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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
反力式汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車工程系
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程B05-18班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○○九年六月
摘 要
汽車制動(dòng)性能的檢驗(yàn)是機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)的重要內(nèi)容之一，隨著我國汽車保有量快速增長，汽車對(duì)環(huán)境的影響受到人們的普遍關(guān)注。汽車制動(dòng)性能的好壞直接關(guān)系到人們的生命安全。因此有必要研究出快捷、準(zhǔn)確地檢測汽車制動(dòng)性能的方法和工具。本論文的內(nèi)容就是對(duì)汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。首先論文對(duì)國內(nèi)外汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)狀和今后發(fā)展方向進(jìn)行了綜述。通過對(duì)汽車制動(dòng)過程的分析，提出檢測汽車制動(dòng)性能的方法，比較了各種檢測方法的特點(diǎn)，分析了評(píng)價(jià)汽車性能的指標(biāo)及國家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)汽車在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的受力情況進(jìn)行了分析，提出檢測汽車制動(dòng)性能的原理，分析了影響制動(dòng)性能檢測的因素。對(duì)汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，提出選擇試驗(yàn)臺(tái)滾筒尺寸，轉(zhuǎn)速及表面材料的方法，給出選擇試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)、減速器等主要部件的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)；制動(dòng)性能；檢測；滾筒；反力式
ABSTRACT
The testing of the automobile brake performance is one of important parts in Vehicle safety check.With the amount of the automobile increasing rapidly in our nation， the affect of automobile to the environment is concerned by more and more people. The brake performance of automobile has the relation with the safety of people. Therefore， it is necessary to find best methods and tools of testing automobile brake performances quickly and accurately. The paper is the research of key technology in automobile brake tester.Firstly，the paper give a brief introduction about present automobile brake tester and future tendency in the world.The paper analyzes the process of the braking of auto， and present the methods of testing brake performance， compares the advantages and disadvantages of various testing methods， discusses the criterions of assessing brakep erformances and national standards.It goes dynamic analysis of braking automobile on the tester，explains the principle of testing automobile brake performance，analyzes the main factors for brake testers.It analyses the total construction of the drum type automobile brake tester， gives the methods of choosing the sizes， speed，surfaces material of tester drums，as well as reasons of choosing tester motor，gearbox，and other main parts.
Keywords： Automobile Brake Tester；Brake Performance；Testing；Platen；Reaction
II
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1 課題研究的目的和意義…………………………………………………………1
1.1.1 課題研究的目的…………………………………………………………1
1.1.2 課題研究的意義…………………………………………………………1
1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向…………………………………………2
1.2.1 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)………………………………………………………2
1.2.2 反力滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)…………………………………………………3
1.2.3 發(fā)展方向…………………………………………………………………4
1.3 論文主要研究內(nèi)容及技術(shù)途徑…………………………………………………4
1.3.1 課題主要研究內(nèi)容……………………………………………………… 4
1.3.2 技術(shù)途徑與方法………………………………………………………… 4
第2章 反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)與平板式試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比分析…………………………5
2.1 反力式滾筒制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及工作原理………………………………5
2.1.1 結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………… 5
2.1.2 工作原理…………………………………………………………………5
2.2 平板式制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及工作原理……………………………………6
2.2.1 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)…………………………………………………6
2.2.2 工作原理…………………………………………………………………6
2.3 反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)與平板式試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)缺點(diǎn)分析………………………………7
2.3.1 反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)………………………………………………………7
2.3.2 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)………………………………………………………8
2.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………8
第3章 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體方案…………………………………………………9
3.1 引言……………………………………………………………………………9
3.2 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體構(gòu)成………………………………………………………9
3.3 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)工作原理……………………………………………………………12
3.4 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)力學(xué)分析……………………………………………………………14
3.5 影響制動(dòng)性能檢測的因素分析…………………………………………………15
3.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………16
第4章 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………17
4.1 引言………………………………………………………………………………17
4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和要求 …………………………………………………………………17
4.3 滾筒設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………18
