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1、第一章综述1.1课题研究的意义汽车制动性能的检测是机动车安全技术检验的重要内容之一,也是汽车保修企业进行故障修理和调试的科学依据。制动性能是汽车在行驶中能人为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力,是汽车的重要性能之一。汽车的制动性能不仅取决于制动系的性能,还与汽车的行驶性能、轮胎的机械特性、道路的附着条件以及与制动操作有关的人体工程特性有密切关系。因此,汽车制动性能检测的研究为其制动性能的试验分析和检测提供了条件。制动性能的优良与否直接关系到汽车的安全性,在机动车发生的交通事故中由于制动不良占有很大的比重,因此对于影响交通事故的“人、车、路、环境”等因素中,汽车本身是一个非常重要的影响因素,
2、提高汽车本身的安全性能,减少交通事故及减轻事故过程中对乘员及行人的伤害,从而提高交通安全性有着非常重要的意义【3】。因此,在实际检测的基础上对在用车辆的制动性能进行分析和研究,揭示其内在的规律性,找出其存在的问题并提出解决的方法,对确保道路交通安全无疑具有非常重要的意义。 随着不解体在线检测技术的发展,汽车制动性能的检测已由经验定性型向仪器化的定量与定性相结合的方向发展。近年来,随着电子技术及机械加工工业的发展,在传统检测方法的基础上,逐步发展成现代汽车诊断与检测技术。汽车检测通常指使用现代检测技术和设备结合计算机!自动控制等高新技术来检测汽车技术状况,它是以工程数学、故障物理、可靠性理论、电
3、子学和电子技术、信息控制理论等为基础的一门综合性应用科学【2】。汽车检测对于保证交通安全,加强环境保护,提高运输能力和降低成本都具有重要意义。因此本课题的研究具有现实意义。1.2 小型汽车制动性能检测方法1.2.1 台阶法台试检测汽车的制动性能是在室内制动检测台上进行的。台试法检验制动性能不受外界条件的限制,重复性好,能定量测得各轮的制动全过程有利于分析前后轴制动力的分配及每轴制动力的平衡状态。制动协调时间等参数,给故障诊断提供可靠依据。所以台试法在国内外获得了广泛的应用,但台试法需要大型设备与厂房。目前台试法所采用的检测设备主要有:反力滚筒式制动检测台、惯性式滚筒制动检测台、平板制动检测台全
4、国各检测站应用最多的是反力滚筒式制动检测台【2】。1.2.2 路试法根据GB7258一20045机动车运行安全技术条件6规定,当汽车经台架试验后对其制动性能有质疑时,可由道路实验检验,并以满载路试检验结果为准路试法是检验汽车制动性能唯一真实的检测方法。路试法要求试验路面应为平坦(坡度不超过1%)，干燥和清洁的水泥或沥青路面。轮胎与路面之间的附着系数不小于,风速不大于在试验路面上应画出标准中规定的制动稳定性要求相应宽度试车道的边线。被测车辆沿着试验车道的中线行驶至高于规定的初速度后至变速器于空档。当滑行到规定的初速度时急踩制动踏板,使车辆停住用速度计，第五轮仪或用其他测试方法测量车辆的制动距离,
5、用速度计,制动减速度仪或其他测试方法测量车辆充分发出的平均减速度(MFDD)与制动协调时间【2】。1.3 小型汽车制动性能检测方法原理1.3.1 反力滚筒式制动检测台滚筒反力式制动检验台的检测原理如图1-1所示。将被检汽车的车轮置于两个滚筒上，电动机通过减速器驱动滚筒，从而带动车轮旋转以模拟汽车在路面上行驶，相当于汽车不动，路面以定速移动。踏下制动踏板，车轮制动器产生的制动力矩阻碍滚筒转动，则滚筒对车轮作用制动力，同样车轮对滚筒也产生反作用力。该力与滚筒对车轮的制动力大小相等，方向与滚筒的旋转方向相反。通过浮动的减速器壳体、测力杠杆将车轮对滚筒的反作用力传给力传感器，然后由测量仪表采集力传感器
