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SY-025-BY-3
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學生姓名
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
講師
從事
專業(yè)
汽車運用工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
反力式汽車制動試驗臺設計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、研究現(xiàn)狀
汽車制動性能的檢驗是機動車安全技術(shù)檢驗的重要內(nèi)容之一，它直接關(guān)系到行車安全性，也是汽車保修企業(yè)進行故障和調(diào)試修理的科學依據(jù)。近年來，隨著不解體檢在線檢測技術(shù)的發(fā)展，汽車制動性能的檢測與診斷己由經(jīng)驗定性型向儀器化的定量與定性相結(jié)合方向發(fā)展，由路試向臺架檢測發(fā)展。用制動試驗臺檢測汽車的制動性能，不僅可以測出每個車輪的制動力和制動力協(xié)調(diào)時間，通過計算求出汽車的單位制動力。而且可以測出同一軸兩車輪的制動力差和制動力上升時間差，制動器內(nèi)部阻力和制動完全釋放時間。這種方法可以免除用路試檢測制動性能的一些弊病。
汽 車制 動 臺和軸重臺通常以額定承載質(zhì)目前國內(nèi)多數(shù)廠家沿用日本模式并以10t級產(chǎn)品作為產(chǎn)量最大的基本型產(chǎn)品。現(xiàn)在滾筒式制動檢測臺在各檢測站采用較多，在這一系列產(chǎn)品中，日本產(chǎn)檢測臺的特點是摩擦滾筒直徑小，一般直徑為12眾們1左右，且滾筒表面刻有矩形槽，制動時線速度低。西歐式檢測臺的特點是摩擦滾筒直徑大，一般直徑在265回左右，且筒表面涂敷摩擦材料，摩擦系數(shù)較高，可達0.8~0.9，在兩滾筒之間有兩個第三滾筒，，數(shù)據(jù)顯示為指針式。
根據(jù)國標規(guī)定,機動車可通過路試或臺試法,用制動力、制動減速度、制動距離和制動時間來評價制動性能。 采用路試法評價汽車制動性能時,需要用到五輪儀或制動減速度儀。制動試驗臺作為汽車制造、運輸、修理及檢測部門所必須的檢測設備被廣泛應用。制動性能的評價指標包括制動效能、制動效能恒定性和制動方向穩(wěn)定性3個方面。用檢測設備對機動車的制動性能進行檢測的目的是檢查評定機動車的制動效能是否符合國家標準的要求，它是激動車安全技術(shù)檢驗的最重要的檢驗項目之一。根據(jù)制動試驗臺的原理可分為慣性式滾筒實驗臺和反力式滾筒臺、慣性式平板臺和反力式平板臺兩類，其中反力滾筒式制動試驗臺應用最為普遍。目前我國機動車安全技術(shù)性能檢測機構(gòu)設備的制動性能臺試檢測設備多為滾筒反力式制動檢驗臺、平板式制動檢驗臺，路試檢測河北多為便攜式制動性能測試儀。
2、目的和意義
本課題目的是針對目前市場上廣泛應用的汽車反力式制動試驗臺進行改進設計。在搜集資料及市場調(diào)研的基礎上，對現(xiàn)有的試驗臺進行充分的了解與分析，總結(jié)出各種試驗臺的優(yōu)缺點，然后，根據(jù)我的設計，進一步提高試驗臺的科學性、合理性、先進性、經(jīng)濟性及實用性。
通過本題目的設計研究，培養(yǎng)我綜合運用所學的基礎知識與專業(yè)知識，結(jié)合社會調(diào)查及生產(chǎn)實際，學會分析問題、提出問題及解決問題的能力，特別是通過試驗臺的設計過程，使我對汽車及相關(guān)機械的設計方法及步驟有一個初步的了解與鍛煉，發(fā)揮自己的理論分析、設計計算與機械設計能力與創(chuàng)新能力，為走向工作崗位打下堅實的基礎。
二、設計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、本設計主要完成反力式制動試驗臺機械部分設計：
（1）試驗臺機械部分總體布置設計；
（2）滾筒及其支撐的設計；
（3）減速器的選擇或設計。
適用車型：乘用車及中、小型商用車輛。
推薦試驗臺類型：單軸式雙滾筒或三滾筒式試驗臺。
2、擬解決的主要問題
滾筒式試驗臺與平板式試驗臺的優(yōu)缺點比較選擇，減速器的選擇及計算
三、技術(shù)路線（研究方法）
通過網(wǎng)上搜索、圖書閱覽電子資料搜集相關(guān)資料。
當前國內(nèi)外的發(fā)展最新狀況及發(fā)展趨勢；
調(diào)查主要試驗臺類型相關(guān)資料，研究其優(yōu)缺點。
走訪相關(guān)4S店及實驗室，了解現(xiàn)有使用單位意見。
初步進行試驗臺總體布置，及電機和減速器設計。
分析其主要問題，利用一切手段找到解決問題的方法。
進行裝配圖草圖繪制，具體計算。
初步審核，查找不足之處，修改設計。
再次復核，最終確定設計方案。
四、進度安排
第1-2周（3.9-3.14）：調(diào)研、資料收集、完成開題報告；
第3-4周（3.15-3.29）：進行社會調(diào)研。相關(guān)單位的參觀，具體試驗臺的測繪記錄與分析；
第5-6周（4.1-4.15）：設計方案的比較與確定；初步設計計算并畫出草圖；
第7-12周（4.16-6.1）：完成裝備圖設計；
第13-14周（6.2-6.8）：畫零件圖，寫設計說明書；
第15周（6.9-6.15）：修改設計，完成說明書的排版，裝訂；
第16周 答辯準備
五、參考文獻
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[7] 張濤,王燕玲. 汽車制動性能與測試[J ] . 儀器儀表學報,2002
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[15] J. Y. Wong. Theory of Ground Vehicles. John Wiley & Sons, Inc., 2nd edition, 1993
六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
本科學生畢業(yè)設計
反力式汽車制動試驗臺設計
系部名稱： 汽車工程系
專業(yè)班級： 車輛工程B05-18班
學生姓名：
指導教師：
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學 院
二○○九年六月
摘 要
