关于客车在反力式转鼓制动试验台检测制动力不合格的研究

1、关于客车在反力式转鼓制动试验台检测制动力不合格的研究杨柳1，钱立军1，熊良平2 合肥工业大学机汽学院，合肥（230009）12安徽安凯汽车股份有限公司，合肥（230051）E-mail ：摘 要：目前，国内绝大多数机动车检测站使用反力式转鼓制动试验台检测汽车的制动性能，由于其检测能力的问题致使一些制动力合格的汽车被检测为不合格。本文通过某实例客车在试验台上的受力分析找出了其制动力检测不合格的原因，并经过试验验证了这一点，最后提出了解决建议。关键词：反力式转鼓制动试验台，制动性能，受力分析，试验中图分类号：U461.31引言汽车制动系统是保证汽车安全行驶的重要装置。依照国家标准GB7258-20

2、04机动车运行安全技术条件的规定，制动性能的检测分为道路试验检测和台架试验检测。受道路条件所限，机动车检测站通常用台架试验检测代替道路试验检测，其测试条件固定，重复性好，结构简单，所需驱动功率小，操作安全性好。但是，该设备的检测能力本身存在一些问题，致使检测站不能提供出真实的检测数据。我们将结合某实例客车对反力式转鼓制动试验台测量真实性进行研究。2某客车台架试验数据我们在反力式转鼓试验台对某客车做了制动试验台试验，得出了该客车在转鼓试验台制动性能的数据如表1。表1 客车转鼓试验台制动检测数据 Tab.1 Testing data of coach in brake testing platfo

3、rm轴重(KG 最大制动力(N 检测轴 左右左右制动率(%不平衡率 前轴后轴整车重量：10326KG 整车最大制动力：55850N 整车制动率：54.08% 由检测报告可以看到，上述客车未能满足国家标准GB7258-2004机动车运行安全技术条件中对台架试验的要求（制动力总和与整车载荷之比大于或等于60%）。我们对该客车制动器制动力矩进行了理论计算，并且通过试验对其制动器制动力矩进行了测量，得出的结论是该客车制动器提供的制动力完全能满足国家标准GB7258-2004机动车运行安全技术条件中对台架试验的要求。因此，我们有必要对反力式转鼓制动试验台进行研究。663反力式滚筒制动试验台的结构原理该类

4、型的制动试验台的制动力承受装置（如图1）由两副滚筒组成，每副滚筒由一个主动滚筒、一个从动滚筒和一个辅助滚筒组成。主动滚筒和从动滚筒由碳钢制成，滚筒的3, 2外圆周上粘有熔烧铝钒土砂粒，其附着系数一般在0.8左右，也有的滚筒外圆周开有纵向矩形槽。当测量时，将被检测车轮置于两个滚筒上，用电机通过减速器驱动滚筒带动车轮旋转。当车轮制动时，车轮给滚筒一个与旋转方向相反的力，该力通过电动机、杠杆传给测力秤，并由测力秤的指示表显示出来。当制动力达到一定值后被测车轮在滚筒合力作用下向后滑移（或向上跳动），此时辅助滚筒弹起，电机断电，测量结束，测力秤的指示表显示出的数值为该车轮的制动力大小。 图1 转鼓试验台

5、简图Fig.1 Graphic of brake testing platform4检测某客车的受力分析4.1检测时整车受力分析（力矩平衡）图2为客车前轮置于反力式转鼓试验台两滚筒间的受力分析。1 图2 检测前轴制动力时前轮受力分析图Fig.2 Graph of front wheel force Analysis以后轮与地面接触为转动中心, 根据力矩平衡原理可得：G b =' (1N L +r tan cos +(' 2N L -r tan cos -(' 1F L +r tan sin +r (cos 1 -1+ (' 2F L -r tan sin -r

6、(cos 1 -1 (1 ' ，分别为前后滚筒作用于前轮的法向反力；1N ' 2N ' 1F ，' 分别为前后滚筒作用于前轮的切向力，即制动力；2F G整车载荷b a L , , 分别为轴距，质心到前轴距离和质心到后轴距离当制动力达到一定值后被测车轮向后移动，辅助滚筒弹起，电机断电（=0），根据力矩平衡原理可得： 1N 5, 4G b =(' 2N L -r tan ）cos + (' 2F L -r tan sin -r (cos 1 -1 (2 假设车轮与滚筒间的附着条件充分利用，且两滚筒附着系数相同，则' ' , '

