機動車制動試驗臺動態校準裝置

鐘文斌 林飛振

機動車制動試驗臺動態校準裝置

鐘文斌 林飛振

（廣州計量檢測技術研究院）

在分析機動車制動試驗臺的動靜態計量問題的基礎上，設計一種機動車制動試驗臺動態校準裝置，詳細介紹該裝置的設計方案、關鍵結構及實際使用效果。

機動車制動力；制動試驗臺；動態校準

0　引言

機動車制動性能是機動車運行安全技術條件的重要指標和必檢項目，國家標準GB7258要求對機動車的制動性能進行強制檢驗，并規定可用路試或臺試檢驗方法。實際檢測中廣泛采用滾筒反力式制動試驗臺檢驗方法。

目前，滾筒反力式制動試驗臺是靜態檢定[1]，且只檢定試驗臺的測力傳感器，而機械傳動機構、控制裝置和采集儀表等的動態性能無法有效檢測。制動試驗臺采集數據是一個動態的過程，為更真實地復現實際使用時的檢測過程，更客觀地評估制動試驗臺的性能，對其進行動態校準顯得尤為重要。

1　滾筒反力式制動試驗臺

滾筒反力式制動試驗臺由滾筒、電動機、測量傳感器、傳動鏈、減速器和指示控制裝置等組成，如圖1所示。檢測時，機動車的檢測軸車輪停在滾筒上，滾筒帶動車輪轉動；達到檢測車速后，駕駛員急踩制動踏板制動車輪；此時測量傳感器測得的最大力值即是車輪最大制動力。

2　裝置工作原理

機動車制動試驗臺動態校準裝置主要用于機動車制動試驗臺的動態性能校準，裝置測量范圍為單輪（0～2500）Nm，折算制動力為單輪（0～5000）N，準確度為±1%。

1-滾筒 2-電動機 3-減速器 4-傳動鏈 5-測量傳感器 6-指示控制裝置

本裝置主要由動態扭矩傳感器、無線遙測單元、無線測量儀表和平板顯示記錄系統組成，其安裝使用結構如圖2所示。其工作原理是在試驗車測試軸安裝動態扭矩傳感器；試驗車按正常安檢程序開上制動試驗臺；動態扭矩傳感器的彈性體和應變片把車輪上的制動力轉換成電信號；經無線遙測單元測量并轉換成制動力值；由無線測量儀表和平板顯示記錄系統顯示、記錄制動曲線；通過比較法對制動試驗臺的動態性能進行校準或驗證。

3　設計重點

根據使用要求，機動車制動試驗臺動態校準裝置的設計重點在于動態扭矩傳感器應變測量結構、傳感器抗彎裝置、無線遙測單元和測量軟件。

3.1　動態扭矩傳感器應變測量結構

為實現動態扭矩的測量，且不影響車輛本身各部分的相互作用，對動態扭矩傳感器的安裝位置和結構設計都提出了較高要求。本裝置將動態扭矩傳感器與車輪車軸連接機構的設計相結合，可直接作為車輪與車軸的連接機構。制動時，制動力通過車輪傳遞到車軸，并在動態扭矩傳感器的應變體上產生扭矩應變，通過動態扭矩傳感器的應變體及應變測量系統，轉換成電信號輸出到采集裝置，測量對應的扭矩值。應變體設計需考慮傳感器的剛性和測量扭矩力值之間的關系，結合對應變體的材料分析和數值模擬[2]，最終設計應變體的測量結構。

圖2　機動車制動試驗臺動態校準裝置安裝結構圖

根據制動力的測量原理，動態扭矩傳感器測量的制動力是由車軸所受扭矩轉換而來。根據扭矩測量特點，動態扭矩傳感器軸心與車輪軸心的同軸度，對扭矩和制動力的測量準確度有較大影響。結合機械的加工精度，經測算，機動車制動試驗臺動態校準裝置與車軸的同軸度不大于0.5 mm。綜合考慮同軸要求，本裝置采用總體環形結構。通過精密測量，獲得車軸和輪轂的實際尺寸，按照實際尺寸設計加工傳感器連接件，使傳感器與車軸充分貼合，同軸度滿足測量要求。

制動測量時需使用檢測車輛，必須確保檢測車輛安裝動態扭矩傳感器后，車輛車輪結構性能沒有明顯變化。因此，在確保動態扭矩傳感器盡可能薄的情況下，傳感器的兩端結構和大小必須能與車輛輪轂和車軸連接盤精密配合，剛性滿足車輛驅動的要求。車輛與動態扭矩傳感器的連接結構如圖3所示。