6、的输出信号，经相关的数据处理，得到制动全过程中滚筒对车轮的制动力的过程变化曲线，从而给出汽车制动系技术状况的评价。当制动力大于车轮与滚筒的附着力时，车轮在滚筒上打滑。若车轮制动力继续增加，测量仪表只能测得滑移时的附着力【1】。滚筒反力式制动检验台以汽车制动力、制动力平衡、制动协调时间、完全释放时间、阻滞力和制动踏板力等为测量参数，其测试条件稳定，重复性好，技术成熟，结构简单，所需驱动功率小，设备制造及试验的成本较低。图1-1 制动力测量原理图1-2为典型的滚筒反力式制动检验台结构简图。滚筒反力式制动检验台具有左、右对称布置的两套独立测试系统，分别用于测试同一车轴上的左、右两车轮。它由框架、驱动
7、装置、滚筒装置、制动力测量装置、轴重测量装置、第三滚筒装置、脚踏开关和测量仪表等组成。图1-2 单轴滚筒反力式制动检验台原理1电动机 2压力传感器 3减速器 4转速传感器 5滚筒 6第三滚筒 7链传动8测量仪表1.3.2 惯性式制动试验台惯性式制动检测台的滚筒相当于一个移动的路面,检测台上各对滚筒分别带有飞轮其惯性质量与受检汽车的惯性质量相当。因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路行驶的惯性,制动时,轮胎对滚筒表面产生阻力,虽然这时驱动滚筒传动系统的动力(如电动机或汽车发动机的动力)已被切断。但由于滚筒传动系统肯定有一定的惯性,因而滚筒表面将相对于车轮移过一定距离【4】。由此可见,在惯性式制动检
8、测台上可以模拟道路制动试验工况。这种检测台的主要检测参数是各轮的制动距离,同时还可测得制动时间或减速度。图1-3为双轴惯性式滚筒制动检测台简图。图 1-3双轴惯性式滚筒制动检测台简图1-飞轮 2-传动器 3、6-变速器 4-测速发电机 5、9-光电传感器 7-可移导轨 8、12-电磁离合器 10-移动架 11-传动轴 13-万向节 14-后滚筒 15-前滚筒 16-举升托板 17-移动架驱动液压缸 18-锁紧液压缸 19-第三滚筒 20-第三滚筒调节器1.3.3 平板式式制动试验台平板式制动检验台是利用汽车在测试平板上紧急制动过程来测定汽车前后轮制动力的，它有单轴式和双轴式两种。图1-4是意大
9、利VAMAG公司的双轴平板式制动检验台的结构简图，它是集制动、称重、侧滑、悬架等四项功能于一体（“四合一”式）的汽车检测设备。该检验台由测试平板、踏板压力计、测量仪表组成。测试平板共6块，其中“制动、轴重、悬架”测试平板共4块，“侧滑”测试平板1块、空板1块。“侧滑”测试平板用于测量汽车侧滑量。踏板压力计的作用同滚筒反力式制动检验台【1】。图 1-4 平板式制动检验台的构成1测量仪表 2侧滑测试平板 3、5制动、轮重及悬架测试平板 4空板4块“制动、轴重、悬架”测试平板的结构完全相同（图1-5），主要由面板、底板、钢珠、压力传感器和拉力传感器组成。被检汽车以510km/h的车速驶上该测试平板时
10、，驾驶员迅速踩下制动踏板，使各车轮分别在每块“制动、轴重、悬架”测试平板上停住。此时测试平板将汽车制动时的前冲惯性力（数值与汽车制动力相等）和测试平板承受荷重变化分别传递给平板下的拉力传感器和压力传感器，即压力传感器和拉力传感器分别用于测量在制动过程中，被检车轮作用于测试平板上的垂直力和水平力。测量仪表通过对垂直力随时间的变化曲线进行处理和分析，除了得到被检车轮的轴重外，还可获知汽车车身的振动情况，从而判断被测车轮悬架的技术状况。而对水平力随时间的变化曲线的处理和分析，可得出各车轮制动力、轴制动力、制动力平衡、全车制动力和协调时间、制动释放时间等测试结果【1】。图 1-5 制动、轴重及悬架测试
11、平板的构成1底板 2钢珠 3压力传感器 4面板 5拉力传感器1.4数据采集方式1.4.1反力滚筒式制动检测台1.4.1.1 制动力测量装置制动力测量装置主要由测力杠杆和力传感器组成。测力杠杆一端与力传感器连接，另一端与减速器壳体连接，被检车轮制动时测力杠杆与减速器壳体将一起绕主动滚筒轴线摆动。传感器将测力杠杆传来的、与制动力成比例的力转变成电信号【1】。传感器有应变测力式、自整角电机式、电位计式、差动变压器式等多种类型。现多采用S型拉压测力传感器。1.4.1.2 轴重测量装置除单独配备轴重仪外，有些复合式滚所以进行制动力测量前 应先测出车重或车轴的载荷 除单独配备轴重仪外 有些复合式滚筒式制动