4.4 滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測試能力分析………………………………………………21
4.5 制動(dòng)力測量裝置主要參數(shù)的選擇………………………………………………22
4.6 減速箱設(shè)計(jì)及零件選擇…………………………………………………………24
4.6.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)…………………………………………………………24
4.6.2 軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………27
4.7 本章小結(jié)…………………………………………………………………………28
結(jié)論………………………………………………………………………………………29
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………30
致謝………………………………………………………………………………………31
附錄………………………………………………………………………………………32
第1章 緒 論
1.1 課題研究的目的和意義
1.1.1 課題研究的目的
汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)制動(dòng)性能的測量結(jié)果有著重要關(guān)系。只有合理選擇制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)，才能提高試驗(yàn)臺(tái)測試的準(zhǔn)確性與可靠性，以及耐用性和使用經(jīng)濟(jì)性。本課題所研究的汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要是檢測各類中小型汽車（最大軸重10噸）的制動(dòng)性能。應(yīng)能同時(shí)對(duì)同一軸上的左右兩個(gè)車輪進(jìn)行測量。制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)有滾筒、電動(dòng)機(jī)、減速器等。
1.1.2 課題研究的意義
汽車制動(dòng)性能的檢驗(yàn)是機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)的重要內(nèi)容之一，也是汽車保修企業(yè)進(jìn)行故障和調(diào)試修理的科學(xué)依據(jù)。近年來，隨著不解體檢在線檢測技術(shù)的發(fā)展，汽車制動(dòng)性能的檢測與診斷己由經(jīng)驗(yàn)定性型向儀器化的定量與定性相結(jié)合方向發(fā)展，由路試向臺(tái)架檢測發(fā)展。用制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測汽車的制動(dòng)性能，不僅可以測出每個(gè)車輪的制動(dòng)力和制動(dòng)力協(xié)調(diào)時(shí)間，通過計(jì)算求出汽車的單位制動(dòng)力。而且可以測出同一軸兩車輪的制動(dòng)力差和制動(dòng)力上升時(shí)間差，制動(dòng)器內(nèi)部阻力和制動(dòng)完全釋放時(shí)間。這種方法可以免除用路試檢測制動(dòng)性能的一些弊病[1]。
汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的型式有滾筒式和平板式。平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)在測試時(shí)，汽車要有一定的初速度，這就需要有助跑道。而滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)則相反，其占地面積小，可以在臺(tái)上對(duì)制動(dòng)系邊試驗(yàn)邊調(diào)整，又便于分析故障，因此容易按使用部門所接受。滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的測試方法是：在汽車處于?；馉顟B(tài)下，測定車輪的制動(dòng)力或制動(dòng)距離等與制動(dòng)性能有關(guān)的參數(shù)。它又可分為反力式和慣性式。慣性式別動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是測每個(gè)車輪的制動(dòng)距離，這種試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)車速高，較接近于實(shí)際情況。但由于在國家規(guī)定的制動(dòng)性能標(biāo)準(zhǔn)中沒有車輪制動(dòng)距離這一項(xiàng)，只有汽車制動(dòng)距離的標(biāo)準(zhǔn)。如果將測試的車輪制動(dòng)距離換算成整車制動(dòng)距離，有一定誤差，要使換算結(jié)果精確，需要作大量對(duì)比試驗(yàn)，而不同的車型都要有對(duì)比，這是較難做到的，因此慣性式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)不容易被使用部門所接受。而反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的工作原理是當(dāng)被檢車輛駛上試驗(yàn)臺(tái)后，車輪置于兩滾筒之間，這時(shí)左、右兩電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值后，通知駕駛員迅速踏制動(dòng)器（或拉手制動(dòng)器），這時(shí)車輪的轉(zhuǎn)速降低。車輪與滾筒之間產(chǎn)生了相對(duì)滑移，此時(shí)，與車輛制動(dòng)力大小相等、方向相反的力作用在試驗(yàn)臺(tái)上，由測力裝置可測量出其值，并記錄制動(dòng)曲線。當(dāng)車輪速度降低到某值時(shí)，為了減少輪胎磨損，電機(jī)自動(dòng)停轉(zhuǎn)。反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)筒單，測試方便，耗電小，使用成本低。在國內(nèi)外被廣泛采用。我國的《機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行技術(shù)條件》中對(duì)臺(tái)試車輪制動(dòng)力也給予承認(rèn)。因此，國內(nèi)交通、公安車管部門廣泛使用的幾乎都是反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。
室內(nèi)汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)一般只根據(jù)一些檢測數(shù)據(jù)判定汽車制動(dòng)性能合格與否，至于故障原因往往無法予以診斷分析，這是目前檢測技術(shù)存在的一個(gè)缺陷。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)對(duì)在用車輛實(shí)行技術(shù)狀況監(jiān)控與預(yù)測非常必要。在汽車制動(dòng)檢測制動(dòng)方面，應(yīng)用故障機(jī)理的解析技術(shù)確定和預(yù)測汽車制動(dòng)狀況的動(dòng)態(tài)特性；應(yīng)用診斷參數(shù)信息的識(shí)別和傳感技術(shù)。建立故障模式；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，分析診斷多數(shù)信息，提高診斷精確度。開發(fā)預(yù)測故障專家系統(tǒng)，提高診斷預(yù)測水平，使車輛保持良好的技術(shù)狀況，并將檢測、診斷和預(yù)測融為一體，是今后汽車檢測技術(shù)的發(fā)展方向。
1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向
目前在我國的汽車制動(dòng)性能檢測中，普遍采用反力滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，而平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)近幾年開始引入我國。GB7258- 2004 《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定制動(dòng)性能檢測可用平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)， 也可以使用反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是在汽車運(yùn)行狀態(tài)下檢測制動(dòng)性能， 與汽車實(shí)際行駛中的制動(dòng)相似， 是一種動(dòng)態(tài)檢測； 而反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是提高為測定作用在測力滾筒上車輪制動(dòng)力的反力， 檢測車輛制動(dòng)性能的裝置，是一種穩(wěn)態(tài)檢測方式[2]。下面分別介紹這兩種試驗(yàn)臺(tái)：
1.2.1 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)
早期的汽車檢測設(shè)備，既有滾筒式又有平板式，由于當(dāng)時(shí)還沒有電子計(jì)算機(jī)，平板式檢測設(shè)備的傳感器和采樣系統(tǒng)難以滿足檢測要求。但是，由于近年來電子技術(shù)的大量應(yīng)用，平板式檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（含各種傳感器）都采用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制。因此，新一代的平板式設(shè)備各方面的性能都有了質(zhì)的飛躍。從原理上來看，平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是主動(dòng)、動(dòng)態(tài)的檢測，它是在汽車行駛制動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行檢測的，只要保證力傳感器能準(zhǔn)確無誤地把測試平板上受到的水平制動(dòng)力與垂直力測量下來，平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)就完全可以如實(shí)地把汽車制動(dòng)過程（力系及變化）檢測出來。平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）在測試平臺(tái)的臺(tái)面上。焊有由鋼板沖壓制成的鋼網(wǎng)，具有遠(yuǎn)高于良好路面的附著系數(shù)，在正常磨損范圍內(nèi)可以確保制動(dòng)性能的檢測；
