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附錄
VIRTUAL INSTRUMENT AND FREQUENCY CONVERSION TECHNOLOGY-BASED BRAKE TEST SYSTEM
Brake is widely useful and very important safety assuring equipment. The aim of Brake test system， which is based on visual instrument and frequency changing technology， is to integrative measure and analyze the performance and quality of the brake.This paper mainly introduces the principle， composing，function and features of the brake test system. And from the point of view of the principle of Visual Instrument （VI） technology， a test system， based on the VI and frequency changing technologies and consist of frequency changing drive and control sub-system and measuring sub-one， is constructed. With the test system the performances and braking course could be auto controlled and measured to the brakes which includes disc and drum ones. And the measuring and control software is programmed with the LabVIEW published by American NI Corporation， USA.Then data real time acquisition， processing， displaying and recording will be realized. The test system also has the functions of voltage adjusting， rotating speed control， load regulating， JC value setting， temperature measuring， and braking route and time memorizing and analyzing. It will be very important for meaning and exciting boosting effect to advance quality and capabilities of the brakes and the security of equipments and system which have adopt the brakes.
1 Operating principles
According to the principle of work and power， the change of kinetic energy in the moving of objects equals to the full power of the force act on the object in that process.The energy obtained by brake to be tested：
Therefore， it is feasible to use combined inertial flywheels to simulate rotating inertia of crane hoist and its transmission components to test the performance and quality of the brake.
According to the moment of momentum theorem：
Tb·t =Ji·ω （1）
When Tb is fixed， tb can be controlled through combinations between Ji and ω differently. Brake drum or plate， which will be measured， and combined inertial flywheels for loading on are driven to rotate by AC frequency conversion motor （or DC one， which will not be
dealt with in this article carefully）. According to the principles shown in the formula （1） ， we can simulate actual processes of brakes fitted on lifting and transport machineries， engineering ones， mining ones and construction ones by changing the technical specification duty JC， the flywheel's inertial moment Ji and motor's rotational speed ni.When detected brakes work in simulation cycle and brake repeated， infrared thermoscopes and torque sensors， and other sensors will record braking shown in the heat， braking torque，braking time and brake speed parameters.
2The composition and structure of the brake test system
This test system is intended to achieve the performances of drum and disc brakes and has following functions：
（1） Brake replacement
According to different type of brakes the corresponding base will be chosen and brake position could be adjusted using electric slide test-bed；
（2） Multi-level loading
We can simulate the actual loading on brakes in a crane with different combined flywheels. The test system adopts manual hydraulic system composed by a three-position four-way hand-operated direction valve， a relief one and their accessories， and it is operation saving and convenient to replace flywheels.
（3） Regulation the rotational speed n （or ω）
It can be realized by changing frequency supplied to the AC motor. When braking torque is very large， such as 10000Nm， it should be appropriate for regulating initial brake speed upward 1000r/min to minimize rotating inertia possibly.
（4） Braking frequency adjustment
Based on actual needs braking frequency can be confined in a range of 1~4 times per minute.
（5） Braking torque measurement
There are three methods：
a） Direct measurement via torque sensors：Rotational speed and torque sensor will be installed between the detected brake drum or plate and inertial flywheel plates.Dynamic braking torque of detected brake will be directly measured， shown in Fig.1 and Fig.2. According to the scope of braking torque of detected brakes， two or three rotational speed and torque sensors should be prepared for testing torque to meet the accuracy requirements；
b） Indirect parameter measurement：
Based on the rotating inertia and braking time we can get brake torque using mathematical relationship between these parameters， as shown in Fig. 2.
c） Indirect measurement by pedestal-force：
The pressure sensors are installed under the base where detected brake are fixed to feel the forces given by brake， and then to obtain brake torque.
The second approach has small investment， simple structure and no torque sensors which mean not considering related troubles of changing torque sensors. But the procedure to
calculate torque is complex， and accumulating total errors would be larger and then the result accuracy will be low.
