三种汽车制动台的适航审定

三种汽车制动台的适航审定

目前，中国的汽车检验部门使用滑动台来测试汽车的驱动性能，主要包括滚式滑动台和平式滑动台。根据滚式鼓励台的形状，滚式导向台可分为低速齿槽式鼓励台和高速粘质式鼓励台。这三种制动台具有不同的检测状态、不同的受力情况和不同的适用车型,通过受力分析,对这三种制动台的检测特点进行分析,有助于完善滚筒和平板制动台的产品标准与检定标准,也有助于正确理解检测中出现的各种现象和检测结果,对完善不同车型制动性能台试检测标准限值也有所帮助和参考。1车轮抱死及制动力检测值三种制动台的车辆检测状态不同,滚筒式属于车辆静态检测,平板式属于车辆动态检测。在滚筒式制动台上检测制动力,由于制动台主滚筒对制动车轮的正压力和切向摩擦力的作用,被检车轴会有向上和向后的运动趋势,所测车轮一般脱离副滚筒。当非检测车轮制动力很小即水平约束力较小时,会出现车辆向后滚移的现象。车辆在齿槽式滚筒制动台上检测,如果车轮抱死,制动力检测值受车辆轴荷和滚筒附着系数的限制,当车轮已抱死不向后滚移时,车轮随齿槽间歇转动产生有规律的上下振动,此时,制动力检测值呈现有规律的波动。车辆在粘砂滚筒制动台上检测车轮抱死时,为了防止滚筒严重剥伤轮胎,必须设置第三滚筒,用来比较主滚筒与被测车轮的线速度,测出二者间的滑移率,当滑移率达到设定值后关闭驱动电机。粘砂滚筒的表面线速度比齿槽滚筒表面线速度大,在驻车制动力检测中,后轮抱死在齿槽滚筒上向后纯滚动,所测驻车制动力是车辆向后和后轴向上的滚动阻力,当后轴荷相对前轴荷较轻时,所测驻车制动力会小于整车质量的20%;在粘砂滚筒制动台上,车辆会产生一个向后的加速度,驻车检测制动力较大,大于整车质量的20%。平板式制动台是在车辆行驶制动中检测制动力,能模拟车辆行驶制动时的重量前移,相比静态轴荷,前轴动态轴荷增加,后轴动态轴荷相应减少。其制动力检测值同样受动态轮荷和平板表面附着系数的限制,由于重量前移,检测的前轴制动力相对静态前轴荷的比值远大于后轴制动力相对静态后轴荷的比值。车辆满载在平板式制动台上检测制动力最符合车辆行驶制动时的实际工况。2表面附着系数d对车辆后轴在滚筒制动台行车制动检测进行受力分析,设车辆空载,前、后轴车轮都抱死,前后车轴在同一水平面,后轮刚离开副滚筒(见图1)。系统受力设定为平面一般力系,对前轮支点O取矩∑M0=0,则设车轮检测的最大制动力与该车轮轮荷之比为滚筒当量附着系数φd。联立解式(1)～(3),后轮的滚筒当量附着系数:φd2=φ/[(cosα+φsinα)+(sinα+φ-φcosα)×R/L]同理,对前轮检测进行整车受力分析,可得前轮的滚筒当量附着系数:φd1=φ/[(cosα+φsinα)-(sinα+φ-φcosα)×R/L]由于(sinα+φ-φcosα)×R/L>0,所以φd1>φd2,即检测前轮制动力相对前轮轮荷的比值大于后轮制动力相对后轮轮荷的比值。粘砂滚筒当量附着系数与滚筒表面附着系数基本符合这种稳定关系。当角度α一定时,滚筒当量附着系数φd随滚筒表面附着系数φ的增大而增大。当φ值一定时,后轮检测过程中,α越小,则φd越大,当α等于零时,后轮中心与滚筒中心连线垂直于地面,φd最大,φd=φ,即滚筒当量附着系数等于滚筒附着系数。齿槽式制动台由于其特殊的检测附着机理,φd与φ并不完全具有上述公式的对应关系,φd不仅与φ和α有关,与齿槽尺寸和转速参数也有关。