（2）能同時(shí)對(duì)汽車的四個(gè)車輪作動(dòng)態(tài)測試；
（3）特別適合現(xiàn)代轎車和摩托車的檢測?，F(xiàn)代轎車的前軸制動(dòng)力占整車制動(dòng)力的比例很大，而國標(biāo)對(duì)前軸制動(dòng)力的要求過低或偏低，平板式檢M能力與實(shí)際相符，而滾筒式的檢測能力過低或偏低；
（4）為多功能綜合的復(fù)合檢驗(yàn)臺(tái)。如意大利威邁格平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，可進(jìn)行幾種性能同時(shí)測試，檢測制動(dòng)力時(shí)既可測得四個(gè)車輪的最大制動(dòng)力，又可提供這些制動(dòng)力在制動(dòng)過程中隨時(shí)間變化的曲線等更深層信息，還可同時(shí)進(jìn)行側(cè)滑的檢測，懸架減振器的檢測。
以上四點(diǎn)平板式均優(yōu)于滾筒式。但平板式也有其致命的弱點(diǎn)：
（1）在實(shí)際檢測過程中，制動(dòng)初速度及制動(dòng)踏板力不易控制，測試工況不穩(wěn)定，重復(fù)性差；
（2）檢測技術(shù)尚不成熟，定量分析技術(shù)仍末完善解決，傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)后處理技術(shù)要求很高，有待電子技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步提高；
（3）不能測試車輪的阻滯力、失圓度，而且適用車型較少。不容易對(duì)軸距變化大的汽車作四輪同時(shí)檢測，且測試貨車后軸的制動(dòng)性能也不夠理想，多軸車不能測試[3]。
1.2.2 反力滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)
我國使用的反力滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)有兩大類，其一是引進(jìn)日本彌榮公司、日產(chǎn)公司的；其二是引入西歐國家的，如德國馬哈公司、申克公司，英國克雷普頓公司，意大利的鉆石公司等。日本式試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是摩擦滾筒直徑小，一般直徑為120mm左右，且滾筒表面刻有矩形槽，制動(dòng)時(shí)線速度低，兩滾筒之間有舉重器，一般沒有智能程序，數(shù)值顯示多為指針式。西歐式試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是摩擦滾筒直徑大，一般直徑在265mm左右，且滾筒表面涂敷摩擦材料，摩擦系數(shù)較高，可達(dá)0.8—0.9，制動(dòng)時(shí)線速度高，3t以下車輛的線速度為2.5—3km/ h，3—10t車輛的線速度為5km/ h。在兩滾筒之間有兩個(gè)第三滾筒，數(shù)值顯示為指針式。第三滾筒的作用主要有兩條：（1）當(dāng)車輛放在試驗(yàn)臺(tái)上后，輪胎壓下第三滾筒，限位開關(guān)脫開后，試驗(yàn)臺(tái)才能啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）在測試過程中，當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值后，剎車后車輪速度下降，第三滾筒的速度也隨著下降，當(dāng)?shù)谌凉L筒轉(zhuǎn)速下降到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的70%時(shí)，為了不使輪胎產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，控制系統(tǒng)發(fā)出訊號(hào)，使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
對(duì)反力滾筒式來說，最重要的結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)和性能是：試驗(yàn)臺(tái)滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒直徑、滾筒表面形狀及材質(zhì)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率、制動(dòng)力測量裝置和測試精度等。其中影響測試可靠性的重要因素是試驗(yàn)臺(tái)滾筒與輪胎間的附著性能，因此滾筒直徑及其轉(zhuǎn)速、滾筒表面形狀及材料、滾筒表面的附著系數(shù)成為模擬實(shí)際工況的重要參數(shù)，一直是研究的焦點(diǎn)，大多數(shù)專家認(rèn)為使用高轉(zhuǎn)速、大直徑滾筒最佳。
目前，檢測設(shè)備制造業(yè)已形成一定規(guī)模，市場競爭十分激烈，反力式汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)型式變得多樣化，并在不斷改進(jìn)和提高。傳感器都已從機(jī)械式的或機(jī)電式的進(jìn)化為電子式的，控制方式也由繼電器控制變成計(jì)算機(jī)控制。
1.2.3 發(fā)展方向
從研討的廣度和深度來看，反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)研究己趨于全面成熟，今后汽車制動(dòng)檢測設(shè)備的發(fā)展方向仍是以反力滾筒式為主，其型式上偏向西歐式，對(duì)滾筒式制動(dòng)設(shè)備的研究也仍將是熱點(diǎn)。反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)還要為消除臺(tái)試與路試間的差異作努力，須做好以下幾方面的工作：
（1）結(jié)合國情進(jìn)行技術(shù)改造，不同的待檢車類型應(yīng)配備不同測試要求的試驗(yàn)臺(tái)；
（2）完善檢測設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，劃分制動(dòng)檢測設(shè)備類型，制訂各自的標(biāo)準(zhǔn)，并完善測試規(guī)程；
（3）滾筒直徑要合理增大，并適當(dāng)提高滾筒的轉(zhuǎn)速。
作為新一代產(chǎn)品——平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，雖一時(shí)無法代替反力滾筒式，但已引起汽車界的重視，可以預(yù)見其發(fā)展充滿活力：眼下作為制動(dòng)檢測的補(bǔ)充，在汽車保有量大的城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，可發(fā)揮作用，用于檢測轎車、高級(jí)小客車、摩托車等。
1.3 論文主要研究內(nèi)容及技術(shù)途徑
1.3.1 課題主要研究內(nèi)容
對(duì)汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的研究主要集中在以下幾方面：
1. 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析
對(duì)汽車在反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)及受力情況進(jìn)行分析，推導(dǎo)制動(dòng)力、滾筒支承反力的解析表達(dá)式，分析試驗(yàn)臺(tái)的最大測試能力；
2. 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究
對(duì)制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)改進(jìn)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制零件圖及裝配圖；
3. 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
包括傳感器選型、信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制裝置的設(shè)計(jì)。
1.3.2 技術(shù)途徑與方法
1. 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；
2. 使用AutoCAD進(jìn)行零件圖的繪制。
根據(jù)需要將傳感器等部件安裝到試驗(yàn)裝置上，在分別完成上位機(jī)的控制軟件、下位機(jī)的控制軟件、電路，對(duì)汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)聯(lián)調(diào)。
第2章 反力式滾筒實(shí)驗(yàn)臺(tái)與平板式試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比分析
2.1 反力式滾筒制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1.1 結(jié)構(gòu)
反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。它由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套車輪制動(dòng)力測試單元和一套指示、控制裝置組成。每一套車輪制動(dòng)力測試單元由框架、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒組、舉升裝置、測量裝置等構(gòu)成[6]。
驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速器和鏈傳動(dòng)組成。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器兩級(jí)減速后驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾筒，主動(dòng)滾筒通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。減速器輸出軸與主動(dòng)滾筒通州連接或通過鏈條、皮帶連接。減速器的作用是減速增扭，其減速比根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和滾筒測試轉(zhuǎn)速確定。由于制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的車速低（日式制動(dòng)臺(tái)一般為0.1km/h～0.18km/h，歐式制動(dòng)臺(tái)相對(duì)較高，但也僅為2.0 km/h～5.0km/h），因此滾筒轉(zhuǎn)速也較低，一般在40～100r/min范圍。因此要求減速器減速比較大，一般采用兩級(jí)齒輪減速或一級(jí)蝸輪蝸桿減速與一級(jí)齒輪減速。
滾筒組中每一車輪制動(dòng)力測試單元設(shè)置一對(duì)主、從動(dòng)滾筒。每個(gè)滾筒的兩端分別用滾動(dòng)軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。滾筒相當(dāng)于一個(gè)活動(dòng)的路面，用來支承被檢車輛的車輪，并承受和傳遞制動(dòng)力。輪胎與滾筒間的附著系數(shù)將直接影響制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)所能測得的制動(dòng)力大小。根據(jù)GB7258-2004，滾筒表面當(dāng)量附著系數(shù)不應(yīng)小于0.75%。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數(shù)，滾筒表面都進(jìn)行了相應(yīng)加工與處理。
制動(dòng)力測量裝置主要由測力杠桿和傳感器組成。測力杠桿一端與傳感器連接，另一端與減速器殼體連接，被測車輪制動(dòng)時(shí)測力杠桿與減速器殼體將一起繞主動(dòng)滾筒（或繞減速器輸出軸、電動(dòng)機(jī)樞軸）軸線擺動(dòng)。傳感器將測力杠桿傳來的、與制動(dòng)力成比例的力（或位移）轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸送到指示、控制裝置。為了便于汽車出入制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，在主、從動(dòng)兩滾筒之間設(shè)置有舉升裝置。帶有第三滾筒的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)不用舉升裝置。目前制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)控制裝置都采用電子式。
2.1.2 工作原理
進(jìn)行車輪制動(dòng)力檢測時(shí)，被檢汽車駛上制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，車輪置于主、從動(dòng)滾筒之間，放下舉升器（或壓下第三滾筒，裝在第三滾筒支架下的行程開關(guān)被接通）。通過延時(shí)電路起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速器、鏈傳動(dòng)和主、從動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，測得車輪拖滯力。接著，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，車輪在車輪制動(dòng)器的摩擦力矩Tu 作用下開始減速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾筒對(duì)車輪輪胎周緣的切線方向作用制動(dòng)力Fx1、Fx2克服制動(dòng)器摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)車輪輪胎對(duì)滾筒表面切線方向附加一個(gè)與制動(dòng)力方向反向等值的反作用力Fx1′、Fx2′，在Fx1′、Fx2′形成的反作用力矩作用下，減速器殼體與測力杠桿一起朝滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)相反方向擺動(dòng)，測力杠桿一端的力或位移經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動(dòng)力大小成比例的電信號(hào)。從測力傳感器送來的電信號(hào)經(jīng)放大濾波后，送往A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字量，經(jīng)計(jì)算機(jī)采集、存貯和處理后，對(duì)制動(dòng)力——時(shí)間曲線進(jìn)行分析，就可以得到最大制動(dòng)力、制動(dòng)平衡、協(xié)調(diào)時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。
1.電動(dòng)機(jī) 2.壓力傳感器 3.減速箱 4.滾筒 5.第三滾筒6.電磁傳感器 7.鏈傳動(dòng) 8.測量指示儀
圖2.1 反力式滾筒制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)
2.2 平板式制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.2.1 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)
平板式制動(dòng)檢測臺(tái)是由測試平板、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等構(gòu)成的集稱重、制動(dòng)性能測試為一體的汽車檢測設(shè)備，一般由面板（制動(dòng)板、側(cè)滑板和輔助板）、底座、軸重傳感器、拉壓力傳感器、位移傳感器等組成，面板相對(duì)于底板可以滑動(dòng)，底板是固定的鋼板，為了保證在制動(dòng)瞬間面板可以靈活運(yùn)動(dòng)，底部的摩擦力應(yīng)非常小，故在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸部分需要潤滑。檢驗(yàn)臺(tái)采用雙板結(jié)構(gòu)，上層板（面板）為承載板，下層板（底座）主要用來與地面固定。所有面板均由兩層板通過工字鋼焊接而成，在焊接時(shí)要求采用特殊的工藝，以防止蓋板的翹曲和變形，最后在蓋板的上面點(diǎn)焊絲網(wǎng)，以增加蓋板表面的摩擦力。
2.2.2 工作原理
平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是一種低速動(dòng)態(tài)檢測車輛制動(dòng)性能的設(shè)備，其檢測原理基于牛頓第二定理“物體運(yùn)動(dòng)的合外力等于物體的質(zhì)量乘加速度”，即制動(dòng)力等于質(zhì)量乘（負(fù)）加速度。檢測時(shí)只要測得軸荷及減速度即可求出制動(dòng)力。從理論上講，制動(dòng)力只由制動(dòng)減速度決定，與制動(dòng)初速度沒有必然的聯(lián)系。
檢測時(shí)， 被檢車輛以2km/h～10km/h 車速駛上測試平板，置變速器于空擋，臺(tái)面水平方向測力傳感器測取車輛空擋滑行阻力，稱重傳感器同步測取車輛軸荷。檢測員急踩制動(dòng)后，汽車在慣性作用下，通過車輪在平板上附加與制動(dòng)力大小相等、方向相反的作用力，使平板沿縱向位移。車輛在測試平板上制動(dòng)直至停車，與此同時(shí)， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集制動(dòng)過程中的全部數(shù)據(jù)， 并作分析處理， 然后把制動(dòng)性能的測試結(jié)果顯示出來。平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)能檢測出汽車行駛制動(dòng)過程中重心前移后的制動(dòng)效果。在平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上檢測制動(dòng)性能時(shí)， 汽車比較接近實(shí)際行駛狀態(tài)， 具有與實(shí)際行駛制動(dòng)中完全相同的受力情況，平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測的是動(dòng)態(tài)汽車， 因而能夠反映出汽車行駛制過程中軸荷重新分配的制動(dòng)效果，測試原理圖見圖2.2。
圖2.2平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)原理
2.3 反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)與平板式試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)缺點(diǎn)分析
2.3.1 反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)
1.滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)有：
（1）安全保護(hù)作用，即只有在被測車輪同時(shí)壓下左右制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的第三滾筒時(shí)，滾筒才能被啟動(dòng)，因而可以避免操作人員誤操作而造成傷害；
（2）隨著現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以顯示車輛左、右輪制動(dòng)力增長全過程隨采樣時(shí)間的變化情況，且能準(zhǔn)確指明左、右輪制動(dòng)力不平衡最大值在制動(dòng)力增長過程中的具體位置，從而分析判斷引起制動(dòng)力平衡差超標(biāo)的根本原因，還可以為車輛修理單位提供有效的信息支持；
