淺析現(xiàn)行制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)和往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)

新疆交通科學(xué)研究院 葛 在

現(xiàn)行測(cè)試汽車制動(dòng)性能的臺(tái)架有2種，分別為滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)和平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)。本文簡(jiǎn)單介紹一下滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)和平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出一種往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)方案和結(jié)構(gòu)。

1 滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)

滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)采用靜態(tài)的測(cè)試方式，將汽車的被測(cè)試車輪停在前、后滾筒之間，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)前、后滾筒朝同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，被測(cè)試車輪也隨之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)檢驗(yàn)人員對(duì)車輛施加制動(dòng)后，檢測(cè)裝置測(cè)出車輪上的制動(dòng)力。滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)具有檢測(cè)值穩(wěn)定、檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前在汽車檢驗(yàn)站得到了廣泛的應(yīng)用。但是在實(shí)際檢測(cè)過程中，往往發(fā)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力上升曲線“失真”較嚴(yán)重，上升曲線變得平緩，同時(shí)檢測(cè)的最大制動(dòng)力往往偏小。

為了便于分析問題產(chǎn)生的原因，將汽車的被測(cè)試車輪停在滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行制動(dòng)檢驗(yàn)時(shí)被測(cè)試車輪的受力情況如圖1所示。前、后滾筒與車輪間的2個(gè)切向力（作用力方向沿滾筒的切線方向），即制動(dòng)力，將其簡(jiǎn)化為水平方向的合力Fb。前、后滾筒對(duì)車輪負(fù)荷的2個(gè)支反力，將其簡(jiǎn)化為垂直方向的合力N2。另外，非測(cè)試輪的水平約束反力為Ff，非測(cè)試輪的地面支反力為N1，汽車重力為P。分析認(rèn)為，在制動(dòng)檢測(cè)過程中，若Fb=Ff，則車輛保持靜止?fàn)顟B(tài)；若Fb＞Ff，則車輛會(huì)向后運(yùn)動(dòng)。

圖1 滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上被檢車的受力分析

接下來簡(jiǎn)單介紹一下制動(dòng)檢測(cè)過程中汽車向后運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生的影響。輪胎是一個(gè)彈性體，當(dāng)制動(dòng)踏板剛被踩下時(shí)，制動(dòng)強(qiáng)度不大，與滾筒接觸的胎面會(huì)產(chǎn)生彈性變形，產(chǎn)生的制動(dòng)力合力Fb較小；當(dāng)制動(dòng)踏板完全被踩下時(shí)，制動(dòng)強(qiáng)度很大，胎面會(huì)產(chǎn)生局部滑動(dòng)或完全滑動(dòng)，產(chǎn)生的制動(dòng)力合力Fb很大。同一輛汽車在干瀝青路面、松礫石路面、光滑冰路面上的制動(dòng)力合力Fb差別很大，就是由于在不同路面接觸胎面的彈性變形或滑動(dòng)程度不同所導(dǎo)致的。汽車在滾筒上制動(dòng)時(shí)，如果汽車出現(xiàn)后退，則必然會(huì)減輕接觸胎面的彈性變形或滑動(dòng)程度，因此制動(dòng)力合力Fb變小。汽車后退速度愈大，則制動(dòng)力合力Fb減小得愈多。與在實(shí)際道路上的制動(dòng)測(cè)試相比，同一時(shí)刻，在滾筒上的制動(dòng)力合力Fb變小，因此腳制動(dòng)力上升時(shí)間要延長(zhǎng)。

以下簡(jiǎn)單說明一下汽車后退速度對(duì)滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)測(cè)試精度的影響。

（1）當(dāng)在同一滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試乘用車和大型貨車的制動(dòng)力時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)乘用車的制動(dòng)力曲線比大型貨車的制動(dòng)力曲線“失真”要小，這主要是由于乘用車的安置角較大，車輛后退的同時(shí)被測(cè)試輪要抬高較多，車輛后退的阻力增大，后退速度較小，故制動(dòng)力曲線“失真”小。