汽車制動性能的檢驗是機動車安全技術(shù)檢驗的重要內(nèi)容之一，隨著我國汽車保有量快速增長，汽車對環(huán)境的影響受到人們的普遍關(guān)注。汽車制動性能的好壞直接關(guān)系到人們的生命安全。因此有必要研究出快捷、準確地檢測汽車制動性能的方法和工具。本論文的內(nèi)容就是對汽車制動試驗臺的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。首先論文對國內(nèi)外汽車制動試驗臺的現(xiàn)狀和今后發(fā)展方向進行了綜述。通過對汽車制動過程的分析，提出檢測汽車制動性能的方法，比較了各種檢測方法的特點，分析了評價汽車性能的指標及國家標準。對汽車在制動試驗臺上的受力情況進行了分析，提出檢測汽車制動性能的原理，分析了影響制動性能檢測的因素。對汽車制動試驗臺總體結(jié)構(gòu)進行了分析，提出選擇試驗臺滾筒尺寸，轉(zhuǎn)速及表面材料的方法，給出選擇試驗臺電機、減速器等主要部件的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：汽車制動試驗臺；制動性能；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 平板式制動試驗臺………………………………………………………2
1.2.2 反力滾筒式制動試驗臺…………………………………………………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 反力式滾筒試驗臺與平板式試驗臺對比分析…………………………5
2.1 反力式滾筒制動性能試驗臺的結(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 平板式制動性能試驗臺的結(jié)構(gòu)及工作原理……………………………………6
2.2.1 平板式制動試驗臺結(jié)構(gòu)…………………………………………………6
2.2.2 工作原理…………………………………………………………………6
2.3 反力式滾筒試驗臺與平板式試驗臺優(yōu)缺點分析………………………………7
2.3.1 反力式滾筒試驗臺………………………………………………………7
2.3.2 平板式制動試驗臺………………………………………………………8
2.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………8
第3章 汽車制動試驗臺總體方案…………………………………………………9
3.1 引言……………………………………………………………………………9
3.2 汽車制動試驗臺總體構(gòu)成………………………………………………………9
3.3 制動試驗臺工作原理……………………………………………………………12
3.4 制動試驗臺力學分析……………………………………………………………14
3.5 影響制動性能檢測的因素分析…………………………………………………15
3.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………16
第4章 汽車制動試驗臺結(jié)構(gòu)設計………………………………………………17
4.1 引言………………………………………………………………………………17
4.2 設計依據(jù)和要求 …………………………………………………………………17
4.3 滾筒設計…………………………………………………………………………18
4.4 滾筒式制動試驗臺測試能力分析………………………………………………21
4.5 制動力測量裝置主要參數(shù)的選擇………………………………………………22
4.6 減速箱設計及零件選擇…………………………………………………………24
4.6.1 蝸輪蝸桿的設計…………………………………………………………24
4.6.2 軸的設計…………………………………………………………………27
4.7 本章小結(jié)…………………………………………………………………………28
結(jié)論………………………………………………………………………………………29
參考文獻…………………………………………………………………………………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
汽車制動試驗臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)對制動性能的測量結(jié)果有著重要關(guān)系。只有合理選擇制動試驗臺的設計參數(shù)，才能提高試驗臺測試的準確性與可靠性，以及耐用性和使用經(jīng)濟性。本課題所研究的汽車制動試驗臺主要是檢測各類中小型汽車（最大軸重10噸）的制動性能。應能同時對同一軸上的左右兩個車輪進行測量。制動試驗臺主要結(jié)構(gòu)有滾筒、電動機、減速器等。
1.1.2 課題研究的意義
汽車制動性能的檢驗是機動車安全技術(shù)檢驗的重要內(nèi)容之一，也是汽車保修企業(yè)進行故障和調(diào)試修理的科學依據(jù)。近年來，隨著不解體檢在線檢測技術(shù)的發(fā)展，汽車制動性能的檢測與診斷己由經(jīng)驗定性型向儀器化的定量與定性相結(jié)合方向發(fā)展，由路試向臺架檢測發(fā)展。用制動試驗臺檢測汽車的制動性能，不僅可以測出每個車輪的制動力和制動力協(xié)調(diào)時間，通過計算求出汽車的單位制動力。而且可以測出同一軸兩車輪的制動力差和制動力上升時間差，制動器內(nèi)部阻力和制動完全釋放時間。這種方法可以免除用路試檢測制動性能的一些弊病[1]。
汽車制動試驗臺的型式有滾筒式和平板式。平板式制動試驗臺在測試時，汽車要有一定的初速度，這就需要有助跑道。而滾筒式制動試驗臺則相反，其占地面積小，可以在臺上對制動系邊試驗邊調(diào)整，又便于分析故障，因此容易按使用部門所接受。滾筒式制動試驗臺的測試方法是：在汽車處于停火狀態(tài)下，測定車輪的制動力或制動距離等與制動性能有關(guān)的參數(shù)。它又可分為反力式和慣性式。慣性式別動試驗臺是測每個車輪的制動距離，這種試驗臺的試驗車速高，較接近于實際情況。但由于在國家規(guī)定的制動性能標準中沒有車輪制動距離這一項，只有汽車制動距離的標準。如果將測試的車輪制動距離換算成整車制動距離，有一定誤差，要使換算結(jié)果精確，需要作大量對比試驗，而不同的車型都要有對比，這是較難做到的，因此慣性式制動試驗臺不容易被使用部門所接受。而反力式制動試驗臺的工作原理是當被檢車輛駛上試驗臺后，車輪置于兩滾筒之間，這時左、右兩電機啟動，帶動滾筒旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定值后，通知駕駛員迅速踏制動器（或拉手制動器），這時車輪的轉(zhuǎn)速降低。車輪與滾筒之間產(chǎn)生了相對滑移，此時，與車輛制動力大小相等、方向相反的力作用在試驗臺上，由測力裝置可測量出其值，并記錄制動曲線。當車輪速度降低到某值時，為了減少輪胎磨損，電機自動停轉(zhuǎn)。反力式制動試驗臺結(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《機動車安全運行技術(shù)條件》中對臺試車輪制動力也給予承認。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試驗臺。
