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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
汽車制動性能檢測設備是應用于新車研究開發(fā)的實驗、新車的出廠檢驗和交通管理部門對上路車輛定期檢驗的測試裝置。鑒于目前我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和有關法規(guī)的出臺，以及我國汽車檢測站設備的落后狀況，汽車制動性能檢測設備的研究尤其受到關注。
汽車制動性能檢測設備的研究是一門綜合性應用科學，涉及諸多學科和領域。本論文的主要目標是設計一套汽車制動性能試驗臺，使之具備功能齊全、性能良好、使用方便、高精度、高可靠性的特點。
本文介紹了設計對象—平板式制動性能檢測臺的結構和工作原理，這種試驗臺能較好地模擬道路檢測,采用動態(tài)檢測方法，對汽車制動性能的檢測結果具有真實性。制動板底部采用滾珠滑動、梯形槽定位的方式。這樣的設計和以往的滾輪式設計方案相比有一定新意。
關鍵詞：平板式；檢測臺；制動；動態(tài)；結構
ABSTRACT
The automotive braking performance measuring and controlling system is an testing device which is widely used in many fields,such as the test of new car design,the roll-off test of new car and the regular test of automotive which is held by the traffic management department for the automotives on the road. According to the rapid development of automotive industry and the situation that the device of our automotive performance measuring has large distance with dereloped coutries,people have paid more attention to the research of the automotive braking performance measuring and controlling system.
The research of the automotive braking performance measurement and control system is comprehensive application science including many subjects and fields. The main aim of this thesis is to design an automotive braking performance measuring system and make it more multifunctional,good-performance,easy-used and with high precise and reliability.
This thesis introduces the configuration and working principle of brake system. Following the principle and the function requirement. This kind of tester can simulate road detecting better,adopting moving detecting methods. It will make the detecting results more accuracy. The bottom of the brake plate adopts rolling pearl skid,rectangle slut alignment. Compare to past design scheme,such research has more creation.
