法（1978-），男，河北滄州市人，講師，博士，研究方向?yàn)閮x器科學(xué)與技術(shù)。