室內(nèi)汽車制動試驗臺一般只根據(jù)一些檢測數(shù)據(jù)判定汽車制動性能合格與否，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)存在的一個缺陷。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，應用先進技術(shù)對在用車輛實行技術(shù)狀況監(jiān)控與預測非常必要。在汽車制動檢測制動方面，應用故障機理的解析技術(shù)確定和預測汽車制動狀況的動態(tài)特性；應用診斷參數(shù)信息的識別和傳感技術(shù)。建立故障模式；充分利用計算機技術(shù)，分析診斷多數(shù)信息，提高診斷精確度。開發(fā)預測故障專家系統(tǒng)，提高診斷預測水平，使車輛保持良好的技術(shù)狀況，并將檢測、診斷和預測融為一體，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性能檢測中，普遍采用反力滾筒式制動試驗臺，而平板式制動試驗臺近幾年開始引入我國。GB7258- 2004 《機動車運行安全技術(shù)條件》規(guī)定制動性能檢測可用平板式制動試驗臺， 也可以使用反力式滾筒制動試驗臺。平板式制動試驗臺是在汽車運行狀態(tài)下檢測制動性能， 與汽車實際行駛中的制動相似， 是一種動態(tài)檢測； 而反力式滾筒制動試驗臺是提高為測定作用在測力滾筒上車輪制動力的反力， 檢測車輛制動性能的裝置，是一種穩(wěn)態(tài)檢測方式[2]。下面分別介紹這兩種試驗臺：
1.2.1 平板式制動試驗臺
早期的汽車檢測設備，既有滾筒式又有平板式，由于當時還沒有電子計算機，平板式檢測設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)的大量應用，平板式檢測設備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（含各種傳感器）都采用微電子技術(shù)和計算機控制。因此，新一代的平板式設備各方面的性能都有了質(zhì)的飛躍。從原理上來看，平板式制動試驗臺是主動、動態(tài)的檢測，它是在汽車行駛制動狀態(tài)下進行檢測的，只要保證力傳感器能準確無誤地把測試平板上受到的水平制動力與垂直力測量下來，平板式制動試驗臺就完全可以如實地把汽車制動過程（力系及變化）檢測出來。平板式制動試驗臺具有以下優(yōu)點：
（1）在測試平臺的臺面上。焊有由鋼板沖壓制成的鋼網(wǎng)，具有遠高于良好路面的附著系數(shù)，在正常磨損范圍內(nèi)可以確保制動性能的檢測；
（2）能同時對汽車的四個車輪作動態(tài)測試；
（3）特別適合現(xiàn)代轎車和摩托車的檢測?，F(xiàn)代轎車的前軸制動力占整車制動力的比例很大，而國標對前軸制動力的要求過低或偏低，平板式檢M能力與實際相符，而滾筒式的檢測能力過低或偏低；
（4）為多功能綜合的復合檢驗臺。如意大利威邁格平板式制動試驗臺，可進行幾種性能同時測試，檢測制動力時既可測得四個車輪的最大制動力，又可提供這些制動力在制動過程中隨時間變化的曲線等更深層信息，還可同時進行側(cè)滑的檢測，懸架減振器的檢測。
以上四點平板式均優(yōu)于滾筒式。但平板式也有其致命的弱點：
（1）在實際檢測過程中，制動初速度及制動踏板力不易控制，測試工況不穩(wěn)定，重復性差；
（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)和計算機后處理技術(shù)要求很高，有待電子技術(shù)應用的進一步提高；
（3）不能測試車輪的阻滯力、失圓度，而且適用車型較少。不容易對軸距變化大的汽車作四輪同時檢測，且測試貨車后軸的制動性能也不夠理想，多軸車不能測試[3]。
1.2.2 反力滾筒式制動試驗臺
我國使用的反力滾筒式制動試驗臺有兩大類，其一是引進日本彌榮公司、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。日本式試驗臺的特點是摩擦滾筒直徑小，一般直徑為120mm左右，且滾筒表面刻有矩形槽，制動時線速度低，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。西歐式試驗臺的特點是摩擦滾筒直徑大，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0.8—0.9，制動時線速度高，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）當車輛放在試驗臺上后，輪胎壓下第三滾筒，限位開關(guān)脫開后，試驗臺才能啟動運轉(zhuǎn)。（2）在測試過程中，當試驗臺轉(zhuǎn)速達到穩(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?shù)谌凉L筒轉(zhuǎn)速下降到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的70%時，為了不使輪胎產(chǎn)生嚴重磨損，控制系統(tǒng)發(fā)出訊號，使電機停止運轉(zhuǎn)。
對反力滾筒式來說，最重要的結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)和性能是：試驗臺滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒直徑、滾筒表面形狀及材質(zhì)、電動機驅(qū)動功率、制動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臺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)成為模擬實際工況的重要參數(shù)，一直是研究的焦點，大多數(shù)專家認為使用高轉(zhuǎn)速、大直徑滾筒最佳。
目前，檢測設備制造業(yè)已形成一定規(guī)模，市場競爭十分激烈，反力式汽車制動試驗臺型式變得多樣化，并在不斷改進和提高。傳感器都已從機械式的或機電式的進化為電子式的，控制方式也由繼電器控制變成計算機控制。
1.2.3 發(fā)展方向
從研討的廣度和深度來看，反力式滾筒制動試驗臺的技術(shù)研究己趨于全面成熟，今后汽車制動檢測設備的發(fā)展方向仍是以反力滾筒式為主，其型式上偏向西歐式，對滾筒式制動設備的研究也仍將是熱點。反力式滾筒制動試驗臺還要為消除臺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)合國情進行技術(shù)改造，不同的待檢車類型應配備不同測試要求的試驗臺；