The third way has the advantage of the replacement of sensors is easier and no special requirements for sensors installing precision. It is still an indirect measurement but the procedure is less than that in the second method and that means the cumulative errors relatively is smaller. And visible shortcoming is poor dynamic response.
（6） Automatic control
Except to manual operation test system is also programmed control.
（7） Monitoring
Braking frequency， initial braking speed， the aggregate braking number， moment， time and so on will be shown automatically.
（8） Automatically data acquisition and processing
The curve describing braking torque， time and speed could be drawn automatically by means of computer software while detected brake is measured in dutycycle operation. Therefore， in response to the way to test braking torque the system can be divided into three ones of that with torque sensor such as Fig.1 and 2 above， that without torque sensor such as shown in Fig.3 and that of pedestal-power measurement without torque sensor， as shown in Fig.4. The test system is mainly composed of AC frequency conversion transmission system， flywheels loading system， rotational speed and torque sensors， base which to fix drum or plate brakes， adjustable DC power supply， detected brakes and test and control system.
基于制動試驗臺的虛擬儀器與變頻技術
制動器是廣泛有益的和非常重要的安全保障設備。制動測試系統(tǒng)的目的是綜合衡量和分析制動試驗系統(tǒng)的性能和質量的剎車，組成，功能。從目視儀器理論的角度來看，基于VI和頻率不斷變化的技術和包括頻率變化的驅動和控制子系統(tǒng)和測量分之一構成的。隨著測試系統(tǒng)的性能和制動過程可自動測量，以控制和剎車，其中包括光盤和鼓的。和測量和控制軟件的設計與LabVIEW的出版的美國公司-美國。然后數據實時采集，處理，顯示和記錄一定會實現。測試系統(tǒng)還具有功能的電壓調整，轉速控制，負荷調節(jié)，巴埃納價值設定，溫度測量，和制動路線和時間背誦和分析。這將是非常重要的意義和令人激動的推動作用，以推進素質和能力的剎車和安全的設備和系統(tǒng)已經采取剎車。
1.工作原理
根據工作原理和功率的變化動能在移動的物體等于全部力量采取行動，該部隊的目標過程中取得的制動能量進行測試：因此，它是可行的使用相結合，模擬慣性飛輪轉動慣量的起重機吊重機及其傳動部件的性能測試和質量制動。根據動量矩定理：
Tb·t =Ji·ω （1）
當TB是固定的，TB是可以控制的，通過組合之間籍和ω不同，制動鼓或板，這將是衡量，并結合慣性飛輪裝載的驅動旋轉的交流變頻電機。根據原則表現在公式（1），我們可以模擬實際過程中剎車安裝在起吊和運輸機械，工程的，采礦業(yè)和建筑業(yè)的是通過改變技術規(guī)范責任巴埃納，飛輪的慣性時刻姬和電機轉速鎳。當工作中發(fā)現剎車和制動仿真周期重復，其他傳感器將記錄中顯示的制動熱，制動力矩，制動時間和制動的速度參數。
2.剎車測試系統(tǒng)的組成和結構
該測試系統(tǒng)是為了實現表演鼓和盤式制動器，并以下職能：
（1）更換制動
根據不同類型的剎車相應的基地將選擇和剎車的位置可以調整使用電動滑試驗臺；
（2）多層次載入中
我們可以模擬實際負荷制動器在起重機不同組合飛輪。該測試系統(tǒng)采用手動液壓系統(tǒng)組成，由一個三人立場四路手操作的方向閥，救濟及其配件之一，它是操作方便，節(jié)約和替代飛輪。
（3）規(guī)例轉速n
它可以實現通過改變頻率提供給交流電動機。當制動力矩非常大，如10000Nm ，應該適當調節(jié)初始制動速度向上1000r/min盡量轉動慣量可能。
（4）制動頻率調整
根據實際需要制動頻率可以限于在1 ? 4倍，每分鐘。
（5）制動力矩測量，有三種方法：
a) 直接測量通過扭矩傳感器：轉速和扭矩傳感器將被安裝與檢測制動鼓或板和慣性飛輪板.動態(tài)制動力矩的檢測制動將直接測量，顯示在圖1和圖2 。根據范圍的制動力矩的檢測剎車，兩個或三個轉速和扭矩傳感器應準備用于測試的扭矩，以滿足精度要求；
b) 間接參數測量：