Keywords:Plate; Station; Brake;Dynamic;Structure
II
目 錄
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
1.1 汽車制動性能檢測系統(tǒng)簡介 1
1.2 汽車制動性能檢測系統(tǒng)研究的意義 2
1.3 汽車制動性能檢測技術的發(fā)展和國內(nèi)外目前的狀況 2
1.4 主要研究內(nèi)容及技術途徑 3
第2章 汽車制動系統(tǒng)及其性能的評價參數(shù) 4
2.1 對汽車制動系統(tǒng)的技術要求 4
2.2 汽車制動系統(tǒng)的常見故障 4
2.3 制動性能評價參數(shù) 5
2.3.1 制動效能 6
2.3.2 制動抗熱衰退性 7
2.3.3 制動穩(wěn)定性 8
2.4 地面制動力與制動器制動力及附著力的關系 8
2.5 本章小結 9
第3章 平板式制動性能檢測臺的設計方案 10
3.1 平板式制動性能試驗臺的結構 10
3.2 工作原理 12
3.3 設計依據(jù)和要求 16
3.3.1設計依據(jù) 16
3.3.2 適用范圍 16
3.3.3 功能 16
3.4 本章小結 17
第4章 平板式汽車制動檢測臺設計 18
4.1 總體尺寸確定 18
4.2 傳感器的選擇 20
4.3 材料的選擇 24
4.4 制動檢測部分結構設計 24
4.4.1 制動板底座的設計 24
4.4.2 制動板上蓋板的設計 25
4.4.3 軸重傳感器安裝 25
4.4.4 制動力傳感器支座設計 26
4.4.5 V型槽支座的設計 27
4.5 零件的較核 28
4.6 本章小結 32
結論 33
參考文獻 33
致謝 35
附錄A 外文文獻 36
附錄B外文文獻的中文譯文 40
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
第1章 緒 論
1.1 汽車制動性能檢測系統(tǒng)簡介
現(xiàn)代社會，汽車己成為人們工作、生活中不可缺少的交通工具。汽車性能檢測技術也相應的得到大力發(fā)展。
汽車安全性能檢測的主要內(nèi)容有:制動系、轉向系、照明信號裝置、廢氣排放、速度表檢測及主要總成附件的外觀檢查。通過加強對汽車的安全檢測，發(fā)現(xiàn)、消除在日新月異的汽車業(yè)的需求和刺激下和減少由于車輛性能欠佳以及技術狀況不良而發(fā)生的交通事故;通過對汽車噪聲和廢氣的控制，減少汽車對環(huán)境的危害。
汽車制動檢驗臺是對汽車的制動性能進行檢測的設備，檢測的主要參數(shù)包括：制動力、制動力平衡、車輪阻滯力、制動協(xié)調時間。根據(jù)測試原理不同，汽車制動檢驗臺可分為反力式和慣性式；按檢驗臺支撐車輪形式不同，汽車制動檢驗臺可分為滾筒式和平板式；按檢測參數(shù)不同，汽車制動檢驗臺可分為測制動力式、測制動距離和綜合參數(shù)三種；按檢驗臺檢測車軸數(shù)，可分為單軸式、雙軸式和多軸式三類。目前國內(nèi)廣泛采用滾筒反力式汽車制動檢驗臺和平板式汽車制動檢驗臺。
1-平板；2-力傳感器；3-支撐鋼球；4-底架
圖1.1 平板式制動檢測臺結構示意圖
平板式制動檢驗臺是一種低速動態(tài)檢測車輛制動性能的設備，通常由四塊表面軋花的平板、力傳感器、支撐鋼球、底架及指示、控制裝置等組成（見圖1.1）。四塊平板按前、后各兩塊并列布置，板間距與受檢車輪距相適應，前、后板間間距與受檢車輛軸距相適應。從理論上講制動力與檢測時車速無關,但受剎車前的行車速度穩(wěn)定性影響（要求勻速）。檢測時車輛以5～10km/h的速度脫擋上制動臺并緊急制動，車輛在慣性力的作用下，通過車輪對平板施加一個與地面制動力相反的作用力，使平板沿車輛行駛方向產(chǎn)生位移，計算機適時采集、儲存制動過程制動力和軸荷的變化數(shù)據(jù)。經(jīng)計算機處理后，顯示各車輪制動力、制動力總和、左右制動力平衡、滑行阻滯力、駐車制動力和制動協(xié)調時間。
1.2 汽車制動性能檢測系統(tǒng)研究的意義