（2）完善檢測設備標準，劃分制動檢測設備類型，制訂各自的標準，并完善測試規(guī)程；
（3）滾筒直徑要合理增大，并適當提高滾筒的轉(zhuǎn)速。
作為新一代產(chǎn)品——平板式制動試驗臺，雖一時無法代替反力滾筒式，但已引起汽車界的重視，可以預見其發(fā)展充滿活力：眼下作為制動檢測的補充，在汽車保有量大的城市和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，可發(fā)揮作用，用于檢測轎車、高級小客車、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
對汽車制動試驗臺的研究主要集中在以下幾方面：
1. 制動試驗臺運動學和動力學的分析
對汽車在反力式制動試驗臺上的運動及受力情況進行分析，推導制動力、滾筒支承反力的解析表達式，分析試驗臺的最大測試能力；
2. 制動試驗臺結(jié)構(gòu)設計的研究
對制動試驗臺改進方案進行結(jié)構(gòu)設計，繪制零件圖及裝配圖；
3. 制動試驗臺控制系統(tǒng)硬件設計
包括傳感器選型、信號調(diào)理電路設計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計、控制裝置的設計。
1.3.2 技術(shù)途徑與方法
1. 運動學和動力學分析；
2. 使用AutoCAD進行零件圖的繪制。
根據(jù)需要將傳感器等部件安裝到試驗裝置上，在分別完成上位機的控制軟件、下位機的控制軟件、電路，對汽車制動試驗臺進行試驗聯(lián)調(diào)。
第2章 反力式滾筒實驗臺與平板式試驗臺對比分析
2.1 反力式滾筒制動性能試驗臺的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1.1 結(jié)構(gòu)
反力式滾筒制動試驗臺的結(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力測試單元和一套指示、控制裝置組成。每一套車輪制動力測試單元由框架、驅(qū)動裝置、滾筒組、舉升裝置、測量裝置等構(gòu)成[6]。
驅(qū)動裝置由電動機、減速器和鏈傳動組成。電動機經(jīng)過減速器兩級減速后驅(qū)動主動滾筒，主動滾筒通過鏈傳動帶動從動滾筒旋轉(zhuǎn)。減速器輸出軸與主動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)電動機的轉(zhuǎn)速和滾筒測試轉(zhuǎn)速確定。由于制動檢驗臺的車速低（日式制動臺一般為0.1km/h～0.18km/h，歐式制動臺相對較高，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，一般采用兩級齒輪減速或一級蝸輪蝸桿減速與一級齒輪減速。
滾筒組中每一車輪制動力測試單元設置一對主、從動滾筒。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。滾筒相當于一個活動的路面，用來支承被檢車輛的車輪，并承受和傳遞制動力。輪胎與滾筒間的附著系數(shù)將直接影響制動檢驗臺所能測得的制動力大小。根據(jù)GB7258-2004，滾筒表面當量附著系數(shù)不應小于0.75%。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數(shù)，滾筒表面都進行了相應加工與處理。
制動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，被測車輪制動時測力杠桿與減速器殼體將一起繞主動滾筒（或繞減速器輸出軸、電動機樞軸）軸線擺動。傳感器將測力杠桿傳來的、與制動力成比例的力（或位移）轉(zhuǎn)變成電信號輸送到指示、控制裝置。為了便于汽車出入制動試驗臺，在主、從動兩滾筒之間設置有舉升裝置。帶有第三滾筒的制動試驗臺不用舉升裝置。目前制動試驗臺控制裝置都采用電子式。
2.1.2 工作原理
進行車輪制動力檢測時，被檢汽車駛上制動試驗臺，車輪置于主、從動滾筒之間，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）。通過延時電路起動電動機，經(jīng)減速器、鏈傳動和主、從動滾筒帶動車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，測得車輪拖滯力。接著，駕駛員踩下制動踏板，車輪在車輪制動器的摩擦力矩Tu 作用下開始減速旋轉(zhuǎn)。此時電動機驅(qū)動的滾筒對車輪輪胎周緣的切線方向作用制動力Fx1、Fx2克服制動器摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。與此同時車輪輪胎對滾筒表面切線方向附加一個與制動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)動相反方向擺動，測力杠桿一端的力或位移經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動力大小成比例的電信號。從測力傳感器送來的電信號經(jīng)放大濾波后，送往A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應數(shù)字量，經(jīng)計算機采集、存貯和處理后，對制動力——時間曲線進行分析，就可以得到最大制動力、制動平衡、協(xié)調(diào)時間等相關(guān)參數(shù)。
1.電動機 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 8.測量指示儀
圖2.1 反力式滾筒制動性能試驗臺
2.2 平板式制動性能試驗臺的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.2.1 平板式制動試驗臺結(jié)構(gòu)
平板式制動檢測臺是由測試平板、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等構(gòu)成的集稱重、制動性能測試為一體的汽車檢測設備，一般由面板（制動板、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，面板相對于底板可以滑動，底板是固定的鋼板，為了保證在制動瞬間面板可以靈活運動，底部的摩擦力應非常小，故在相對運動的接觸部分需要潤滑。檢驗臺采用雙板結(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