基于轉動慣量和制動時間，我們可以用數學制動力矩這些參數之間的關系，如圖2所示
c) 間接測量的基座力：
壓力傳感器安裝在基地發(fā)現剎車固定感受到部隊給予剎車，然后獲得制動力矩。第二個辦法投資少，結構簡單，沒有扭矩傳感器，這意味著不考慮相關故障的改變扭矩傳感器。但是程序計算扭矩是復雜的，并積累總額將是更大的錯誤，然后將結果準確性低。第三條道路的優(yōu)點是更換傳感器更容易，也沒有特殊要求的傳感器安裝精度。它仍然是一種間接測量的程序，但低于第二方法和手段的累積誤差相對較小。和明顯的缺點是窮人的動態(tài)響應。
（6）自動控制
除手動操作測試系統(tǒng)也編程控制。
（7）監(jiān)測
制動頻率，初始制動速度快，制動人數的總和，目前，時間等將自動顯示。
（8）自動數據采集與處理
曲線描述制動力矩，時間和速度可以得出自動通過計算機軟件，同時檢測制動測量占空比工作。因此，在應對方式的制動力矩測試系統(tǒng)可分為三個一的，在扭矩傳感器，例如圖1和2段，如果沒有扭矩傳感器，如在圖3所示和底座，功率測量無扭矩傳感器，圖4所示。該測試系統(tǒng)主要由交流變頻傳輸系統(tǒng)，飛輪加載系統(tǒng)，轉速和扭矩傳感器，基地修復剎車鼓或板，可調直流電源供應器，檢測剎車系統(tǒng)以及測試和控制系統(tǒng)。
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哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）任務書
姓 名： 王海軍 院 （系）：汽車工程系
專 業(yè)： 交通運輸（汽車運用工程） 班 號：0793122
任務起至日期： 年 月 日至 年 月 日
畢業(yè)設計（論文）題目：
反力式汽車制動試驗臺的設計
立題的目的和意義：
汽車制動性能的檢驗是機動車安全技術檢驗GB7258《汽車安全性能檢測技術條件》的重要內容之一，汽車制動性能的好壞，直接關系到生命和財產的安全。
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。
通過設計，培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎知識與專業(yè)知識，結合社會調查及生產實際，學會分析問題、提出問題及解決問題的能力。
技術要求與主要內容：
設計一種能滿足GB7258汽車安全性能檢測中汽車制動性檢測要求的試驗設備。設備的具體內容包括：
（1）試驗臺機械部分總體結構；
（2）減速器類型的選擇及設計；
（3）滾筒及其附件的設計。
適用車型：乘用車及中、小型商用車輛。
試驗臺類型：單軸式雙滾筒式試驗臺。
進度安排：
第 1~2 周 收集資料，完成開題報告，完成總體設計方案
第 3~7 周 完成整體設計，材料的選擇和相關計算，完成所有草圖的繪制
第 8~9 周 完成所有正式圖紙的繪制和論文草稿；
第10~11周 對畢業(yè)設計論文的內容、格式、英、漢文摘要、畢業(yè)論文等內容進行修改，2、完成正式論文的裝訂；3、12月16日上交所有畢業(yè)設計相關材料。
第 12 周 準備畢業(yè)設計答辯
同組設計者及分工：
指導教師簽字___________________
年 月 日
系（教研室）主任意見：
系（教研室）主任簽字___________________
年 月 日
說明：請同學們下載后，上述五頁與論文使用同材質紙張打印，此頁不必打印。
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
摘 要
汽車制動性能的檢驗是機動車安全技術檢驗的重要內容之一，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注。汽車制動性能的好壞直接關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。本論文的內容就是對汽車制動試驗臺的關鍵技術進行研究。首先論文對國內外汽車制動試驗臺的現狀和今后發(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構進行了分析，提出選擇試驗臺滾筒尺寸，轉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。
關鍵詞：汽車制動試驗臺；制動性能；檢測；滾筒；反力式
哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文）
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
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構參數對制動性能的測量結果有著重要關系。只有合理選擇制動試驗臺的設計參數，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。制動試驗臺主要結構有滾筒、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檢驗的重要內容之一，也是汽車保修企業(yè)進行故障和調試修理的科學依據。近年來，隨著不解體檢在線檢測技術的發(fā)展，汽車制動性能的檢測與診斷己由經驗定性型向儀器化的定量與定性相結合方向發(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的參數。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。當轉速達到穩(wěn)定值后，通知駕駛員迅速踏制動器（或拉手制動器），這時車輪的轉速降低。車輪與滾筒之間產生了相對滑移，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。反力式制動試驗臺結構筒單，測試方便，耗電小，使用成本低。在國內外被廣泛采用。我國的《機動車安全運行技術條件》中對臺試車輪制動力也給予承認。因此，國內交通、公安車管部門廣泛使用的幾乎都是反力式制動試驗臺。