7、 ' 2211N F N F = (3 把(3式代入(2式可得：L r L Gb N (cos tan /(' 2+= cos /(sin tan r r r + (4 由(4 式可得试验台测得的前轮最大制动力为：' ' 22max N F F =前L r L Gb (cos tan /(+= cos /(sin tan r r r +(5图3为客车后轮置于反力式转鼓试验台两滚筒间的受力分析。1 图3 检测后轴制动力时后轮受力分析图Fig.3 Graph of rear wheel force Analysis以前轮与地面接触为转动中心, 根据力矩平衡原理可得：

8、G a =(1N L -r tan cos +(2N L +r tan cos -(1F L +r tan sin -r (cos 1 -1+ (2F L -r tan sin +r (cos 1 -1 (6 式中： 1N ，分别为前后滚筒作用于后轮的法向反力；2N 1F ，分别为前后滚筒作用于后轮的切向力，即制动力；2F G整车载荷b a L , , 分别为轴距，质心到前轴距离和质心到后轴距离当制动力达到一定值后被测车轮向后移动，辅助滚筒弹起，电机断电（=0），根据力矩平衡原理可得： 1N 5, 4G a =(2N L +r tan ）cos + (2F L -r tan sin +r (c

9、os 1 -1 (7假设车轮与滚筒间的附着条件充分利用，且两滚筒附着系数相同，则2211, N F N F = (8 把(8式代入(7式可得：L r L Ga N (cos tan /(2+= cos /(sin tan r r r + (9 由(9 式可得试验台测得的后轮最大制动力为：=22max N F F 后L r L Ga (cos tan /(+ cos /(sin tan r r r +(10假设车辆在试验过程中能达到最佳附着条件，且试验台测量准确，那么由(5式和(10式我们可以计算出车辆在试验台检测的理论值如表2。表2 台架检测制动力及制动率理论值 Tab.2 Estimate

10、of braking force and braking rate in brake testing platform车辆型号 前轴制动力（N ）后轴制动力（N ）前轴制动率(% 后轴制动率(% 整车制动率(% 某客车 以上结果与我们在试验中取得的数据对比发现：前轴制动率比较吻合，后轴制动率较理论值偏小。故以下主要分析后轴制动率比较低的原因。4.2检测时整车受力分析（力平衡）在检测过程中，当被测车轮为后轮时，整车的受力除了，以及以外，还要加上非被测车轮与地面的静摩擦力，图4为整车受力分析如下： 1F 1N 2F 2N N x F 1图4 检测后轴制动力时整车受力分析图Fig.4 Graph o

11、f vehicle force Analysis由力平衡原理，可得：x 方向：(-sin +(+）cos 1N 2N 1F 2F = (11 x F y 方向：（+）cos -（-）sin 1N 2N 1F 2F N G = (12 1N ，分别为前后滚筒作用于后轮的法向反力；2N 1F ，分别为前后滚筒作用于后轮的切向力，即制动力；2F G 整车载荷；N 非测试车轮（前轮）承受的支持力；x F 非测试车轮（前轮）受到的静摩擦力；假设车轮与滚筒间的附着条件充分利用，且两滚筒附着系数相同，则2211, N F N F = (13 把(13式分别代入(11式、(12式可得+=(cos cos (s

12、in(1x F N G N 1(2/sinsin 2+ (14 =(cos cos (sin(2x F N G N 1(2/sinsin 2+ (15 在进行制动力检测的过程中，滚筒施加之力的合力会给测试车轮一个向后移动的趋势，而非被测车轮与地面的静摩擦力可以阻碍测试车轮向后移动。其大小由下式计算： x F ' N F x = (16 ' 非测试车轮与地面的附着系数 为了防止制动力矩达到最大值之前测试车轮向后滑移脱离前滚筒，要求0，即1N +=(cos cos (sin(1x F N G N 01(2/sinsin 2+ (17 把(16 式代入(17式化简可得：sin (co

13、s cos (sin1(' +G (18 这个非被测车轮与试验台路面的附着系数称为非被测车轮要求附着系数。由(18式可知，非被测车轮要求附着系数与载荷分配、滚筒与车轮附着系数以及安置角有关。检测时，安置角越大，载荷分配越趋近于均匀(即前后载荷比为1:1，非被测车轮要求附着系数的值越小。我们研究的实例客车，取/G =0.333，N =，=0.800，代入(18式求解可得最佳附着系数0.65，即当测试车轮为后轮时，非被测车轮与试验台路面的附着系数要大于或等于0.65才能测得后轴最大制动力。20' 因此，对于我们研究的实例客车，在测试车轮制动力时，被测车轮不离开前滚筒的条件为非被测车

