汽車制動性能加載檢測方法的研究

黃萬友 王廣燦 范艷艷 于明進 富文軍

摘要：為真實反映車輛滿載時制動性能，研究汽車制動性能臺式加載檢測方法，對有效開展車輛滿載制動性能檢測

具有重要意義。對舉升加載制動檢測方法進行了研究，分析了舉升加載制動原理及測試方法，結果分析表明兩軸汽車不適宜采用舉升加載方法，對于多軸貨車中間軸采用舉升加栽的方式可有效測出車輛制動力；對調整軸距式加栽制動檢測方法進行了研究，分析了調整軸距式加栽制動原理及測試方法，分析認為兩軸車、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，采用調整軸距加栽的方式都可有效測出車輛制動力；對拉壓張緊式加載制動檢測方法進行了研究，分析了拉壓張緊式加載制動原理及測試方法，分析認為適應各種車型；最后對舉升加載制動檢測方法、調整軸距式加載制動檢測方法和拉壓張緊式加載制動檢測方法進行了比較分析。

關鍵詞：汽車；制動性能；加載檢測；反力式制動檢驗臺；比較分析

1引言

汽車制動性能臺試檢驗是檢測汽車制動系統技術狀況的主要技術手段。考慮到貨車經常處于滿載甚至超載運行，因此，加載制動性能檢測是確保車輛滿載運行時制動安全的有效措施。根據GB21861-2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》規定，將于2017年3月1日開始，對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行加載軸制動率和加載軸制動不平衡率測試。

關于車輛加載測試，舒華英和李駿基于路試檢測計算方法，以制動距離理論與實測誤差值作為參量開展實車路試檢測的比對試驗并進行了評價分析；劉建農和蘇建分析了車輛在制動過程中的受力情況，就制動過程中地面制動力、制動器制動力和踏板力之間的關系進行了分析，提出了用車輪滑移率來評價車輛制動性能的方法；楊霄峰、潘洪達研究了對汽車被檢測軸拉壓，通過拉力模擬載荷，對貨車進行加載制動檢測的方法；陳南峰、谷占勛和應朝陽等人分析了我國實行重型載貨車輛行車制動性能加載檢測的可行性；于明進、黃萬友等人基于滾筒中心距可調的制動檢驗臺，對制動力測量結果的影響因素進行了測試分析。對比研究分析汽車制動性能加載檢測方法的局限，對選擇合理加載方法，有效開展機動車加載制動檢測，確保行車安全具有重要意義。

本文在汽車制動檢驗臺上，利用實際車輛對舉升加載制動檢測方法、調整軸距式加載制動檢測方法和拉壓張緊式加載制動檢測方法進行了測試研究，分析了三種方法對檢測車輛的適應性。

2車輛空載制動性能測試結果分析

在汽車安全性能檢測線的制動檢驗臺上，分別測試了5輛輕型普通貨車和5輛掛車的制動性能，測試結果列于表1中。測試用制動檢驗臺主要技術參數如下：額定承載質量：13t；滾筒直徑：245mm；滾筒中心距：470mm；附著系數：0.9。

目前機動車制動性能檢測只進行空載檢測，表1列出了部分載貨汽車空載檢測時的軸荷、軸制動力和軸制動率，由表1可知，被檢車輛空載相對滿載而言，軸荷較小，尤其是輕型普通貨車的后軸和掛車各車軸，對于制動率，輕型普通貨車整體略高于掛車。當車輛軸荷較小時，車輪和滾筒之間容易打滑，檢測精度難以保證，且無法測出車輛制動器真實性能；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，滾筒對車輪的法向支撐力大，所以輕型普通貨車測得的軸制動力和軸制動率高于掛車。

對于貨車，空載與滿載相比軸荷差別很大，在空載制動性能滿足GB7258-2012要求的情況下，車輛滿載狀態下制動性能也不一定滿足要求。因此，GB21861-2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》規定，自2017年3月1日開始，三軸及三軸以上的多軸貨車，需要測試加載軸制動率和加載軸制動不平衡率，以測試車輛加載后的制動性能。

3舉升加載制動檢測方法

3.1舉升加載制動原理及測試方法

滾筒反力式制動檢驗臺可測得的最大制動力為：

當量附著系數φ′與滾筒間角度θ、安置角α和輪胎與滾筒間的附著系數φ相關。

試驗用制動檢驗臺主副滾筒高差為30mm，滾筒中心距調整范圍：

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

臺體舉升法是通過舉升臺體將其它軸的載荷移至被測軸，使被測軸的軸荷G_f增加，隨著軸荷增加，在其它條件不變的情況下，汽車的制動力F_max也增加，從而實現加載制動檢測。