室內汽車制動試驗臺一般只根據一些檢測數據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，這是目前檢測技術存在的一個缺陷。隨著科學技術的發(fā)展，應用先進技術對在用車輛實行技術狀況監(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確定和預測汽車制動狀況的動態(tài)特性；應用診斷參數信息的識別和傳感技術。建立故障模式；充分利用計算機技術，分析診斷多數信息，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狀況，并將檢測、診斷和預測融為一體，是今后汽車檢測技術的發(fā)展方向。
1.2 國內外相關領域研究現狀及發(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的大量應用，平板式檢測設備的數據采集系統(tǒng)（含各種傳感器）都采用微電子技術和計算機控制。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，具有遠高于良好路面的附著系數，在正常磨損范圍內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）特別適合現代轎車和摩托車的檢測。現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）檢測技術尚不成熟，定量分析技術仍末完善解決，傳感技術和計算機后處理技術要求很高，有待電子技術應用的進一步提高；
（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，限位開關脫開后，試驗臺才能啟動運轉。（2）在測試過程中，當試驗臺轉速達到穩(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，當第三滾筒轉速下降到穩(wěn)定轉速的70%時，為了不使輪胎產生嚴重磨損，控制系統(tǒng)發(fā)出訊號，使電機停止運轉。
對反力滾筒式來說，最重要的結構技術參數和性能是：試驗臺滾筒轉速、滾筒直徑、滾筒表面形狀及材質、電動機驅動功率、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速、滾筒表面形狀及材料、滾筒表面的附著系數成為模擬實際工況的重要參數，一直是研究的焦點，大多數專家認為使用高轉速、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）結合國情進行技術改造，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速。
作為新一代產品——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 論文主要研究內容及技術途徑
1.3.1 課題主要研究內容
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. 制動試驗臺結構設計的研究
對制動試驗臺改進方案進行結構設計，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、信號調理電路設計、數據采集系統(tǒng)設計、控制裝置的設計。
1.3.2 技術途徑與方法
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。
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構及工作原理
2.1.1 結構
反力式滾筒制動試驗臺的結構如圖2——1所示。它由結構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、驅動裝置、滾筒組、舉升裝置、測量裝置等構成[6]。
驅動裝置由電動機、減速器和鏈傳動組成。電動機經過減速器兩級減速后驅動主動滾筒，主動滾筒通過鏈傳動帶動從動滾筒旋轉。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，其減速比根據電動機的轉速和滾筒測試轉速確定。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將直接影響制動檢驗臺所能測得的制動力大小。根據GB7258——2004，滾筒表面當量附著系數不應小于0.75%。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數，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被接通）。通過延時電路起動電動機，經減速器、鏈傳動和主、從動滾筒帶動車輪低速旋轉，待車輪轉速穩(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。此時電動機驅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。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動相反方向擺動，測力杠桿一端的力或位移經傳感器轉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放大濾波后，送往A/D 轉換器轉換成相應數字量，經計算機采集、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)調時間等相關參數。