平板式制動試驗臺是一種低速動態(tài)檢測車輛制動性能的設備，其檢測原理基于牛頓第二定理“物體運動的合外力等于物體的質(zhì)量乘加速度”，即制動力等于質(zhì)量乘（負）加速度。檢測時只要測得軸荷及減速度即可求出制動力。從理論上講，制動力只由制動減速度決定，與制動初速度沒有必然的聯(lián)系。
檢測時， 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。檢測員急踩制動后，汽車在慣性作用下，通過車輪在平板上附加與制動力大小相等、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直至停車，與此同時， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集制動過程中的全部數(shù)據(jù)， 并作分析處理， 然后把制動性能的測試結(jié)果顯示出來。平板式制動試驗臺能檢測出汽車行駛制動過程中重心前移后的制動效果。在平板式制動試驗臺上檢測制動性能時， 汽車比較接近實際行駛狀態(tài)， 具有與實際行駛制動中完全相同的受力情況，平板式制動試驗臺檢測的是動態(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效果，測試原理圖見圖2.2。
圖2.2平板式制動試驗臺原理
2.3 反力式滾筒試驗臺與平板式試驗臺優(yōu)缺點分析
2.3.1 反力式滾筒試驗臺
1.滾筒制動試驗臺的優(yōu)點有：
（1）安全保護作用，即只有在被測車輪同時壓下左右制動試驗臺的第三滾筒時，滾筒才能被啟動，因而可以避免操作人員誤操作而造成傷害；
（2）隨著現(xiàn)在計算機技術(shù)的發(fā)展，可以顯示車輛左、右輪制動力增長全過程隨采樣時間的變化情況，且能準確指明左、右輪制動力不平衡最大值在制動力增長過程中的具體位置，從而分析判斷引起制動力平衡差超標的根本原因，還可以為車輛修理單位提供有效的信息支持；
（3）滾筒反力式制動檢驗臺測試工況穩(wěn)定，重復性好。
2.滾筒制動試驗臺的缺點有：
（1）很難測得實際制動力，并且很難測得制動器的制動力最大值；
（2）懸架中減振器性能得不到檢測。汽車懸架裝置對汽車行駛安全性、操縱穩(wěn)定性、通過性、燃料經(jīng)濟性等諸多性能均產(chǎn)生影響。
（3）測試效率低，采用滾筒制動試驗臺檢測制動性能時，對車輛各軸的檢測是分開進行的，從而影響了車輛的測試效率。
2.3.2 平板式制動試驗臺
1.平板制動試驗臺的優(yōu)點有：
（1）相對于滾筒制動試驗臺，平板試驗臺結(jié)構(gòu)簡單，省去了滾筒式的兩個大功率電動機，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，驗車時只需將車輛以5～10km/h 的速度開到測試平板上踩一腳制動，即可同時完成前后橋的制動、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，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；
（4）平板式是主動、動態(tài)檢測的，它是汽車進行制動狀態(tài)下直接檢測的。只要保證力傳感器能準確無誤地把測試平板上受到的水平制動力和垂直力測量下來，平板式制動檢驗臺就完全可以如實地把汽車的制動力檢測出來。
2.平板制動試驗臺的缺點有：
（1）很難檢測車輪阻滯力：車輪阻滯力是不制動的時候的阻力，由于受平板長度限制，較難準確檢測阻滯力；
（2）檢測范圍有限：對于雙后軸，三后軸的車輛，平板制動試驗臺很難單獨測取橋的制動力數(shù)值及制動力隨采樣時間的變化曲線。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力會有較大的差異。
2.4 本章小結(jié)
汽車制動性能的檢測是汽車檢測的重點。通過對滾筒制動試驗臺和平板試制動驗臺的分析，可知滾筒制動試驗臺和平板制動試驗臺適用范圍不同，反力式滾筒制動試驗臺所需場地小， 設備造價低， 測試方便， 因此目前成為我國各類檢測站測量機動車制動性能的主要設備；平板式制動試驗臺接近實際道路狀況，臺面上制動時車輪的受力情況與路面上制動時車輪的受力情況很相似，使測試結(jié)果更接近實際情況，但平板式制動試驗臺對傳感器、檢定工具、測試方法等有較嚴格的要求，使得造價升高、測試難度增加。反力式滾筒制動試驗臺測試條件固定，重復性好，結(jié)構(gòu)簡單，且因檢測車速低，所需驅(qū)動功率較小，操作安全性能好，得到廣泛應用。
第3章 汽車制動試驗臺總體方案
3.1 引言
制動試驗臺常見的分類方法有：按測試原理不同，可分為反力式和慣性式兩類；按試驗臺支承車輪形式不同，可分為滾筒式和平板式兩類；按檢測參數(shù)不同，可分為測制動力式、測制動距離式和綜合式三種；按試驗臺的測量、指示裝置傳遞信號方式不同，可分為機械式、液力式和電氣式三類；按試驗臺同時能測車軸數(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檢驗設備多為單軸反力式滾筒制動試驗臺，還沒有廣泛采用平板式制動試驗臺。本文設計的制動試驗臺為單軸反力式滾筒制動試驗臺。
3.2汽車制動試驗臺總體構(gòu)成
單軸反力式滾筒制動試驗臺結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易于控制、通用性好，能測試制動性能的多項指標且便于維修。試驗臺的結(jié)構(gòu)如圖3. 1所示。它由框架、驅(qū)動裝置、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。為使試驗臺能同時檢測車軸兩端左、右車輪的制動力，除框架、指示與控制裝置外，其它裝置是分別獨立設置的[12]。
1.驅(qū)動裝置：由電動機、減速器和鏈傳動機構(gòu)組成。電動機功率的傳遞是通過減速器內(nèi)的蝸輪蝸桿傳動后傳給主動滾筒，主動滾筒又通過鏈傳動機構(gòu)把功率傳給從動滾筒。減速器與主動滾筒共用一軸，減速器滾筒處于浮動狀態(tài)，如圖3.2所示。
1.電動機 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 8.指示儀表
圖3.1 汽車制動試驗臺的原理圖
1.傳感器 2.電動機 3.減速器 4.測力桿 5.鏈傳動6.從動滾筒 7.第三滾筒 8.主動滾筒 9.框架
圖3.2 車輪制動力測試單元