GB21861-2014規定：加載制動檢驗宜采用具有臺體舉升功能的滾筒反力式制動檢驗臺進行，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行加載制動檢驗。具體測試方法如下：

（a）被檢車輛正直居中行駛，將被測試車的第二軸停放在制動檢驗臺滾筒上，變速器置于空擋，松開制動踏板；

（b）通過舉升臺體對測試軸加載，舉升至副滾筒上母線離地100mm（或軸荷達到11500kg時），停止舉升；測出左、右輪輪荷，計算得出該軸加載狀況下的軸荷；

（c）起動滾筒電機，穩定3s后實施制動，將制動踏板逐漸慢踩到底，測得左、右車輪制動力增長全過程的數值及左、右車輪最大制動力；計算加載軸制動率；

（d）重復（a）、（b）、（c）步驟，依次測試各車軸。

3.2舉升加載制動測試分析

對于兩軸汽車，舉升之后汽車傾斜一個角度α，根據垂直方向平面力系平衡，可得

根據GB21861-2014要求，只對多軸貨車的中間軸進行加載制動檢測。對重型倉柵式貨車中間軸舉升加載制動過程進行測試，在舉升高度為0mm、40mm、80mm和100mm時，舉升軸的制動力過程曲線如圖1所示。根據GB21861規定，在副滾筒上母線與地面水平面的高度差為40mm時，測得該軸空載制動性能，其軸荷為2612kg，測得最大制動力為19590N；舉升至副滾筒上母線離地100mm時，測試得出該軸加載制動性能，其軸荷為4646kg，測得最大制動力為30220N。

由圖可見，隨著舉升高度增加，制動力顯著增加，相對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，制動力分別由9860N增加到19590N、26770N和30220N，增加了98.7%、172%和207%，可見，對于三軸車輛，采用舉升加載的方式可有效測出車輛中間軸制動力。

4調整軸距式加載制動檢測方法

4.1調整軸距式加載制動原理及測試方法

當量附著系數φ′與滾筒間角度θ、安置角α和輪胎與滾筒間的附著系數φ相關。

試驗用制動檢驗臺主副滾筒高差為30mm，滾筒中心距調整范圍：471mm～771mm，對應滾筒間角度θ范圍為：3.65°～2.23°；檢驗臺采用粘砂式滾筒，干態附著系數φ為0.9；可見，對檢測車輛制動力影響最大的因素是安置角α。試驗用制動檢驗臺軸距調整行程300mm，車輪直徑為700mm時，對應的安置角變化范圍29.9°～54.7°，當量附著系數變化范圍0.60～0.88，當車輪直徑減小或軸距調整行程進一步增加時，檢驗臺測試車輛制動力的能力還可顯著提高。

其加載制動檢驗具體測試方法如下：

（a）車輛檢測時，舉升裝置升起，被檢車輛正直居中行駛，將被測車輛的第一軸停放在制動臺滾筒上，變速器置于空擋，松開制動踏板；

（b）降下舉升器，輪胎壓下第三滾筒，第三滾筒帶動轉角傳感器轉過一定角度，控制系統根據第三滾筒轉角位置信號、結合滾筒直徑和滾筒軸距自動計算出車輪直徑，再根據當前軸距信息和設定的最佳安置角信息，計算得到最佳軸距，之后，試驗臺控制系統自動調整副滾筒位置，使得被檢機動車車輪與滾筒間有最佳安置角；

（c）起動滾筒電機，穩定3s后實施制動，將制動踏板逐漸慢踩到底，測得左、右車輪制動力增長全過程的數值及左、右車輪最大制動力，計算被檢車輛加載軸制動率；

（d）重復（a）和（c）步驟，依次測試各車軸。

4.2調整軸距式加載制動測試分析

試驗用解放牌小型普通客車前軸制動力隨滾筒軸距增加的實測結果如圖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力隨滾筒軸距增加而增大，這是因為滾筒軸距增加，安置角增大，在主副滾筒軸距由471mm增加到642mm時，安置角由35.83。增加到52.92。，由式（8）可知，當量附著系數由0.640增加到0.8444，增加了31.9%，測得的車輛制動力相應增加，由4872N增加到6922N，增加了42.1%。由于安置角增加后，滾筒對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檢驗臺內部摩擦損失增加，摩擦損失疊加到了制動力測量結果中，導致制動力增加幅度明顯大于當量附著系數增加幅度。由表2可知，對于測試車輛，主副滾筒軸距增加171mm，被測車輛軸制動率由81.2%增加到115.4%，增加了34.2%，可見，采用調整滾筒軸距方式也可實現被檢車輛加載制動性能測試，且該方式僅通過調整制動檢驗臺主、副滾筒軸距來改變滾筒對車輪的法向支撐力，提高當量附著系數，有效檢測車輛制動力，不受車輛軸數、軸距、質心位置等因素影響，對于兩軸車、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，但需進一步確定合理的安置角設定范圍和加載軸制動率限值，以有效判斷車輛加載制動性能。