检测时通常车轮抱死,车轮有规律地上下振动,冲击轮荷作用在滚筒齿尖上的是一个瞬间冲击力,这个冲击力使检测制动力峰值增大很多,一般可使前轴检测制动力达到前轴荷的85%,后轴检测制动力达到后轴荷的75%。尽管粘砂式滚筒的表面附着系数大于齿槽式滚筒的表面附着系数,然而,在对比试验中,齿槽式滚筒当量附着系数通常等于或大于粘砂式滚筒当量附着系数。车辆在平板式制动台上制动,车轮抱死或将要抱死时,同一时刻前、后车轮的制动力分配,前轮为:Pt1=(G1+Ga×g×φ0×h/L)×φ0后轮为:Pt2=(G2-Ga×g×φ0×h/L)×φ0式中:Pt1、Pt2分别为前、后车轮制动力(N);G1、G2分别为静止时前、后轴荷(N);Ga为汽车总质量(kg);φ0为车轮在平板制动台上的同步附着系数,通常为0.4～0.6;h为汽车质心高度;L为轴距;g为重力加速度,g=9.8m/s2。设空载车辆G1≈G2,则Pt1远大于Pt2,但整车制动力和Pt1+Pt2=(G1+G2)×φ0,由此可知,平板式制动台仅改变了汽车前、后轴检测制动力的比值,并没有提高整车制动力和的检测值,提高前轴检测制动能力是以降低后轴检测制动能力为代价的。如果前、后轴左右车轮不在同一时刻取样,而是单独取各车轮的最大值,则检测制动力和会相对增大,前、后轴检测制动力受整车制动减速度的影响。3制动台适用性分析乘用车的静态重量,一般前轴荷大于后轴荷,加之制动时重量前移,所以,设计前轴制动力远大于后轴制动力。而大部分货车采用前、后轴制动力固定比值的制动形式,考虑满载时后轴较重,小型货车设计前、后轴制动力比为1∶1,中、大型货车设计后轴制动力大于前轴制动力。根据不同车型的特点,结合制动台的检测特点,可以确定三种制动台的适用车型。由于乘用车空载与满载的质量相差不是很大,所以,平板式制动台最适合于空载乘用车制动力检测,其检测前、后轴制动力比值与设计比值最接近。由于货车空载与满载整车质量相差较大,如货车空载在平板式制动台上进行检测,其检测前、后轴制动力比值与设计比值相差很大,如果由于检测原因对修理和维护造成货车制动力前紧后松的误导,将导致货车满载行驶制动性能的严重恶化。滚筒式制动台较适用于客车和货车制动力检测,其检测前、后轴制动力比值比较接近于客车和货车前、后轴制动力设计比值,前轴滚筒当量附着系数与后轴相比较大,也符合优先保证前轴制动的原则,在保证整车制动力和的限值下,在检测能力上并未放松和忽视后轴的制动性能。滚筒式制动台同样也适合于乘用车的检测,既能测出后轴的实际制动力,又能检测出较大的前轴制动力,如前轴检测制动力偏低造成整车制动力和不合格,可方便地增加前轴荷进行检测。三种制动台性能比较见表1。4标准限值的确定在GB/T13564-2005《滚筒反力式汽车制动检验台》中,对制动台检测能力的满量程没有准确定义,没有规范各额定承载质量相应的额定驱动力和驱动电机功率,用滚筒附着系数单一参数的检验代替制动台综合参数滚筒当量附着系数的检验,而且满负荷和超负荷的试验操作性极差,有些粘砂滚筒制动台检测能力很低(如速度2.5km/h、额定承载质量10t的制动台,采用2×7.5kW的电机;额定承载质量13t或15t的制动台,采用2×11kW的电机),无法满足检测要求。