2.滾筒裝置：每一車輪制動力測試單元設置一對主、從動滾筒。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。滾筒相當于一個活動的路面，用來支承被檢車輛的車輪，并承受和傳遞制動力。汽車輪胎與滾筒間的附著系數(shù)將直接影響制動試驗臺所能測得的制動力大小。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數(shù)，滾筒表面都進行了相應加工與處理，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0.65，在制動試驗車輪抱死時容易剝傷輪胎。當表面磨損且沾有油、水時，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候其附著系數(shù)可達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0.7～0.8，價格便宜。
（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，對試驗臺的性能有較大影響。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際制動狀況，但必須相應增加驅(qū)動電機的功率。而且隨著滾筒直徑增大，兩滾筒間中心距也需相應增大，才一能保證合適的安置角。這樣使試驗臺結(jié)構(gòu)尺寸相應增大，制造要求提高。
有的滾筒制動試驗臺在主、從動滾筒之間設置一直徑較小，既可自轉(zhuǎn)又可上下擺動的第三滾筒，平時由彈簧使其保持在最高位置。設置有第三滾筒的制動試驗臺大都取消了舉升裝置，在第三滾筒上裝有轉(zhuǎn)速傳感器。在檢驗時，被檢車輛的車輪置于主、從動滾筒上的同時壓下第三滾筒，并與其保持可靠接觸?？刂蒲b置通過轉(zhuǎn)速傳感器即可獲知被測車輪的轉(zhuǎn)動情況。當被檢車輪制動，轉(zhuǎn)速下降至接近抱死時，控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器送出的相應電信號使驅(qū)動電動機停止轉(zhuǎn)動，以防上滾筒剝傷輪胎和保護驅(qū)動電機。第三滾筒除了上述作用外，在有的試驗臺上還作為安全保護裝置用，只有當兩個車輪制動測試單元的第三滾筒同時被壓下時，試驗臺驅(qū)動電機電路才能接通。
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。當浮動的減速器殼體前端向下移動時，第一種連接方式的測力杠桿的前端也向下移動；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，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型制動試驗臺，制動力在0-4000N范圍內(nèi)彈簧A起作用；制動力在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或力變成反映制動力大小的電信號，送入指示與控制裝置中去。傳感器有自整角電機式、電位計式、差動變壓器式或電阻應變片式等多種類型。
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臂上，當車輪開上滾筒總成時，左、右兩個傳感滾筒同時被壓下。通過行程開關(guān)和延時繼電器的作用，兩驅(qū)動滾筒相繼啟動。驅(qū)動滾筒帶動車輪旋轉(zhuǎn)，車輪又帶動傳感滾筒旋轉(zhuǎn)，它們接觸點的線速度相等。在傳感滾上的磁鐵轉(zhuǎn)動使轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生一個電信號，送到控制系統(tǒng)，再換算成與地面接觸點的車輪線速度。當車輪制動時，驅(qū)動滾筒的線速度不變，傳感滾筒隨車輪的線速度發(fā)生變化。該車輪與驅(qū)動滾筒作純滾動時滑移率為零，車輪完全抱死時的滑移率為10006，當滑移率為20%的時候，控制系統(tǒng)切斷電源，驅(qū)動滾筒停止工作，此瞬間測得的車輪制動力最大。
5.指示與控制裝置：目前制動試驗臺控制裝置都采用電子式。為提高自動化與智能化程度，控制裝置中配置計算機。指示裝置有指針式和數(shù)字顯示式兩種。帶計算機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。
試驗臺采用電腦式控制裝置并配以數(shù)字顯示器。主要由計算機、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器和打印機等組成。從測力傳感器送來的電信號，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)計算機采集、存儲和處理后，檢測結(jié)果由數(shù)碼管顯示或打印機打印出來。制動過程中，當滑移率達到20%時，計算機發(fā)出指令使電機停轉(zhuǎn)，此時制動力最大，同時也防止了輪胎的刮傷。
1.從動滾筒 2.電動機 3.齒條 4.二級減速主動齒輪 5.滾筒6.二級減速從動齒輪 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 13.小齒輪14.限位桿 15.測力彈簧A 16.測力彈簧B
圖3.3反力式滾筒制動試驗臺的驅(qū)動裝置和測量裝置
3.3 制動試驗臺工作原理
進行車輪制動力檢測時，被檢汽車駛上制動試驗臺、車輪置于主、從動滾筒之間，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）。通過延時電路起動電動機，經(jīng)減速器、鏈傳動和主從動滾筒帶動車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后駕駛員踩下制動踏板，車輪在車輪制動器的摩擦力矩作用下開始減速旋轉(zhuǎn)。此時電動機驅(qū)動的滾筒對車輪輪胎周緣的切線方向作用制動力以克服制動器摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。與此同時車輪輪胎對滾筒表面切線方向附加一個與制動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) 動相反方向擺動，測力杠桿一端的力或位移經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動力大小成比例的電信號。從測力傳感器送來的電信號經(jīng)放大濾波后，送往A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成相應數(shù)字量，經(jīng)計算機采集、存貯和處理后，檢測結(jié)果由數(shù)碼管顯示或由打印機打印出來。打印格式與內(nèi)容由軟件設計而定。一般可以把左、右輪最大制動力、制動力和、制動力差、阻滯力和制動力一時間曲線等一并打印出來。在制動過程中，當左、右車輪制動力和的值大于某一值（如500N）時， 計算機即開始采集數(shù)據(jù)，采集過程所經(jīng)歷時間是一定的（如3s）。經(jīng)歷了規(guī) 定的采集時間后，計算機發(fā)出指令使電動機停轉(zhuǎn)，以防止輪胎剝傷。在有第三滾筒的制動試驗臺上，在制動過程中第三滾筒的轉(zhuǎn)速信號由傳感器轉(zhuǎn)變成電信號后輸入計算機，計算車輪與滾筒之間的滑動率。當滑動率達到一定值（如25%）時，計算機發(fā)出指令使電動機停轉(zhuǎn)。如車輪不駛離制動臺，延時電路將電動機關(guān)閉3-5s后又自動起動。檢測過程結(jié)束，車輛即可駛出制動試驗臺。