（2）在檢測(cè)汽車駐車制動(dòng)力時(shí)，由于非測(cè)試車輪不存在制動(dòng)力，汽車會(huì)快速后退，測(cè)得的駐車制動(dòng)力往往比真實(shí)的制動(dòng)力小，較難達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的駐車制動(dòng)力要求。但如果使用三角木墊塊塞在前輪后方，則可以減小汽車后退速度，進(jìn)而提高一些制動(dòng)力。

（3）由圖1可知，在制動(dòng)性能測(cè)試過程中，只有非測(cè)試車輪產(chǎn)生的制動(dòng)力Ff足夠大，才能阻止汽車移動(dòng)，被測(cè)試車輪才能測(cè)得較真實(shí)的最大制動(dòng)力。如果非測(cè)試車輪的制動(dòng)性能不佳，將直接影響測(cè)試車輪的制動(dòng)性能，也就是說被測(cè)試車輪測(cè)得的制動(dòng)力還取決于非測(cè)試車輪的制動(dòng)性能。另外，現(xiàn)行的滾筒都進(jìn)行了粘沙處理，滾筒附著系數(shù)明顯高于地面附著系數(shù)，非測(cè)試車輪產(chǎn)生的制動(dòng)力要想阻止汽車移動(dòng)顯得更加不容易，這是滾筒式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的缺點(diǎn)之一。

值得注意的是，被測(cè)試車輪的制動(dòng)力大小還與非測(cè)試車輪的軸荷有關(guān)（車輪產(chǎn)生的制動(dòng)力=軸荷×摩擦系數(shù)）。如果被測(cè)試車輪的軸荷大于非測(cè)試車輪的軸荷，則非測(cè)試車輪約束反力Ff一定小于被測(cè)試車輪的最大制動(dòng)力，那么汽車后退是必然的，即存在系統(tǒng)無法克服的、不可避免的因素，妨礙測(cè)得真實(shí)的制動(dòng)力。

2 平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)

汽車制動(dòng)性能的第二種測(cè)試方法是使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)。平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)完全模擬實(shí)際道路，汽車以一定的速度駛過一段低矮的平臺(tái)，平臺(tái)上表面包含了4塊相互不關(guān)聯(lián)的測(cè)試板，當(dāng)汽車前、后輪分別位于4塊測(cè)試板上時(shí)，駕駛?cè)瞬认轮苿?dòng)踏板或施加駐車制動(dòng)，在測(cè)試板下方的傳感器將制動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，進(jìn)而獲得各車輪上的制動(dòng)力。由于4個(gè)車輪同時(shí)測(cè)試，該檢測(cè)裝置能真實(shí)地反映制動(dòng)全過程，但也存在以下一些不足。

（1）完整的測(cè)試參數(shù)包括車輪阻滯力、腳制動(dòng)力、駐車制動(dòng)力及制動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，需要多次檢測(cè)才能完成。

（2）整個(gè)測(cè)試過程必須滿足4個(gè)車輪在各自的測(cè)試板上。對(duì)于某一個(gè)具體尺寸的檢驗(yàn)臺(tái)，要滿足這個(gè)條件對(duì)于被檢車的軸距有所限制，超出范圍（軸距過大或過小）的車輛則不能進(jìn)行測(cè)試，使得能測(cè)試的汽車范圍受到較大的限制。

（3）測(cè)試時(shí)，施加制動(dòng)的時(shí)機(jī)要恰當(dāng)，否則需要重新測(cè)試，這對(duì)檢驗(yàn)人員的要求較高。

（4）在制動(dòng)測(cè)試過程中，汽車載荷前移，前輪負(fù)荷加重，后輪負(fù)荷變輕，于是貨車空車時(shí)后輪測(cè)得的制動(dòng)力相對(duì)于設(shè)計(jì)的制動(dòng)力所占的比例進(jìn)一步減小，測(cè)試結(jié)果用于評(píng)價(jià)貨車后輪的制動(dòng)性能意義不大，盡管它是完全模擬空車實(shí)際道路測(cè)試。