據(jù)統(tǒng)計，在因汽車故障引起的事故中，制動系統(tǒng)故障占60%以上。汽車制動性能好壞，是安全行車最重要的因素之一，因此也是汽車檢測診斷的重點。汽車有良好的制動性能，遇到緊急情況，可以化險為夷;在正常行駛時，可以提高平均速度，從而提高運輸效率。隨著汽車行駛速度的提高，汽車制動性能對保障交通安全尤為重要。為減少交通事故，我國有關法規(guī)明確規(guī)定在用汽車必須經(jīng)過定期檢驗合格后才允許上路行駛，在汽車定期檢驗中，制動性能被作為判定車輛安全技術狀況的主要因素。
汽車業(yè)的迅速發(fā)展，對汽車檢測行業(yè)和汽車檢測設備提出了新的要求，傳統(tǒng)的汽車檢測方法己遠不能適應現(xiàn)代的汽車檢測了。隨著我國加入WTO，汽車的一些標準和法規(guī)進一步與國際接軌，我國的汽車制動法規(guī)GB 12676-1999《汽車制動系結構、性能及試驗方法》[2]也基本引用ECE R13(歐洲經(jīng)濟委員會汽車制動法規(guī))的有關條款。目前，我國汽車檢測站主要用檢測制動力的方法來檢驗汽車的制動性能，但許多制動性能檢測系統(tǒng)還不具備檢驗制動協(xié)調時間的能力，使檢測結果不能準確地反映汽車的實際制動效果，這個問題應引起足夠的重視。因此，嚴格執(zhí)行新標準，根據(jù)“智能化”、“自動化”的應用技術發(fā)展趨勢，采用先進的設計理念和手段，設計一套功能齊全、性能良好，使用方便，具有高精度和高可靠性的汽車制動性能試驗臺，對提高汽車制動系統(tǒng)的設計制造水平和在用汽車的定期安全檢驗能力具有十分重要的意義。
1.3 汽車制動性能檢測技術的發(fā)展和國內(nèi)外目前的狀況
伴隨著電子技術、自動控制技術和機械加工工業(yè)的發(fā)展，汽車性能的診斷和檢測技術在傳統(tǒng)檢測方法的基礎上有了革命性的進展，逐步發(fā)展成現(xiàn)代汽車診斷和檢測技術?，F(xiàn)代汽車診斷和檢測技術主要是利用先進的汽車檢測儀器和設備，結合計算機、自動控制等高新技術來檢測汽車技術狀況，它是以工程數(shù)學、故障物理、可靠性理論、電子學和電子技術、信息控制理論等為基礎的一門綜合性應用科學。
現(xiàn)代汽車檢測診斷技術發(fā)展很快，在管理上已實現(xiàn)了“制度化”，在基礎技術上實現(xiàn)了“標準化”，在應用技術上正在向“智能化”、“自動化”方向發(fā)展。國外對汽車制動性能的研究和檢測發(fā)展比較早，從七十年代起，已經(jīng)開始運用現(xiàn)代設計方法，如計算機數(shù)字仿真、優(yōu)化設計、可靠性設計、CAD/CAM/CAE等取代傳統(tǒng)設計方法。七十年代初，美國密西根大學的學者們就將計算機模擬技術應用到汽車制動動態(tài)過程研究中。從九十年代起，國外就不斷開發(fā)汽車制動系統(tǒng)的設計專家系統(tǒng)，而且也涉及到整車設計專家系統(tǒng)的研究開發(fā)。如日本開發(fā)的小型車制動專家系統(tǒng)，使得設計的車輛具有良好的制動性能，在省時省力的基礎上得到最佳設計方案。目前，國外生產(chǎn)的汽車制動性能試驗臺現(xiàn)代化水平很高。如法國的薩基姆((SAGEM)公司、德國的博世(BOSCH)公司、申克(SCHENCK)公司、意大利的馬哈(MAHA)公司等等，這些公司生產(chǎn)的汽車制動性能檢測設備有精度高，功能全，滾筒耐磨損，不受溫度的影響等特點。
我國的汽車工業(yè)起步較晚，研發(fā)能力還比較落后，目前呈現(xiàn)一種迅速追趕的態(tài)勢。相應的，制動性能檢測診斷技術也經(jīng)歷了從引進技術、引進檢測設備，到自主研究開發(fā)、推廣應用的階段，并發(fā)布實施了有關的汽車檢測國家標準和行業(yè)標準，取得了很大的進步，但與世界先進水平相比，還有一定距離。我們應該加強汽車檢測基礎理論的研究，借鑒發(fā)達國家的先進經(jīng)驗和技術，在汽車檢測基礎技術的標準化，汽車檢測設備的智能化和檢測管理的網(wǎng)絡化等方面進一步研究和發(fā)展，尤其要在檢測設備的性能、精度、可靠性、穩(wěn)定性、智能化和自動化等方面多下工夫，才一能適應汽車工業(yè)迅速發(fā)展的需要。
1.4 主要研究內(nèi)容及技術途徑
1、制動時力學分析及制動檢測方法
對汽車在制動板上的受力情況進行分析，對制動時車輪的受力情況進行分析，研究地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關系。探討制動性能檢測的幾種方法。在平板式制動試驗臺上的運動及受力情況進行分析.