（3）滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)測試工況穩(wěn)定，重復(fù)性好。
2.滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的缺點(diǎn)有：
（1）很難測得實(shí)際制動(dòng)力，并且很難測得制動(dòng)器的制動(dòng)力最大值；
（2）懸架中減振器性能得不到檢測。汽車懸架裝置對(duì)汽車行駛安全性、操縱穩(wěn)定性、通過性、燃料經(jīng)濟(jì)性等諸多性能均產(chǎn)生影響。
（3）測試效率低，采用滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測制動(dòng)性能時(shí)，對(duì)車輛各軸的檢測是分開進(jìn)行的，從而影響了車輛的測試效率。
2.3.2 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)
1.平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)有：
（1）相對(duì)于滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，平板試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，省去了滾筒式的兩個(gè)大功率電動(dòng)機(jī)，耗電小，它的耗電量約為滾筒式的1/100；
（2）操作簡單，測試速度大大加快，驗(yàn)車時(shí)只需將車輛以5～10km/h 的速度開到測試平板上踩一腳制動(dòng)，即可同時(shí)完成前后橋的制動(dòng)、軸荷、側(cè)滑、減震器等檢測，檢測效率高，全過程只需一分鐘左右即可完成；
（3）安裝簡單容易，不用專門的混凝土基礎(chǔ)，只需用膨脹螺栓固定在地面上即可，降低了混凝土工程造價(jià)；
（4）平板式是主動(dòng)、動(dòng)態(tài)檢測的，它是汽車進(jìn)行制動(dòng)狀態(tài)下直接檢測的。只要保證力傳感器能準(zhǔn)確無誤地把測試平板上受到的水平制動(dòng)力和垂直力測量下來，平板式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)就完全可以如實(shí)地把汽車的制動(dòng)力檢測出來。
2.平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的缺點(diǎn)有：
（1）很難檢測車輪阻滯力：車輪阻滯力是不制動(dòng)的時(shí)候的阻力，由于受平板長度限制，較難準(zhǔn)確檢測阻滯力；
（2）檢測范圍有限：對(duì)于雙后軸，三后軸的車輛，平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)很難單獨(dú)測取橋的制動(dòng)力數(shù)值及制動(dòng)力隨采樣時(shí)間的變化曲線。另外，不方便檢測半掛車、全掛車、不能檢測超長、超重、超寬的車輛；
（3）檢測數(shù)值重復(fù)性差：由于駕駛員踩剎車踏板的所用的力不同，每次測試條件很難保證一致，所以每次測得的制動(dòng)力會(huì)有較大的差異。
2.4 本章小結(jié)
汽車制動(dòng)性能的檢測是汽車檢測的重點(diǎn)。通過對(duì)滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和平板試制動(dòng)驗(yàn)臺(tái)的分析，可知滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)適用范圍不同，反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)所需場地小， 設(shè)備造價(jià)低， 測試方便， 因此目前成為我國各類檢測站測量機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能的主要設(shè)備；平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)接近實(shí)際道路狀況，臺(tái)面上制動(dòng)時(shí)車輪的受力情況與路面上制動(dòng)時(shí)車輪的受力情況很相似，使測試結(jié)果更接近實(shí)際情況，但平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)傳感器、檢定工具、測試方法等有較嚴(yán)格的要求，使得造價(jià)升高、測試難度增加。反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測試條件固定，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)簡單，且因檢測車速低，所需驅(qū)動(dòng)功率較小，操作安全性能好，得到廣泛應(yīng)用。
第3章 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體方案
3.1 引言
制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)常見的分類方法有：按測試原理不同，可分為反力式和慣性式兩類；按試驗(yàn)臺(tái)支承車輪形式不同，可分為滾筒式和平板式兩類；按檢測參數(shù)不同，可分為測制動(dòng)力式、測制動(dòng)距離式和綜合式三種；按試驗(yàn)臺(tái)的測量、指示裝置傳遞信號(hào)方式不同，可分為機(jī)械式、液力式和電氣式三類；按試驗(yàn)臺(tái)同時(shí)能測車軸數(shù)不同，可分為單軸式、雙軸式和多軸式三類。目前國內(nèi)車輛性能檢測站所用制動(dòng)檢驗(yàn)設(shè)備多為單軸反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，還沒有廣泛采用平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。本文設(shè)計(jì)的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)為單軸反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。
3.2汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體構(gòu)成
單軸反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易于控制、通用性好，能測試制動(dòng)性能的多項(xiàng)指標(biāo)且便于維修。試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖3. 1所示。它由框架、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒裝置、測量裝置、第三滾筒（即傳感滾筒）和指示與控制裝置等組成。為使試驗(yàn)臺(tái)能同時(shí)檢測車軸兩端左、右車輪的制動(dòng)力，除框架、指示與控制裝置外，其它裝置是分別獨(dú)立設(shè)置的[12]。
1.驅(qū)動(dòng)裝置：由電動(dòng)機(jī)、減速器和鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。電動(dòng)機(jī)功率的傳遞是通過減速器內(nèi)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)后傳給主動(dòng)滾筒，主動(dòng)滾筒又通過鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把功率傳給從動(dòng)滾筒。減速器與主動(dòng)滾筒共用一軸，減速器滾筒處于浮動(dòng)狀態(tài)，如圖3.2所示。
1.電動(dòng)機(jī) 2.壓力傳感器 3.減速器 4.滾筒5.第三滾筒 6.轉(zhuǎn)速傳感器 7.鏈傳動(dòng) 8.指示儀表
圖3.1 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的原理圖
1.傳感器 2.電動(dòng)機(jī) 3.減速器 4.測力桿 5.鏈傳動(dòng)6.從動(dòng)滾筒 7.第三滾筒 8.主動(dòng)滾筒 9.框架
圖3.2 車輪制動(dòng)力測試單元
2.滾筒裝置：每一車輪制動(dòng)力測試單元設(shè)置一對(duì)主、從動(dòng)滾筒。每個(gè)滾筒的兩端分別用滾動(dòng)軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。滾筒相當(dāng)于一個(gè)活動(dòng)的路面，用來支承被檢車輛的車輪，并承受和傳遞制動(dòng)力。汽車輪胎與滾筒間的附著系數(shù)將直接影響制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)所能測得的制動(dòng)力大小。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數(shù)，滾筒表面都進(jìn)行了相應(yīng)加工與處理，目前采用較多的有下列5種：
（1）開有縱向淺槽的金屬滾筒。在滾筒外圓表面沿軸向開有若干間隔均勻、有一定深度的溝槽，這種滾筒表面附著系數(shù)最高可達(dá)0.65，在制動(dòng)試驗(yàn)車輪抱死時(shí)容易剝傷輪胎。當(dāng)表面磨損且沾有油、水時(shí)，附著系數(shù)將急劇下降。
（2）表面粘有熔燒鋁礬土砂粒的金屬滾筒。這種滾筒表面無論干或濕，其附著系數(shù)均可達(dá)0.8。
（3）表面具有嵌砂噴焊層的金屬滾筒。噴焊層材料選用NiCrBSi自熔性合金粉末及鋼砂。這種滾筒表面新的時(shí)候其附著系數(shù)可達(dá)0.9以上，其耐磨性也較好。
（4）高硅合金鑄鐵滾筒。這種滾筒表面帶槽、耐磨，附著系數(shù)可達(dá)0.7～0.8，價(jià)格便宜。
（5）表面帶有特殊水泥覆蓋層的滾筒。這種滾筒比金屬滾筒表面耐磨，表面附著系數(shù)可達(dá)0.7～0.8，但表面易被油污與橡膠粉粒附著，使附著系數(shù)降低。