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構及工作原理
2.2.1 平板式制動試驗臺結構
平板式制動檢測臺是由測試平板、傳感器、數據采集系統(tǒng)等構成的集稱重、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。檢驗臺采用雙板結構，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，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量乘加速度”，即制動力等于質量乘（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， 數據采集系統(tǒng)采集制動過程中的全部數據， 并作分析處理， 然后把制動性能的測試結果顯示出來。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）隨著現在計算機技術的發(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、燃料經濟性等諸多性能均產生影響。
（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，平板試驗臺結構簡單，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
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，結構簡單，且因檢測車速低，所需驅動功率較小，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不同，可分為單軸式、雙軸式和多軸式三類。目前國內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成
單軸反力式滾筒制動試驗臺結構簡單、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。試驗臺的結構如圖3——1所示。它由框架、驅動裝置、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.驅動裝置：由電動機、減速器和鏈傳動機構組成。電動機功率的傳遞是通過減速器內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，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。這樣使試驗臺結構尺寸相應增大，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。控制裝置通過轉速傳感器即可獲知被測車輪的轉動情況。當被檢車輪制動，轉速下降至接近抱死時，控制裝置根據轉速傳感器送出的相應電信號使驅動電動機停止轉動，以防上滾筒剝傷輪胎和保護驅動電機。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起作用。如國產ZD——6000型制動試驗臺，制動力在0——4000N范圍內彈簧A起作用；制動力在4000——20000N范圍內，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。通過行程開關和延時繼電器的作用，兩驅動滾筒相繼啟動。驅動滾筒帶動車輪旋轉，車輪又帶動傳感滾筒旋轉，它們接觸點的線速度相等。在傳感滾上的磁鐵轉動使轉速傳感器產生一個電信號，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字顯示式兩種。帶計算機的控制裝置多配置數字顯示器，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字顯示器。主要由計算機、放大器、模數轉換器、數字顯示器和打印機等組成。從測力傳感器送來的電信號，經直流放大后，送往模數轉換器轉換成數字量，經計算機采集、存儲和處理后，檢測結果由數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，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被接通）。通過延時電路起動電動機，經減速器、鏈傳動和主從動滾筒帶動車輪低速旋轉，待車輪轉速穩(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。此時電動機驅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。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 動相反方向擺動，測力杠桿一端的力或位移經傳感器轉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放大濾波后，送往A/D轉換器轉 換成相應數字量，經計算機采集、存貯和處理后，檢測結果由數碼管顯示或由打印機打印出來。打印格式與內容由軟件設計而定。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據，采集過程所經歷時間是一定的（如3s）。經歷了規(guī) 定的采集時間后，計算機發(fā)出指令使電動機停轉，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速信號由傳感器轉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。如車輪不駛離制動臺，延時電路將電動機關閉3——5s后又自動起動。檢測過程結束，車輛即可駛出制動試驗臺。