（5）對(duì)于結(jié)構(gòu)為并裝雙后橋的重型汽車，由于平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)和制動(dòng)操作的限制，無法分軸測(cè)得每一個(gè)后橋車輪的制動(dòng)參數(shù)，只能測(cè)得雙后橋總的制動(dòng)參數(shù)，這是平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的又一缺憾。

基于上述原因，目前平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)主要用于檢測(cè)乘用車，不能覆蓋全部車型。另外，《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258—2017）對(duì)使用平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)測(cè)試后輪的合格標(biāo)準(zhǔn)也定得較低，這也是不得已而為之。

3 往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)

針對(duì)上述2種制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)在檢測(cè)過程中存在的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)的往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)，能夠很好地解決檢測(cè)過程中遇到的汽車后退問題。其設(shè)計(jì)思想是制動(dòng)測(cè)試過程中讓各個(gè)車輪受到的制動(dòng)力相互抵消，這樣車輛受到的合力接近于0 N，車輛移動(dòng)速度自然也就接近于

0 km/h，該技術(shù)方案能獲得制動(dòng)時(shí)真實(shí)的動(dòng)態(tài)過程。

如圖2所示，測(cè)試時(shí)將被檢車停在往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的4塊運(yùn)動(dòng)平板上，氣缸推動(dòng)運(yùn)動(dòng)平板作往返運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)車輪正、反旋轉(zhuǎn)。為了讓車輛受到的合力接近于0 N，運(yùn)動(dòng)平板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖3所示，其中，運(yùn)動(dòng)平板的速度為v。對(duì)于兩軸汽車，腳制動(dòng)力測(cè)試時(shí)同軸左、右車輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，4個(gè)車輪同時(shí)測(cè)試腳制動(dòng)力時(shí)，還應(yīng)滿足前、后軸同側(cè)車輪的旋轉(zhuǎn)方向相反。這樣使同軸、同側(cè)車輪的制動(dòng)力相互抵消，能較準(zhǔn)確地檢測(cè)兩軸汽車制動(dòng)性能的全部參數(shù)，包括車輪阻滯力、最大腳制動(dòng)力、駐車制動(dòng)力、腳制動(dòng)力上升時(shí)間及腳制動(dòng)力下降時(shí)間，進(jìn)而完整地得到汽車制動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程。

圖2 車輛停在往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)上

圖3 運(yùn)動(dòng)平板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

采用運(yùn)動(dòng)平板作為承載部件，可以很容易地做到對(duì)一定軸距范圍的車輛進(jìn)行四輪同時(shí)檢測(cè)，而使用滾筒作為承載部件是不可能做到的。對(duì)于二軸汽車制動(dòng)性能的檢測(cè)，既可以做到四輪同時(shí)檢測(cè)，也可以進(jìn)行單軸檢測(cè)。為了得到運(yùn)動(dòng)平板的低速往返直線運(yùn)動(dòng)，最合適的方式是采用氣動(dòng)方式，采用氣缸作為動(dòng)力源可以方便地滿足對(duì)運(yùn)動(dòng)平板的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。

汽車制動(dòng)性能的檢測(cè)過程如下：汽車通過兩條坡道駛上左、右兩條基座，駛過蓋板落入前、后運(yùn)動(dòng)平板上，氣缸活塞桿通過測(cè)力裝置與運(yùn)動(dòng)平板連接，氣缸活塞往返運(yùn)動(dòng)，車輪在運(yùn)動(dòng)平板上制動(dòng)，測(cè)力裝置測(cè)得的力就是車輪制動(dòng)力。

往返平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的詳細(xì)內(nèi)容可參見專利ZL 201210259415.1、ZL201921648475.6及201910961240.0的專利說明書。