由于制動力檢測技術(shù)條件要求是以軸制動力占軸荷的百分比來評判的，對總質(zhì)量不同的汽車來說是比較客觀的標準。為此，除了設置制動試驗臺外，還必須配備軸重計或輪重儀，有些復合式滾筒制動試驗臺裝有軸重測量裝置。其稱重傳感器（應變片式）通常安裝在每一車輪測試單元框架的4個支承腳處。
有的反力式滾筒制動試驗臺可以選擇每一車輪制動力測試單元的滾筒旋轉(zhuǎn)方向。兩個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臺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）的制動力。測試時使左、右車輪制動測試單元的滾筒轉(zhuǎn)動方向一正一反，只采集正轉(zhuǎn)時的制動力數(shù)據(jù)，這樣可以省去試驗臺前、后設置自由滾筒裝置。這是因為驅(qū)動軸內(nèi)有輪間差速器的作用，當左、右車輪反向等速旋轉(zhuǎn)時差速器殼與主減速器將不會轉(zhuǎn)動。所以當被檢測軸車輪被滾筒帶動時，另一在試驗臺外的驅(qū)動軸將不會被驅(qū)動。而對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臺上逐軸測試每車軸的車輪制動力。
此外，現(xiàn)在很多制動試驗臺都裝有配套的軸重計量設備。軸重計量裝置按照工作原理可分為機械式和電子式兩類。機械式稱重是按照不等臂杠桿平衡原理利用擺錘、齒板齒輪傳動而設計的，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備生產(chǎn)廠家大多采用先進的、有微處理機系統(tǒng)的電子式軸重計量裝置，它具有零點自動調(diào)整、自動去皮、高分辯率顯示等功能，適合各種汽車的軸荷計量。電子式軸重計量裝置一般由機械部分（包括承載裝置和傳感器裝置）和顯示儀表等兩部分組成。機械部分又稱為秤體。秤體部分包括承載臺板、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，它造價較高，但它的性能指標好，是一種高精度、抗偏性能優(yōu)越的器件。
汽車開上制動試驗臺使被檢車軸左右車輪處于每對滾筒之間，放下舉升器。起動電動機，通過減速器、鏈傳動和主從動滾筒帶動車輪低速旋轉(zhuǎn)，然后用力踩下制動踏板。此時，車輪產(chǎn)生的制動力作用在滾筒上，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)換成反映制動力大小的電信號，由計算機采集、處理后，指令電動機停轉(zhuǎn)，并由指示裝置或打印機輸出檢測到的制動力數(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.加強版 8.臺面限位鋼球
圖3.4 軸重測量裝置秤體結(jié)構(gòu)簡圖
3.4 制動試驗臺力學分析
由于臺架試驗的受力狀況與實際道路大不相同，無法模擬道路制動的力學狀況，因此有必要深入了解臺架試驗臺的制動過程，分析反力式制動試驗臺的測試性質(zhì)，包括能測試的制動力的大小及影響因素，測試過程滾筒載荷的變化。檢測制動力時會出現(xiàn)過的幾種情況：（1）未制動時，車輪被滾筒驅(qū)動而轉(zhuǎn)動，儀表顯示的是該輪（左、右）阻滯力，阻滯力應不大于該軸荷的8%；（2）完全制動（制動踏板踏到底）時，被檢車輪隨滾筒轉(zhuǎn)動，若指示裝置顯示的制動力很小，達不到標準要求，則制動不合格。屬制動性能不好，車輪沒有抱死。一般調(diào)整、維修解決；（3）完全制動時，被檢車輪在兩滾筒上略有轉(zhuǎn)動（車輪處于似抱死非抱死狀態(tài)），指示裝置顯示最大制動力值；（4）完全制動時，被檢車輪開始脫離前滾筒，后移至主動滾筒一側(cè)，車輪在滾筒上打滑，指示裝置所示制動力小于最大制動力；（5）完全制動時，被檢車輪爬上后滾筒，甚至被推至主動滾筒后面，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)在駐車制動或后輪制動的檢測上，易出現(xiàn)誤判。如前輪制動效果不好，當檢測后輪時，易造成爬輪現(xiàn)象，誤判后輪制動為不合格[12]。
檢測時，滾筒的線速度很低，可忽略制動時車輪的慣性力矩和滾動阻力矩，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）
當車輪制動時，試驗臺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)；
——車輪所承受的制動力矩。
由此可知滾筒直徑和滾筒中心距是制動臺的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。檢測車輪制動力時， 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， 檢測的制動力就越大。
3.5 影響制動性能檢測的因素分析
（1）安置角和被檢車輪半徑R對檢測結(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對檢測結(jié)果的影響
Φ越大，試驗臺測力能力也越大。Φ不同，制動力檢測結(jié)果也不同。標準規(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)。西歐式試驗臺，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0.7-0.88，且滾簡直徑較大，測試狀態(tài)具有良好的實際道路模擬效果，但對輪胎磨損較嚴重。日式試驗臺，滾筒一般鋼質(zhì)、槽形，Φ濕態(tài)為0.45。Φ干態(tài)>0.65，使用時應保持滾筒表面的干燥和清潔。國內(nèi)制造的制動試驗臺大部分為日本式，Φ多為0.4--0.65之間，滾筒材質(zhì)要求不高、工藝簡單、經(jīng)濟性好、對輪胎磨損較小。