由于制動力檢測技術條件要求是以軸制動力占軸荷的百分比來評判的，對總質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方向。兩個測試單元的滾筒既可同向正轉、同向反轉，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動方向一正一反，只采集正轉時的制動力數據，這樣可以省去試驗臺前、后設置自由滾筒裝置。這是因為驅動軸內有輪間差速器的作用，當左、右車輪反向等速旋轉時差速器殼與主減速器將不會轉動。所以當被檢測軸車輪被滾筒帶動時，另一在試驗臺外的驅動軸將不會被驅動。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，其結構簡單、成本低，但工作效率和測量精度不如電子式的高。隨著電子技術的發(fā)展，目前我國汽車檢測站和設備生產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，然后用力踩下制動踏板。此時，車輪產生的制動力作用在滾筒上，與滾筒的旋轉方向相反，因而產生一反作用力矩（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，迫使測力杠桿前端向下或向上位移，通過傳感器轉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，并由指示裝置或打印機輸出檢測到的制動力數值。
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構簡圖
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，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過的幾種情況：（1）未制動時，車輪被滾筒驅動而轉動，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。一般調整、維修解決；（3）完全制動時，被檢車輪在兩滾筒上略有轉動（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，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，整車后移出現爬輪現象，指示裝置示值與軸荷相比較小。多數出現在駐車制動或后輪制動的檢測上，易出現誤判。如前輪制動效果不好，當檢測后輪時，易造成爬輪現象，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對受檢車輪軸產生的水平推力；
、 ——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；
——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構參數。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，根據圖3——5，可得：
（3——7）
（2）車輪與滾筒表面間附著Φ對檢測結果的影響
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和形狀有關。西歐式試驗臺，采用高硅合金鑄鐵滾筒，金屬網石英顆粒涂塑等材質，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、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，滾筒材質要求不高、工藝簡單、經濟性好、對輪胎磨損較小。
（3）滾筒測試車速對檢測結果的影響
日本式滾筒直徑小，轉速低（7——8r/min），線速度僅達0.18km/h ，驅動功率較低，經濟性較好，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)調時間，則更為準確。制動器的摩擦系數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，檢測的失真現象較為嚴重[14][15][16]。
圖3——5 車輪受力情況
3.6 本章小結
反力滾筒式汽車制動試驗臺主要由框架、驅動裝置、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。當轉速達到穩(wěn)定值后，通知駕駛員迅速踏制動器（或拉手制動桿），這時車輪的轉速降低.車輪與滾筒之間產生了相對滑移，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。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 汽車制動實驗臺結構設計
4.1 引言
汽車制動試驗臺的結構參數對制動性能的測量結果有著重要關系。只有合理選擇制動試驗臺的設計參數，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構參數選擇方法。制動試驗臺主要結構有滾筒、電動機、減速器等。
4.2 設計依據和要求
1.設計依據
（1）GB7258—2004《機動車安全技術運行條件》；
（2）GB11798《汽車安全檢測設備檢定技術條件》；
（3）GB/T18344《汽車維護、檢測、診斷技術規(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、技術參數和指標