12、检验台内装有两组轴重测量装置。每组四个称重传感器分别安装在每套制动力承受装置框架的四个支承脚处。称重传感器采用悬臂梁式力传感器【1】。1.4.1.3 脚踏开关脚踏开关采用普通的脚踏开关型传感器。测量时，将脚踏开关放置于制动踏板上。当驾驶员踩下制动踏板时，脚踏开关给出开关量信号。经光电隔离送至测量仪表后，指示开始制动的信号，记录制动的时间【1】。1.4.1.4 转速转速传感器装在第三滚筒的轴端，有磁电式、光电式等类型，它的测量转第三滚筒的一端开有数个小孔，利用这些小孔使转速传感器产生脉冲信号，速范围较低。在第三滚筒的一端开有数个小孔，利用这些小孔使转速传感器产生脉冲信号【1】。由测得的脉冲信号值
13、和第三滚筒直径能准确地算出第三滚筒的转速。车轮到位行程开关输出开关量信号，用它来感知汽车是否驶上制动检验台。图1-6 第三滚筒装置1 滚筒 2、5第三滚筒 3弹簧 4行程开关 6脉冲信号孔 7支臂 8磁电式转速传感器1.4.2平板式制动检测台平板式制动检测平台所采用的传感器与反力滚筒式制动检测台相同此外还增加了侧滑传感器。1.4.2.1侧滑数据采集【3】侧滑数据采用侧滑传感器获得.侧滑传感器多数采用差动变压器式的位移传感器,其结构和工作原理如差动变压器是将测量信号的变化转化成线性互感系数变化的传感器,它的结构如同一个变压器,由初级线圈、次级线圈、铁芯等几部分组成在初级线圈接入电源U后,次级线圈
14、即感应输出电压U,滑动板移到时引起铁芯的移到,从而引起线圈互感系数的变化,此时的输出电压随之作相应的变化。其结构如图1-7所示。图1-7 差动变压器式的位移传感器1.5 数据的采集过程及处理1.5.1 反力滚筒式制动检测台1.5.1.1测量仪表制动检验台的测量仪表有智能仪表和虚拟仪表两种型式，目前后者采用较多。图1-7 测量仪表构成以虚拟仪表为例，它由多功能采集卡、信号调理板、光电隔离板、电机控制柜、算机和打印机等组成，如图5-12所示。多功能采集卡具有A/D、D/A、D/I和D/O接口，分别用于获取模拟输入信号、模拟输出信号、数字输入信号和数字输出信号【1】。1.5.1.2左右轮阻滞力、制动
15、力的数据采集测量左右轮阻滞力、制动力的数据采集过程如下：被检汽车驶上制动检验台后，车轮置于主、从动滚筒之间，压下第三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程开关被接通。计算机得到车轮到位信号后，发出D/O控制信号以驱动左右滚筒电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮低速旋转。此时开始测取阻滞力（约5s），阻滞力采集完毕后存储数据。然后，计算机发出指示信号，提示驾驶员制动。驾驶员踩下制动踏板后，车轮在车轮制动器的摩擦力矩作用下开始减速旋转，此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎周缘的切线方向作用制动力，用于克服制动器摩擦力矩，维持车轮继续旋转【1】。与此同时，车轮轮胎对滚筒表面切线方向产生一个与制动力等值反向的反作用力。该反作用力使减速器壳体与测力杠杆一起朝滚筒转动相反方向摆动，测力杠杆一端的力经传感器转换成与制动力大小成比例的电信号【5】。从测力传感器送来的电信号经放大滤波后，送往A/D转换器转换成相应数字量，经计算机采集、存储和处理后，检测结果由数码管显示或由打印机打印出来。在制动过程中，当左、右车轮制动力的和大于某一值，或者是脚踏开关发出制动踏板踩下信号，计算机即开始对左、右制动力传感器的信号进行采样，采集过程所经历时间是一定的（如3）。经历了规定的采集时间后，计算机发出指令使电动机停转，以防止轮胎剥伤【2】。在有第三滚筒的制动检验台上，在制动过程中第三滚筒的转速信