（3）滾筒測試車速對檢測結(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0.18km/h ，驅(qū)動功率較低，經(jīng)濟性較好，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)動功率較大，制動系的受力更接近行車狀況，如同時檢測制動協(xié)調(diào)時間，則更為準確。制動器的摩擦系數(shù)隨滾筒線速度增高而減小并漸趨穩(wěn)定。當滾筒線速度小于2.5km/h時，檢測的失真現(xiàn)象較為嚴重[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試驗臺主要由框架、驅(qū)動裝置、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。當被檢車輛駛上制動試驗臺后，車輪置于兩滾筒之間，這時左、右兩電機啟動，帶動滾筒旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定值后，通知駕駛員迅速踏制動器（或拉手制動桿），這時車輪的轉(zhuǎn)速降低.車輪與滾筒之間產(chǎn)生了相對滑移，此時，與車輛制動力大小相等、方向相反的力作用在試驗臺上由測力裝置可測量出其值，并記錄制動曲線。當車輪速度降低到某值時，為了減少輪胎磨損，電機自動停轉(zhuǎn)。本文分析了汽車在制動試驗臺受力情況，推導出求汽車最大制動力的公式。根據(jù)公式，分析影響檢測汽車制動性能的因素。
第4章 汽車制動實驗臺結(jié)構(gòu)設計
4.1 引言
汽車制動試驗臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)對制動性能的測量結(jié)果有著重要關(guān)系。只有合理選擇制動試驗臺的設計參數(shù)，才能提高試驗臺測試的準確性與可靠性，以及耐用性和使用經(jīng)濟性。本文所研究的汽車制動試驗臺主要是檢測各類中小型汽車（最大軸重為10噸）的制動性能。應能同時對同一軸上的左右兩個車輪進行測量。并顯示其制動力大小、制動力和與差、制動時間。本章將分析汽車制動試驗臺主要結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇方法。制動試驗臺主要結(jié)構(gòu)有滾筒、電動機、減速器等。
4.2 設計依據(jù)和要求
1.設計依據(jù)
（1）GB7258—2004《機動車安全技術(shù)運行條件》；
（2）GB11798《汽車安全檢測設備檢定技術(shù)條件》；
（3）GB/T18344《汽車維護、檢測、診斷技術(shù)規(guī)范》；
（4）GB/T13564《滾筒反力式汽車制動檢驗臺》。
2. 適用范圍
適用于10t機動車的出廠檢驗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
第一：測量參數(shù)：
① 左右兩輪拖滯力；
② 左右兩輪最大制動力；
③ 制動平衡；
④ 協(xié)調(diào)時間。
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、從動滾筒高度差：30mm；
⑥最大示值：10000N；
⑦電動機功率：11kW；
⑧傳感器信號：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：當制動力大于0.0075G時，誤差不超過各檢定點給定值的±4%；當制動力不大于0.0075G時，誤差不超過各檢定點給定值的±0.00060G（G—額定軸載荷，N）；額定載荷不大于30kN的制動臺，當輪制動力不大于0.015G時，允許示值誤差不超過各檢定點給定值的±18.0N。
（2）工作過程及步驟
反力式滾筒汽車制動性能試驗臺的工作過程如下：
① 左電機正轉(zhuǎn)（Y- △起動）；
② 右電機正轉(zhuǎn)（Y- △起動）；
③ 測拖滯力并顯示；
④ 踩剎車，測制動平衡，協(xié)調(diào)時間，兩輪最大制動力；
⑤ 當滑移量達到設定值時，停兩電機；
⑥ 當轉(zhuǎn)速為零（約停機后3s）時，兩電機反轉(zhuǎn)；
⑦ 3～4s 后停兩電機。
（3）功能要求
反力式滾筒汽車制動性能試驗臺的功能要求如下：
第一：汽車制動性能檢測系統(tǒng)具備手動檢測和自動檢測兩種功能；
第二：要求顯示左輪制動力（N）、右輪制動力（N）、左時間（S）、右時間（S）、制動平衡（%）。
4.3 滾筒設計
1.滾筒直徑的選擇
目前制動試驗臺多采用滾筒中心距不可調(diào)式。由此，減小滾筒直徑，可使車輪在試驗臺上的安置角增大，增加試驗臺的穩(wěn)定性，提高車輪與滾筒間的蹬著力，節(jié)省驅(qū)動電機功率.但滾筒直徑不能過小，否則車輪的滾動損耗將明顯增加.考慮到試驗車速低，一般小于2～2.5km/h，此時滾動阻力不是主要因素，根據(jù)國家標準GB/T13564-2005，本制動試驗臺選取滾筒直徑為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)及試驗臺的通用性，通常取700～1000mm。本制動試驗臺選取滾筒長度為l000mm。
3.滾筒轉(zhuǎn)速的選擇
滾筒轉(zhuǎn)速決定測試車速的高低，為使汽車測試時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.試驗臺的驅(qū)動功率也隨之增加.因此還要考慮使用經(jīng)濟性。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，本制動試驗臺滾筒轉(zhuǎn)速選取54rpm。
4.車輪與滾筒間附著系數(shù)的選擇
車輛在試驗臺上測試時，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)，才能在滾筒式制動試驗臺上較真實地再現(xiàn)汽車在路面上的制動狀況。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，本制動試驗臺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，本試驗臺中后滾筒比前滾筒高52mm，有效阻止車輪由后滾筒脫離試驗臺。
5.最佳安置角的選擇
（1）安置角對測試車輪穩(wěn)定性的影響
車輪在試驗臺上測試時的受力情況如圖4.1所示。分析時忽略了非測試車輪約束反力的影響，并假設測試車輪為剛性。電機通過減速箱以力矩M1、M2分別驅(qū)動前后滾筒轉(zhuǎn)動。踩下觸動踏板時，車輪受到制動器制動力矩MT的作用（G為車輪所受的載荷。N1、N2為前后滾筒對車輪的法向反力），產(chǎn)生車輪與滾筒間的摩擦力即制動力Fx1、Fx2。在Fx1、Fx2的作用下，車輪有向后移動的趨勢。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。
隨著制動力矩MT的增加，F(xiàn)x1、Fx2增大，測試車輪的最大制動力應出現(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刻。此時有：