滾筒直徑與兩滾筒間中心距的大小，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的性能有較大影響。滾筒直徑增大有利于改善與車輪之間的附著情況，增加測試車速，使檢測過程更接近實(shí)際制動(dòng)狀況，但必須相應(yīng)增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率。而且隨著滾筒直徑增大，兩滾筒間中心距也需相應(yīng)增大，才一能保證合適的安置角。這樣使試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)增大，制造要求提高。
有的滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)在主、從動(dòng)滾筒之間設(shè)置一直徑較小，既可自轉(zhuǎn)又可上下擺動(dòng)的第三滾筒，平時(shí)由彈簧使其保持在最高位置。設(shè)置有第三滾筒的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)大都取消了舉升裝置，在第三滾筒上裝有轉(zhuǎn)速傳感器。在檢驗(yàn)時(shí)，被檢車輛的車輪置于主、從動(dòng)滾筒上的同時(shí)壓下第三滾筒，并與其保持可靠接觸。控制裝置通過轉(zhuǎn)速傳感器即可獲知被測車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。當(dāng)被檢車輪制動(dòng)，轉(zhuǎn)速下降至接近抱死時(shí)，控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器送出的相應(yīng)電信號(hào)使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以防上滾筒剝傷輪胎和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。第三滾筒除了上述作用外，在有的試驗(yàn)臺(tái)上還作為安全保護(hù)裝置用，只有當(dāng)兩個(gè)車輪制動(dòng)測試單元的第三滾筒同時(shí)被壓下時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路才能接通。
3.測量裝置：該裝置主要由測力杠桿、傳感器和測力彈簧等組成，如圖3.3 所示。測力杠桿一端與傳感器連接，另一端與減速器連接。與減速器連接的方式有兩種：一種是測力杠桿固定在減速器殼體上；另一種是測力杠桿通過軸承松套在框架的支承軸上，其尾端作用有固定在減速器殼體上的帶有刃口的傳力臂。當(dāng)浮動(dòng)的減速器殼體前端向下移動(dòng)時(shí)，第一種連接方式的測力杠桿的前端也向下移動(dòng)；第二種連接方式的測力杠桿，則通過傳力臂刃口的作用，前端向上移動(dòng)，并拉伸測力彈簧A和測力彈簧B。測力彈簧A和B在不同的測量范圍內(nèi)起作用。如國產(chǎn)ZD-6000型制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，制動(dòng)力在0-4000N范圍內(nèi)彈簧A起作用；制動(dòng)力在4000-20000N范圍內(nèi)，彈簧A和B共同起作用。
安裝在測力杠桿前端的傳感器，能把測力杠桿的移動(dòng)或力變成反映制動(dòng)力大小的電信號(hào)，送入指示與控制裝置中去。傳感器有自整角電機(jī)式、電位計(jì)式、差動(dòng)變壓器式或電阻應(yīng)變片式等多種類型。
4.第三滾筒（即傳感滾筒）裝置：傳感第三滾筒安裝在彈簧支撐的浮動(dòng)臂上，當(dāng)車輪開上滾筒總成時(shí)，左、右兩個(gè)傳感滾筒同時(shí)被壓下。通過行程開關(guān)和延時(shí)繼電器的作用，兩驅(qū)動(dòng)滾筒相繼啟動(dòng)。驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，車輪又帶動(dòng)傳感滾筒旋轉(zhuǎn)，它們接觸點(diǎn)的線速度相等。在傳感滾上的磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，送到控制系統(tǒng)，再換算成與地面接觸點(diǎn)的車輪線速度。當(dāng)車輪制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒的線速度不變，傳感滾筒隨車輪的線速度發(fā)生變化。該車輪與驅(qū)動(dòng)滾筒作純滾動(dòng)時(shí)滑移率為零，車輪完全抱死時(shí)的滑移率為10006，當(dāng)滑移率為20%的時(shí)候，控制系統(tǒng)切斷電源，驅(qū)動(dòng)滾筒停止工作，此瞬間測得的車輪制動(dòng)力最大。
5.指示與控制裝置：目前制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)控制裝置都采用電子式。為提高自動(dòng)化與智能化程度，控制裝置中配置計(jì)算機(jī)。指示裝置有指針式和數(shù)字顯示式兩種。帶計(jì)算機(jī)的控制裝置多配置數(shù)字顯示器，但也有配置指針式指示儀表的。
試驗(yàn)臺(tái)采用電腦式控制裝置并配以數(shù)字顯示器。主要由計(jì)算機(jī)、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器和打印機(jī)等組成。從測力傳感器送來的電信號(hào)，經(jīng)直流放大后，送往模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)計(jì)算機(jī)采集、存儲(chǔ)和處理后，檢測結(jié)果由數(shù)碼管顯示或打印機(jī)打印出來。制動(dòng)過程中，當(dāng)滑移率達(dá)到20%時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使電機(jī)停轉(zhuǎn)，此時(shí)制動(dòng)力最大，同時(shí)也防止了輪胎的刮傷。
1.從動(dòng)滾筒 2.電動(dòng)機(jī) 3.齒條 4.二級(jí)減速主動(dòng)齒輪 5.滾筒6.二級(jí)減速從動(dòng)齒輪 7.蝸輪 8.減速器課題
9.傳力臂刃口10.緩沖器 11.測力杠桿 12.自整角電機(jī) 13.小齒輪14.限位桿 15.測力彈簧A 16.測力彈簧B
圖3.3反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置和測量裝置
3.3 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)工作原理
進(jìn)行車輪制動(dòng)力檢測時(shí)，被檢汽車駛上制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、車輪置于主、從動(dòng)滾筒之間，放下舉升器（或壓下第三滾筒，裝在第三滾筒支架下的行程開關(guān)被接通）。通過延時(shí)電路起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速器、鏈傳動(dòng)和主從動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后駕駛員踩下制動(dòng)踏板，車輪在車輪制動(dòng)器的摩擦力矩作用下開始減速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾筒對(duì)車輪輪胎周緣的切線方向作用制動(dòng)力以克服制動(dòng)器摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)車輪輪胎對(duì)滾筒表面切線方向附加一個(gè)與制動(dòng)力方向相反等值的反作用力，在該反作用力形成的反作用力矩作用下，減速器殼體與測力杠桿一起向滾筒轉(zhuǎn) 動(dòng)相反方向擺動(dòng)，測力杠桿一端的力或位移經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動(dòng)力大小成比例的電信號(hào)。從測力傳感器送來的電信號(hào)經(jīng)放大濾波后，送往A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成相應(yīng)數(shù)字量，經(jīng)計(jì)算機(jī)采集、存貯和處理后，檢測結(jié)果由數(shù)碼管顯示或由打印機(jī)打印出來。打印格式與內(nèi)容由軟件設(shè)計(jì)而定。一般可以把左、右輪最大制動(dòng)力、制動(dòng)力和、制動(dòng)力差、阻滯力和制動(dòng)力一時(shí)間曲線等一并打印出來。在制動(dòng)過程中，當(dāng)左、右車輪制動(dòng)力和的值大于某一值（如500N）時(shí)， 計(jì)算機(jī)即開始采集數(shù)據(jù)，采集過程所經(jīng)歷時(shí)間是一定的（如3s）。經(jīng)歷了規(guī) 定的采集時(shí)間后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，以防止輪胎剝傷。在有第三滾筒的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，在制動(dòng)過程中第三滾筒的轉(zhuǎn)速信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算車輪與滾筒之間的滑動(dòng)率。當(dāng)滑動(dòng)率達(dá)到一定值（如25%）時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。如車輪不駛離制動(dòng)臺(tái)，延時(shí)電路將電動(dòng)機(jī)關(guān)閉3-5s后又自動(dòng)起動(dòng)。檢測過程結(jié)束，車輛即可駛出制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。
由于制動(dòng)力檢測技術(shù)條件要求是以軸制動(dòng)力占軸荷的百分比來評(píng)判的，對(duì)總質(zhì)量不同的汽車來說是比較客觀的標(biāo)準(zhǔn)。為此，除了設(shè)置制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)外，還必須配備軸重計(jì)或輪重儀，有些復(fù)合式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)裝有軸重測量裝置。其稱重傳感器（應(yīng)變片式）通常安裝在每一車輪測試單元框架的4個(gè)支承腳處。