第一，測量參數：
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)調時間。
第二，技術參數：
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（Y- △起動）；
② 右電機正轉（Y- △起動）；
③ 測拖滯力并顯示；
④ 踩剎車，測制動平衡，協(xié)調時間，兩輪最大制動力；
⑤ 當滑移量達到設定值時，停兩電機；
⑥ 當轉速為零（約停機后3s）時，兩電機反轉；
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構參數及試驗臺的通用性，通常取700～1000mm。本制動試驗臺選取滾筒長度為l000mm。
3.滾筒轉速的選擇
滾筒轉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.將使測試結果失真。但隨著測試車速的提高.試驗臺的驅動功率也隨之增加.因此還要考慮使用經濟性。滾筒轉速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速選取54rpm。
4.車輪與滾筒間附著系數的選擇
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，才能在滾筒式制動試驗臺上較真實地再現汽車在路面上的制動狀況。但的提高受到滾筒表層結構和材料的限制。目前采用較多的是表面帶有溝槽的鋼制滾筒，其表面附著系數在0.6～0.8之間，根據GB/T13564-2005規(guī)定，附著系數不低于0.7，本制動試驗臺采用歐式新型粘砂技術大滾筒，附著系數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分別驅動前后滾筒轉動。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，Fx1、Fx2增大，測試車輪的最大制動力應出現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：
（4——1）
（4——2） 由（4——1）式解得： （4——3）
而車輪與滾筒的最大制動力與滾筒對車輪的法向反力之比等于車輪與滾筒間的附著系數，故=，即。
（2）最佳安置角的選擇
由以上兩方面的分析可知，車輪在滾筒上的安置角越小，獲得的測試能力越大。越大則測試過程中的工作穩(wěn)定性越好。所以應綜合兩方面的影咱來選擇角。但最大測試能力的獲得是以測試車輪工作穩(wěn)定為前提的。
為了滿足GB7258-87中關于汽車主要承載軸的制動力與該軸軸荷之比大于等于60%的要求，有：
（4——4）
因為車輪與滾筒間的摩擦力與正壓力之比等于摩擦角的正切值。即
=，為摩擦角，故有：
（4——5）
將式（4——5）代入（4——1），（4——2）式解得。再將（4——4）式和代入（4——5）式中有60%G=。
當時，解得。即時，為理想安置角。
6.滾筒中心距L的選擇
當測試車輪置于前、后兩滾筒間時，測試車輪半徑R與前后兩滾筒中心距L，車輪在滾筒上安置角的關系由圖4——1確定。即
L=2（R-r） （4——6）
對應于不同的車輪半徑r，其L也應不一樣。但目前使用的滾筒式制動試驗臺大都是滾筒中心距不能調整的，不能保證所有尺寸的車輪到處于測試的最佳狀態(tài)，從而使許多制動力合格的車輛在試驗臺上測試時達不到規(guī)范要求。
圖4——1車輪受力圖
4.4 滾筒式制動試驗臺測試能力分析
1.試驗臺所能測得的最大制動力
在非加載情況下，滾筒式制動試驗臺所測得的前、后輪的最大制動力，是判斷測試車輛制動力是否達標的重要依據。
如圖4——1所示，在考慮車軸阻礙車輪后移的約束力為F時有：
（4——7）
（4——8）由（4——7），（4——8）式解得：
（4——9）
F受非測試車輪附著條件的限制，最大值為，為車輪與測試場地的附著系數；。則空載時所測得的前后輪最大制動力為：
（4——10）
（4——11）
式中 、——為空載時前后輪的輪荷。
若測試時，車輪與滾筒間無打滑現象，則據， 的大小，按照GB/T7258的要求就可判斷出被檢車輛的制動性能是否合格。
若測試時，車輪在滾筒上打滑，則不能依據， 判定被檢車輛合格與否，應對被檢車輛進行加載檢驗或者路試。
2.滾筒承受的最大扭矩
滾筒承受的最大扭矩Mama取決于滾筒承受的最大制動力。在某些試驗臺上，為了測得車輪制動器的最大制動力，試驗臺上有加載機構，使整個制動過程滾筒與車輪間不出現打滑現象，以便測出車輪制動器的制動力，這就要求滾筒能承受汽車滿載制動的的最大制動力。將（4——10）、（4——11）式中的G前、G后分別換成車輪滿載時的輪荷Gm前、Gm后，即得汽車滿載測試時最大制動力為：
（4——12）
（4——13）
F前max、F后max為滿載時前、后輪所測得的最大制動力，取兩者中數值的最大值記為Fmax，則滾筒承受的最大扭矩Mmax為：
=d （4——14）
式中 d——為滾筒直徑。
4.5 制動力測量裝置主要參數的選擇
制動力測量裝置主要包括電動機、減速箱、測量機構等。
1.電機的選擇
（1）確定滾筒所傳遞的功率N
根據=9550，則滾筒所傳遞的功率N=。
（2）估算減速箱傳動效率
因為滾筒轉速很低，所以減速箱的減速比很大，且要求結構緊湊不致高出地面。通常采用較多的是一級蝸輪蝸桿加一級或兩級齒輪傳動；或者采用一級皮帶傳動加一級蝸輪蝸桿和一級齒輪傳動。因此可初步估算出減速箱的傳動效率為各級傳動及軸承效率的連乘積。
（3）確定所需電機功率選擇電機
此試驗臺用電機為間歇工作，車輪制動時載荷在短時間內加于滾筒鈾上，屬沖擊動載，考慮載荷系數k=1～1.3，則所需電機驅動功率為：=。由確定所選定電機型號，滿載轉速n，以及額定功率。
據此選擇的電機功率為Y系列三相籠式異步交流電動機Y160M-4，=11kw，其滿載