1-車軸 2-車輪 3-連接盤 4-無線采集裝置 5-扭矩傳感裝置

3.2　傳感器抗彎裝置

動態扭矩傳感器作為車輪與車軸的連接機構，車輛重力將直接施加在其側向上。為盡量減少側向力對動態扭矩傳感器應變機構的影響，需對其側向力進行設計。為此，動態扭矩傳感器設計了抵抗重力彎矩的結構。

根據車輪輪轂和車軸的連接結構，在圓周形的動態扭矩傳感器結構基礎上，在外殼和應變體之間增加滾珠軸承的連接結構，以分散側向力；同時在內部應變體連接處增加4個角度的強剛性支撐柱，連接應變體法蘭，形成有效的多向軸承分散力支承機構，如圖4所示。實際測試中，在單個多向軸承分散力支承機構抗彎矩單元徑向承載500 kg時，扭矩測量未產生明顯影響。

3.3　無線遙測單元

無線遙測單元集合了信號采集、無線數據通信等功能，其性能對機動車制動試驗臺動態校準裝置的動態測量非常關鍵。

機動車制動試驗臺在車輪檢測過程中，力值測量為動態過程，并需記錄制動力峰值和力值曲線。本裝置的動態檢測需反映制動試驗臺的動態過程，其中動態采集頻率是影響動態性能的重要參數。本裝置采用高速A/D采集前端系統，采集頻率達到100 Hz，確保整個系統的采集頻率滿足使用要求。

1-外殼 2-彈性體 3-滾珠軸承 4-楔塊 5-基座第一法蘭 6-基座第二法蘭 7-支撐柱

機動車制動試驗臺動態校準裝置在使用過程中需安裝到車輪上，與檢測車共同在制動試驗臺運行。運行過程中，動態扭矩傳感器在車輪車軸帶動下，與車輪車軸一起旋轉，因此，無法通過有線連接的方式輸出測量信號，需設計一套專用的無線遙測記錄系統。

無線遙測單元硬件結構主要由放大電路、高速AD采集單元、藍牙無線交互模塊、無線測量儀表和平板顯示記錄系統組成。放大電路、高速AD采集單元和藍牙無線交互模塊通過高度集成，制作成體積微小的測量裝置，可獨立安裝于車輛輪轂連接處，并采用低功耗的設計確保獨立干電池供電。無線遙測單元測量流程框圖如圖5所示。

圖5　無線遙測單元測量流程框圖

3.4　測量軟件

機動車制動試驗臺在制動力檢測過程中，需分析制動力產生的制動曲線，且除了制動率參數，還有左右制動不平衡率等參數需要出具和評定。

根據檢驗過程的實際需求，采用C#開發語言設計上位機軟件。該軟件能通過高速數據采集，對制動曲線、制動力值（扭矩）、左右輪制動力值比較等多個制動參數進行記錄和分析。軟件界面如圖6所示。

圖6　軟件界面

4　使用效果

機動車制動試驗臺動態校準裝置可對滾筒反力式制動試驗臺進行動態校準，是對靜態檢定的一種有效補充，可全面地評估滾筒反力式制動試驗臺的計量性能。本裝置經計量校準，靜態計量誤差小于±0.5%，遠遠優于檢定規程的±3%要求[1]。

本裝置已作為檢驗機構技術比對的標準樣品，對71家的檢驗機構進行了比對，現場安裝及測試情況如圖7所示。

圖7　實際使用圖

本裝置在比對前中后傳感器的扭矩參考值最大變化為0.4%，樣品整體性能穩定，滿足比對樣品的要求。并符合能真實反映滾筒反力式制動試驗臺在實際使用過程中的計量性能，為管理部門的監管工作提供有效支撐。

[1] 國家質量監督檢驗檢驗總局.JJG 906-2015 滾筒反力式制動試驗臺檢定規程[S].北京:中國質檢出版社,2015.

[2] 陳金明,鐘文斌.數值模擬在扭矩傳感器設計的應用[J].自動化與信息工程,2017,38(1):32-34.

Dynamic Calibration Device of Motor Vehicle Brake Test-Bed

Zhong Wenbin Lin Feizhen

(Guangzhou Institute of Measurement and Testing Technology)

This paper analyzes the problems arise during dynamic and static measurement of motor vehicle brake testbed, afterwards, introduces a new dynamic calibration device using for measuring brake testbed, and ultimately details the design scheme, implementation method and effect in practical use.

Motor Vehicle Braking Force; Brake Test-Bed; Dynamic Calibration

鐘文斌，男，1979年生，高級工程師，碩士，主要研究方向：力學計量測試和計量管理等。E-mial:wenbin_zh@163.com

林飛振，男，1982年生，高級工程師，碩士，主要研究方向：力學計量測試等。