有的反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)可以選擇每一車輪制動(dòng)力測試單元的滾筒旋轉(zhuǎn)方向。兩個(gè)測試單元的滾筒既可同向正轉(zhuǎn)、同向反轉(zhuǎn)，又可以一正一反。具有這種功能的試驗(yàn)臺(tái)可以檢測多軸汽車并裝軸（如三軸汽車的中軸和后軸，其間沒有軸間差速器）的制動(dòng)力。測試時(shí)使左、右車輪制動(dòng)測試單元的滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向一正一反，只采集正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)力數(shù)據(jù)，這樣可以省去試驗(yàn)臺(tái)前、后設(shè)置自由滾筒裝置。這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸內(nèi)有輪間差速器的作用，當(dāng)左、右車輪反向等速旋轉(zhuǎn)時(shí)差速器殼與主減速器將不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。所以當(dāng)被檢測軸車輪被滾筒帶動(dòng)時(shí)，另一在試驗(yàn)臺(tái)外的驅(qū)動(dòng)軸將不會(huì)被驅(qū)動(dòng)。而對(duì)于裝有軸間差速器的雙后軸汽車可在一般的反力式滾筒制動(dòng)臺(tái)上逐軸測試每車軸的車輪制動(dòng)力。
此外，現(xiàn)在很多制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)都裝有配套的軸重計(jì)量設(shè)備。軸重計(jì)量裝置按照工作原理可分為機(jī)械式和電子式兩類。機(jī)械式稱重是按照不等臂杠桿平衡原理利用擺錘、齒板齒輪傳動(dòng)而設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但工作效率和測量精度不如電子式的高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前我國汽車檢測站和設(shè)備生產(chǎn)廠家大多采用先進(jìn)的、有微處理機(jī)系統(tǒng)的電子式軸重計(jì)量裝置，它具有零點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)去皮、高分辯率顯示等功能，適合各種汽車的軸荷計(jì)量。電子式軸重計(jì)量裝置一般由機(jī)械部分（包括承載裝置和傳感器裝置）和顯示儀表等兩部分組成。機(jī)械部分又稱為秤體。秤體部分包括承載臺(tái)板、承載V.板、傳感器以及框架等，見圖3.4。 常用的傳感器為懸臂梁式，它造價(jià)較高，但它的性能指標(biāo)好，是一種高精度、抗偏性能優(yōu)越的器件。
汽車開上制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)使被檢車軸左右車輪處于每對(duì)滾筒之間，放下舉升器。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過減速器、鏈傳動(dòng)和主從動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪低速旋轉(zhuǎn)，然后用力踩下制動(dòng)踏板。此時(shí)，車輪產(chǎn)生的制動(dòng)力作用在滾筒上，與滾筒的旋轉(zhuǎn)方向相反，因而產(chǎn)生一反作用力矩（圖3.3）。減速器殼體在反作用力矩的作用下，其前端發(fā)生繞其輸出軸向下的偏轉(zhuǎn)，迫使測力杠桿前端向下或向上位移，通過傳感器轉(zhuǎn)換成反映制動(dòng)力大小的電信號(hào)，由計(jì)算機(jī)采集、處理后，指令電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，并由指示裝置或打印機(jī)輸出檢測到的制動(dòng)力數(shù)值。
1.承載面板 2.槽鋼 3.鋼球蓋 4.鋼球 5.V形墊塊6.懸臂梁傳感器 7.加強(qiáng)版 8.臺(tái)面限位鋼球
圖3.4 軸重測量裝置秤體結(jié)構(gòu)簡圖
3.4 制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)力學(xué)分析
由于臺(tái)架試驗(yàn)的受力狀況與實(shí)際道路大不相同，無法模擬道路制動(dòng)的力學(xué)狀況，因此有必要深入了解臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)的制動(dòng)過程，分析反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的測試性質(zhì)，包括能測試的制動(dòng)力的大小及影響因素，測試過程滾筒載荷的變化。檢測制動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)過的幾種情況：（1）未制動(dòng)時(shí)，車輪被滾筒驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，儀表顯示的是該輪（左、右）阻滯力，阻滯力應(yīng)不大于該軸荷的8%；（2）完全制動(dòng)（制動(dòng)踏板踏到底）時(shí)，被檢車輪隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，若指示裝置顯示的制動(dòng)力很小，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，則制動(dòng)不合格。屬制動(dòng)性能不好，車輪沒有抱死。一般調(diào)整、維修解決；（3）完全制動(dòng)時(shí)，被檢車輪在兩滾筒上略有轉(zhuǎn)動(dòng)（車輪處于似抱死非抱死狀態(tài)），指示裝置顯示最大制動(dòng)力值；（4）完全制動(dòng)時(shí)，被檢車輪開始脫離前滾筒，后移至主動(dòng)滾筒一側(cè)，車輪在滾筒上打滑，指示裝置所示制動(dòng)力小于最大制動(dòng)力；（5）完全制動(dòng)時(shí)，被檢車輪爬上后滾筒，甚至被推至主動(dòng)滾筒后面，整車后移出現(xiàn)爬輪現(xiàn)象，指示裝置示值與軸荷相比較小。多數(shù)出現(xiàn)在駐車制動(dòng)或后輪制動(dòng)的檢測上，易出現(xiàn)誤判。如前輪制動(dòng)效果不好，當(dāng)檢測后輪時(shí)，易造成爬輪現(xiàn)象，誤判后輪制動(dòng)為不合格[12]。
檢測時(shí)，滾筒的線速度很低，可忽略制動(dòng)時(shí)車輪的慣性力矩和滾動(dòng)阻力矩，車輪受力如圖，可得如下平衡方程：
（3.1）
（3.2）
（3.3）
聯(lián)立上式解得：
（3.4）
（3.5）
當(dāng)車輪制動(dòng)時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)所能提供的附著力為：
（3.6）
其中：G ——車輪所受的荷重；
d ——滾筒直徑；
L ——滾筒中心距；
D ——被檢車輪直徑；
、——滾筒對(duì)車輪的法向反力；
F——支承在地面的非測試車輪通過車橋?qū)κ軝z車輪軸產(chǎn)生的水平推力；
、 ——滾筒對(duì)車輪的切向反力；
——安置角；
——滾筒與車輪表面的附著系數(shù)；
——車輪所承受的制動(dòng)力矩。
由此可知滾筒直徑和滾筒中心距是制動(dòng)臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。檢測車輪制動(dòng)力時(shí)， 在受檢車輪不發(fā)生后移、滾筒表面附著系數(shù)和非受檢車輪的水平推力一定的情況下， 滾筒直徑和中心距越小， 檢測的制動(dòng)力就越大。
3.5 影響制動(dòng)性能檢測的因素分析
（1）安置角和被檢車輪半徑R對(duì)檢測結(jié)果的影響
所謂汽車車輪在滾筒上的安置角是指車輪與滾筒接觸點(diǎn)的切線方向與水平方向的夾角，根據(jù)圖3.5，可得：
（3.7）
（2）車輪與滾筒表面間附著Φ對(duì)檢測結(jié)果的影響
Φ越大，試驗(yàn)臺(tái)測力能力也越大。Φ不同，制動(dòng)力檢測結(jié)果也不同。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不得低于0.64. Φ值與滾筒表面的材質(zhì)和形狀有關(guān)。西歐式試驗(yàn)臺(tái)，采用高硅合金鑄鐵滾筒，金屬網(wǎng)石英顆粒涂塑等材質(zhì)，Φ值均達(dá)0.7-0.88，且滾簡直徑較大，測試狀態(tài)具有良好的實(shí)際道路模擬效果，但對(duì)輪胎磨損較嚴(yán)重。日式試驗(yàn)臺(tái)，滾筒一般鋼質(zhì)、槽形，Φ濕態(tài)為0.45。Φ干態(tài)>0.65，使用時(shí)應(yīng)保持滾筒表面的干燥和清潔。國內(nèi)制造的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)大部分為日本式，Φ多為0.4--0.65之間，滾筒材質(zhì)要求不高、工藝簡單、經(jīng)濟(jì)性好、對(duì)輪胎磨損較小。
（3）滾筒測試車速對(duì)檢測結(jié)果的影響
日本式滾筒直徑小，轉(zhuǎn)速低（7-8r/min），線速度僅達(dá)0.18km/h ，驅(qū)動(dòng)功率較低，經(jīng)濟(jì)性較好，但測力能力低。西歐式滾筒線速度為2.5-5.0km/h，滾簡直徑和驅(qū)動(dòng)功率較大，制動(dòng)系的受力更接近行車狀況，如同時(shí)檢測制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，則更為準(zhǔn)確。制動(dòng)器的摩擦系數(shù)隨滾筒線速度增高而減小并漸趨穩(wěn)定。當(dāng)滾筒線速度小于2.5km/h時(shí)，檢測的失真現(xiàn)象較為嚴(yán)重[14][15][16]。
圖3.5 車輪受力情況
3.6 本章小結(jié)