5拉壓張緊加載制動檢測方法

5.1拉壓張緊式加載制動原理及測試方法

由式（1）可知，汽車制動檢驗臺測得的最大制動力與軸荷成正比。通過增加相應車軸上的附加質量或作用力獲得足夠軸荷，以獲得最大制動力。拉壓加載法通過液壓裝置向被測軸施加向下的拉力，通過拉力模擬載荷。在檢測車輛制動性能時，將張緊繩索掛于被檢車軸或對應車架處，液壓裝置通過張緊帶向下拉車軸，模擬車輛載荷增加，達到對測試軸加載制動檢測的目的。

具體方法如下：

（a）被檢車輛正直居中行駛，將被測試車的第一軸停放在制動檢驗臺滾筒上，變速器置于空擋，松開制動踏板；

（b）安裝張緊帶，加載系統啟動，對測試軸加載，測得該軸加載狀況下的軸荷。

（c）起動滾筒電機，穩定3s后實施制動，將制動踏板逐漸慢踩到底，測得左、右車輪最大制動力；計算加載軸制動率；

（d）重復（a）、（b）、（c）步驟，依次測試各車軸。

5.2拉壓張緊式加載制動測試分析

根據GB7258-2012《機動車運行安全技術條件》和GB21861-2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》的要求，以解放牌貨車為研究對象，對車輛制動性能進行測試。

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

由圖4可知，在貨車無負載或輕載的情況下，后軸制動率在60%以上；后軸制動力隨軸荷增加而增大，但后軸制動率隨軸荷增加而降低。當后軸軸荷由1568kg增加到6353kg時，軸荷增加了305.2%；后軸制動力由10192N增加到27699N，制動力增加了171.8%；而貨車后軸制動率下降了21.8%；在后軸軸荷增加到6159kg后，再增加軸荷，制動力略有下降，表明后輪制動時制動器已開始打滑，此時測得的制動力為制動器最大制動力，有效測出了車輛后軸制動性能。在貨車后軸軸荷超過4000kg時，制動率已低于50%，已不滿足GB21861-2014對加載軸制動率的要求。

可見，對于兩軸貨車，采用拉壓張緊方式加載，車輛軸荷顯著變化，測出的車輛制動力明顯增加。拉壓張緊式加載制動檢測，對于兩軸車、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，但需進一步確定合理的軸荷加載值和加載軸制動率限值，以有效判斷車輛加載制動性能。

6三種加載制動檢測方法比較

舉升加載制動檢測方法，通過將被測軸舉升到一定高度，增加被測軸的軸重，增大制動力，實現加載制動，該方法操作簡單，穩定性好，是GB21861-2014使用的方法。但該方法對于兩軸車無效，只適用于三軸及三軸以上的多軸車輛部分軸檢測。

調整軸距式加載制動檢測方法，通過調節軸距改變安置角，增加當量附著系數，增大制動力，實現加載制動。該方法適應各種車型，加載過程安全快速，穩定性好，但對于不同車輪半徑，調節軸距不同，控制系統較復雜。

拉壓張緊式加載制動檢測方法，通過拉壓增加軸荷，增大制動力，實現加載制動。該方法適應各種車型，但在使用張緊帶時，必須有專門人員操作，工作環境差，操作性差，效率低。

7結論

（1）對舉升加載制動檢測方法進行了研究，分析了舉升加載制動原理及測試方法，分析認為兩軸汽車不適宜采用舉升加載方法；對于多軸貨車中間軸采用舉升加載的方式可有效測出車輛制動力。

（2）對調整軸距式加載制動檢測方法進行了研究，分析了調整軸距式加載制動原理及測試方法，分析認為兩軸車、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，采用調整軸距加載的方式都可有效測出車輛制動力。

（3）對拉壓張緊式加載制動檢測方法進行了研究，分析了拉壓張緊式加載制動原理及測試方法，分析認為適應各種車型，但檢測耗時長、不易操作。

（4）最后對舉升加載制動檢測方法、調整軸距式加載制動檢測方法和拉壓張緊式加載制動檢測方法進行了比較。