所以,对滚筒制动台标准提出如下建议:1)定义制动台额定驱动力F=0.6Mg(M为额定承载质量),单边额定驱动力为0.6Mg/2,单边驱动电机功率P=0.3Mgv/(3600ηB)(v为滚筒表面线速度,为2.5km/h;η为台架传动系效率,η=0.95;B为电机额定扭矩过载系数)。因制动力检测是瞬态冲击负荷,应该也必须充分利用电机的过载能力,参考国外额定承载质量10000kg、电机功率2×11kW推算,F/2=0.6×10000×9.8/2=29400N,B=29400×2.5/(3600×0.95×11)=1.954,如超负荷试验达到额定驱动力的125%,B=1.954×1.25=2.44,超过了电机的堵塞扭矩。所以,在产品标准中应明确不同额定承载质量制动台的相应电机功率,从而避免小功率大承载质量的不合格产品。满量程定义为1.2额定驱动力,此时的电机扭矩应小于堵塞扭矩。另外,要求电机控制停动滑移率大于(n0-n1)/n0(n0为电机同步转速,n1为电机最大转矩对应转速),防止出现电机转速下降率代替车轮滚筒滑移率、车轮与滚筒尚未出现滑移就停动电机而造成错检(制动力偏小,不合格)的现象。当达到滑移率时,应延时0.3s后再停动电机,确保检测车轮最大制动力;当一边车轮停动电机,另一边延时0.5s后可自动停动电机。齿槽式滚筒车轮制动力检测时间更长一些,但滚筒表面线速度很低,通常不存在电机功率过小的问题,电机扭矩过载储备余量较大。2)取消滚筒附着系数φ的试验,增加当量滚筒附着系数φd的试验。因为,齿槽滚筒台架的φd≥φ,粘砂滚筒台架的φd≤φ,而标准限值为φ不小于0.7,对于粘砂滚筒(φ≈0.85)来说该限值偏小,对于齿槽滚筒(φ≈0.65)来说该限值偏大。换言之,粘砂滚筒试验φ大于等于0.7合格,有可能检测能力太小,满足不了台架的检测要求;齿槽滚筒试验φ小于0.7不合格,而实际上通常完全可以满足台架的检测要求。所以,限值φ≥0.7是不合理的,尤其对齿槽滚筒极不合理。φd试验方法:选择试验车辆并加载,使其后轴质量与制动台额定承载质量相当,而且前、后轮制动性能良好,在制动台上检测后轴制动力,如能达到0.65,而且左右车轮的φd差值符合限值要求,则说明该制动台的检测能力、各种参数、结构设计和电机功率等均满足制动台制动力检测要求,而且大大提高了操作性。例如,额定承载10t的制动台,可用12m长的卧铺客车后轴进行检验(后轴重9t多,再在车厢最后面坐几个人即可达到后轴重10t)。3)取消主、副滚筒上母线的高度差。为保证多轴车的车轮对滚筒的附着正压力不减小,允许主、副滚筒上母线高于地面40～50mm。5轴荷和前轴制动力限值的确定GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》表6“台试检验制动力要求”第a款,要求用平板制动检验台检验乘用车时按动态轴荷计算。GB21861-2008《机动车安全技术检验项目和方法》第D.2款指出,乘用车轴荷取左、右轮制动力最大时刻所分别对应的左、右轮荷之和。对乘用车前轴制动力限值要求偏高,车辆空载台架检测,操作规范为部分油压和部分气压以及部分踏板行程和部分踏板力,留有余量用于满载制动。乘用车和工具货车前轴制动力与前轴动态轴荷百分比达到55%,则已经接近车辆满载所要求的制动力。所以,空载乘用车在平板式制动台上检测前轴制动力限值应为不小于55%6基车和单车制动