反力滾筒式汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要由框架、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒裝置、測量裝置、第三滾筒（即傳感滾筒）和指示與控制裝置等組成。當(dāng)被檢車輛駛上制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)后，車輪置于兩滾筒之間，這時(shí)左、右兩電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值后，通知駕駛員迅速踏制動(dòng)器（或拉手制動(dòng)桿），這時(shí)車輪的轉(zhuǎn)速降低.車輪與滾筒之間產(chǎn)生了相對(duì)滑移，此時(shí)，與車輛制動(dòng)力大小相等、方向相反的力作用在試驗(yàn)臺(tái)上由測力裝置可測量出其值，并記錄制動(dòng)曲線。當(dāng)車輪速度降低到某值時(shí)，為了減少輪胎磨損，電機(jī)自動(dòng)停轉(zhuǎn)。本文分析了汽車在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)受力情況，推導(dǎo)出求汽車最大制動(dòng)力的公式。根據(jù)公式，分析影響檢測汽車制動(dòng)性能的因素。
第4章 汽車制動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 引言
汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)制動(dòng)性能的測量結(jié)果有著重要關(guān)系。只有合理選擇制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)，才能提高試驗(yàn)臺(tái)測試的準(zhǔn)確性與可靠性，以及耐用性和使用經(jīng)濟(jì)性。本文所研究的汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要是檢測各類中小型汽車（最大軸重為10噸）的制動(dòng)性能。應(yīng)能同時(shí)對(duì)同一軸上的左右兩個(gè)車輪進(jìn)行測量。并顯示其制動(dòng)力大小、制動(dòng)力和與差、制動(dòng)時(shí)間。本章將分析汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇方法。制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)有滾筒、電動(dòng)機(jī)、減速器等。
4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)和要求
1.設(shè)計(jì)依據(jù)
（1）GB7258—2004《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)運(yùn)行條件》；
（2）GB11798《汽車安全檢測設(shè)備檢定技術(shù)條件》；
（3）GB/T18344《汽車維護(hù)、檢測、診斷技術(shù)規(guī)范》；
（4）GB/T13564《滾筒反力式汽車制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)》。
2. 適用范圍
適用于10t機(jī)動(dòng)車的出廠檢驗(yàn)和車輛檢測站的車輛檢測。
3. 功能
（1）測量參數(shù)、技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)
第一：測量參數(shù)：
① 左右兩輪拖滯力；
② 左右兩輪最大制動(dòng)力；
③ 制動(dòng)平衡；
④ 協(xié)調(diào)時(shí)間。
第二：技術(shù)參數(shù)：
①允許軸重：10000kg；
②測試速度—滾筒外緣線速度：2.5±10%km/h；
③滾筒直徑：245mm；
④滾筒中心距：390～400mm；
⑤主、從動(dòng)滾筒高度差：30mm；
⑥最大示值：10000N；
⑦電動(dòng)機(jī)功率：11kW；
⑧傳感器信號(hào)：0～12mv；
⑨第三滾筒測速脈沖：4p /r。
第三：測量范圍：0～30000N。
第四：分辨率：10N。
第五：示值誤差：當(dāng)制動(dòng)力大于0.0075G時(shí)，誤差不超過各檢定點(diǎn)給定值的±4%；當(dāng)制動(dòng)力不大于0.0075G時(shí)，誤差不超過各檢定點(diǎn)給定值的±0.00060G（G—額定軸載荷，N）；額定載荷不大于30kN的制動(dòng)臺(tái)，當(dāng)輪制動(dòng)力不大于0.015G時(shí)，允許示值誤差不超過各檢定點(diǎn)給定值的±18.0N。
（2）工作過程及步驟
反力式滾筒汽車制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)的工作過程如下：
① 左電機(jī)正轉(zhuǎn)（Y- △起動(dòng)）；
② 右電機(jī)正轉(zhuǎn)（Y- △起動(dòng)）；
③ 測拖滯力并顯示；
④ 踩剎車，測制動(dòng)平衡，協(xié)調(diào)時(shí)間，兩輪最大制動(dòng)力；
⑤ 當(dāng)滑移量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，停兩電機(jī)；
⑥ 當(dāng)轉(zhuǎn)速為零（約停機(jī)后3s）時(shí)，兩電機(jī)反轉(zhuǎn)；
⑦ 3～4s 后停兩電機(jī)。
（3）功能要求
反力式滾筒汽車制動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)的功能要求如下：
第一：汽車制動(dòng)性能檢測系統(tǒng)具備手動(dòng)檢測和自動(dòng)檢測兩種功能；
第二：要求顯示左輪制動(dòng)力（N）、右輪制動(dòng)力（N）、左時(shí)間（S）、右時(shí)間（S）、制動(dòng)平衡（%）。
4.3 滾筒設(shè)計(jì)
1.滾筒直徑的選擇
目前制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)多采用滾筒中心距不可調(diào)式。由此，減小滾筒直徑，可使車輪在試驗(yàn)臺(tái)上的安置角增大，增加試驗(yàn)臺(tái)的穩(wěn)定性，提高車輪與滾筒間的蹬著力，節(jié)省驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率.但滾筒直徑不能過小，否則車輪的滾動(dòng)損耗將明顯增加.考慮到試驗(yàn)車速低，一般小于2～2.5km/h，此時(shí)滾動(dòng)阻力不是主要因素，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13564-2005，本制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)選取滾筒直徑為245mm。
2.滾筒長度的選擇
它取決于受檢車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)及試驗(yàn)臺(tái)的通用性，通常取700～1000mm。本制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)選取滾筒長度為l000mm。
3.滾筒轉(zhuǎn)速的選擇
滾筒轉(zhuǎn)速?zèng)Q定測試車速的高低，為使汽車測試時(shí)的條件最大限度地與使用條件一致，必須保證滾筒的線速度不致過低.否則.將使測試結(jié)果失真。但隨著測試車速的提高.試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)功率也隨之增加.因此還要考慮使用經(jīng)濟(jì)性。滾筒轉(zhuǎn)速n一般?。?0～100rpm，則滾筒線速度即測試車速可由公式v=2nR確定，本制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)滾筒轉(zhuǎn)速選取54rpm。
4.車輪與滾筒間附著系數(shù)的選擇
車輛在試驗(yàn)臺(tái)上測試時(shí)，車輪與滾筒的接觸面積小于車輪與地面的接觸面積，且比壓增大，引起滾動(dòng)阻力增加，值下降。因此只有提高車輪與滾筒間的附著系數(shù)，才能在滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上較真實(shí)地再現(xiàn)汽車在路面上的制動(dòng)狀況。但的提高受到滾筒表層結(jié)構(gòu)和材料的限制。目前采用較多的是表面帶有溝槽的鋼制滾筒，其表面附著系數(shù)在0.6～0.8之間，根據(jù)GB/T13564-2005規(guī)定，附著系數(shù)不低于0.7，本制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)采用歐式新型粘砂技術(shù)大滾筒，附著系數(shù)0.85以上，使用壽命15萬次以上。
此外，本試驗(yàn)臺(tái)中后滾筒比前滾筒高52mm，有效阻止車輪由后滾筒脫離試驗(yàn)臺(tái)。
5.最佳安置角的選擇
（1）安置角對(duì)測試車輪穩(wěn)定性的影響
車輪在試驗(yàn)臺(tái)上測試時(shí)的受力情況如圖4.1所示。分析時(shí)忽略了非測試車輪約束反力的影響，并假設(shè)測試車輪為剛性。電機(jī)通過減速箱以力矩M1、M2分別驅(qū)動(dòng)前后滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。踩下觸動(dòng)踏板時(shí)，車輪受到制動(dòng)器制動(dòng)力矩MT的作用（G為車輪所受的載荷。N1、N2為前后滾筒對(duì)車輪的法向反力），產(chǎn)生車輪與滾筒間的摩擦力即制動(dòng)力Fx1、Fx2。在Fx1、Fx2的作用下，車輪有向后移動(dòng)的趨勢。若車輪在兩滾筒上的安置角過小，車輪將離開前滾筒沿后滾筒滑移。若安置角足夠大，則Fx1、Fx2的水平分力可由作用力N1、N2的水平力平衡，使車輪在兩滾筒上穩(wěn)定而不脫離前滾筒。
隨著制動(dòng)力矩MT的增加，F(xiàn)x1、Fx2增大，測試車輪的最大制動(dòng)力應(yīng)出現(xiàn)在測試車輪處于抱死狀態(tài)，即車輪剛離開前滾簡（= 0）而未沿后滾筒滑移的時(shí)刻。此時(shí)有：