14、轮与试验台路面的附着系数大于或等于0.65，而大多数检测站试验台路面的附着系数(=0.40.5都达不到这个条件，从而导致被测车轮为后轮时无法测得其最大制动力。' ' 5试验验证为了验证这一点我们做了以下实验：试验一：增大非被测车轮附着力我们在转鼓实验台的水泥路面上粘贴了两张胶皮（左右各一张），在检测时让非被测车轮（前轮）停在胶皮上，增大了非测试车轮与地面的附着系数，其目的是使被测车轮不离开前滚筒。第1次试验为非被测车轮（前轮）停在试验台路面，第2次试验为非被测车轮（前轮）停在胶皮上。试验结果如表3。' 表 3 试验一转鼓试验台制动检测数据 Tab.3 Testing d

15、ata of test 1 in brake testing platform 轴重(KG 最大制动力(N 左 第1次 前轴 后轴 第2次 前轴 后轴 1485 3458 1480 3443 右 1742 3642 1746 3660 左 10350 16660 10150 19110 右 12140 16700 11060 19200 69.7 47.0 整车制动率：54.08% 65.7 53.9 整车制动率：57.62% ' 试验序号 检测轴 制动率(% 第 1 次:整车重量：10327KG 整车最大制动力：55850N 第 2 次:整车重量：10329KG 整车最大制动力：59

16、520N 由上述试验结果我们可以清晰地看到，当非测试车轮与地面的附着系数 增大以后， 后轮制动力有明显的增加，增幅达 14.8% 试验二：降低前轮气压 我们在试验的时候对车轮放气，将前轮气压从 8 Kg 降为 7Kg，这样不但可以增大测试车 轮与滚筒的接触面积， 而且可以增大非测试车轮与地面的接触面积， 使非测试车轮与地面的 附着系数 ' 增加。第 1 次试验为车轮正常气压（8Kg）试验，第 2 次试验为降低前轮气压后 （7Kg）试验。试验结果如表 4。 表 4 试验二转鼓试验台制动检测数据 Tab.4 Testing data of test 4 in brake testing p

17、latform 轴重(KG 最大制动力(N 左 第1次 前轴 后轴 第2次 前轴 后轴 1485 3458 1482 3432 试验序号 检测轴 制动率(% 右 1742 3642 1751 3673 左 10350 16660 10890 20550 右 12140 16700 12650 20070 69.7 47.0 整车制动率：54.08% 72.8 57.2 第 1 次:整车重量：10327KG 整车最大制动力：55850N 第 2 次:整车重量：10338KG 整车最大制动力：64160N 整车制动率：62.05% 由上述试验结果我们可以清晰地看到， 当前轮气压降低以后， 前后轮制

18、动力都有明显的 增加，整车制动力增幅达 14.88%。 6结论及建议 综上所述，由于国内绝大多数客车都采用发动机后置的布置方案，导致出现前桥载荷 过低后桥载荷过大这种载荷分配不均匀的情况。在这种情况下，当被测车轮为后轮时，由于 前桥载荷过低，而试验台路面过于光滑，故前轮的附着力过低，不足以阻止被测车轮在滚筒 切向力的作用下产生向后的宏观位移， 导致被测车轮脱离前滚筒， 从而使测得的后桥制动力 远小于后桥实际制动力， 最终出现整车制动力经转鼓试验台检测不合格。 对此我们的建议是： 1、增大试验台路面与车轮的附着系数，以加大非被测车轮与地面间的静摩擦力； 2、尽量采用滚筒中心矩可调的试验台，力求检

19、测时达到最佳安置角，以取得较好的检测效 果； 3、适当调整载荷分配比例，避免出现前后轴载荷分配严重不合理； -6- 4、如果要测量其最大制动力的真实值，可以采用前后桥加载的方法或者通过钢绳防止在测 试中汽车向后移动。 参考文献 1 余志生汽车理论M，北京：机械工业出版社，2000。 2 谢怀暄汽车安全台检必读M，上海：上海交通大学出版社，1989。 3 陈焕江汽车检测与诊断M，北京：机械工业出版社，2001。 4 曹家喆现代汽车检测诊断技术M，北京：清华大学出版社，2003。 5 葛在反力式制动试验台的测试性能J中国公路学报，1997，10（2）：105-122 6 GB7258-2004机动

20、车安全运行技术条件S北京：国家质量监督检验检疫总局，2003。 A study on disqualification of the certain coach in brake force testing on anti-strength rolling brake testing platform Yang Liu 1 , Qian Lijun 1 , XiongLiangping 2 2 Hefei University of Technlolgy, Hefei (23009 Anhui Ankai Automobile Limited Company, Hefei (230051 Abstract 1 The anti-strength rolling brake te