2、制動檢測臺機械結構設計
對制動檢測臺進行設計，包括制動檢測和軸重檢測兩部分。設計包括尺寸確定和詳細設計。詳細設計的重點內(nèi)容是蓋板和底板的連接以及傳感器的安裝，用CAD繪制零件圖及裝配圖。
第2章 汽車制動系統(tǒng)及其性能的評價參數(shù)
汽車制動的過程，特別是行車制動和應急制動是一個復雜的、時變的過程，所以在研究汽車制動性能檢測系統(tǒng)之前，有必要對汽車制動系統(tǒng)及其性能評價參數(shù)等相關知識進行探討。
2.1 對汽車制動系統(tǒng)的技術要求
汽車制動系統(tǒng)應具有行車制動、應急制動和駐車制動三大基本功能。
1、行車制動系必須使駕駛員能控制車輛行駛，使其安全、有效地減速和停車。行車制動裝置的作用應能在各軸之間合理分配，以充分利用各軸的垂直載荷。應急制動必須在行車制動系有一處失效的情況下，在規(guī)定的距離內(nèi)將車輛停住。應急制動可以是行車制動系統(tǒng)具有應急特性或是同行車制動分開的獨立系統(tǒng)(注意應急制動不是行車制動中的急速踩下制動踏板)。駐車制動應能使車輛即使在沒有駕駛員的情況下，也能停放在上、下坡道上。
2、制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時不發(fā)生跑偏、側滑及失去轉向的能力。
3、制動平穩(wěn)，即制動時制動力應迅速平穩(wěn)地增加;在放松制動踏板時，制動應迅速消失，不拖滯。
4、操縱輕便，即施加于制動踏板和停車杠桿上的力不應過大，以免造成駕駛員疲勞。
5、在車輛運行過程中，不應有自行制動現(xiàn)象。
6、抗熱衰退能力，要求制動系的熱穩(wěn)定性好，不易衰退，衰退后能較快地恢復。(汽車在高速或下長坡連續(xù)制動時，由于制動器溫度過高導致摩擦系數(shù)降低的現(xiàn)象稱為熱衰退)。
7、水濕恢復能力，即汽車涉水，制動器被水浸濕后，應能迅速恢復制動的能力。
2.2 汽車制動系統(tǒng)的常見故障
1、制動失效
即制動系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，完全喪失了制動能力。
2、制動跑偏
是指汽車直線行駛制動時，轉向車輪發(fā)生自行轉動，使汽車產(chǎn)生偏駛的現(xiàn)象。由于汽車制動時，偏離了原來的運行軌跡，因而常常是造成撞車、掉溝，甚至翻車等事故的根源，所以必須予以重視。引起跑偏的因素，就制動系而言，一是左右輪制動力不等;二是左右輪制動力增長速度不一致。其中特別是轉向輪，因此要對制動力增長全過程的左右輪制動力差作出規(guī)定，且對前后軸車輪的要求不同。
3、制動側滑
指汽車制動時，某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動的現(xiàn)象。汽車在水濕路面或冰雪路面上制動時出現(xiàn)側滑現(xiàn)象較多。尤其是在上述路面上緊急制動時，更容易出現(xiàn)側滑，造成汽車甩尾，甚至原地轉圈，從而導致交通事故發(fā)生。車輪抱死與制動側滑有如下關系:
（1） 前輪抱死拖滯，后輪不制動時，汽車按直線行駛，處于穩(wěn)定狀態(tài)。但此時前輪失去控制轉向的作用。
（2） 后輪抱死拖滯，前輪無制動，當車速超過25km/h時，汽車后軸嚴重側滑，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
（3） 當車速較高(例如50km/h以上)時，如果后輪比前輪提前0.5s以上的時間先抱死，汽車后軸側滑，也是一種不穩(wěn)定狀態(tài)。
（4） 車輪抱死拖滯時，路面越滑，制動時間越長，側滑也越嚴重。解決制動側滑最有效的方法，是安裝防抱死制動裝置(ABS)。
4、制動拖滯
指在行車中，踩下制動踏板使用制動后，再抬起制動踏板，不能迅速解除制動的現(xiàn)象。制動拖滯會耽誤隨后的起步行駛。
2.3 制動性能評價參數(shù)
駕駛員接到緊急停車信號時，并沒有立即行動，而要經(jīng)過Ti秒以后才意識到應進行緊急制動，并開始移動右腳，再經(jīng)過T秒以后到達b點才開始踩到制動踏板。這一段時間T=T1+T:稱為駕駛員反應時間。這一段時間，一般為0.3-1.0s，它與制動系的性能無關。在b點以后，隨著駕駛員踩踏板的動作，踏板力迅速增加，到d點時達到最大值。不過由于制動系中有一定殘余壓力，且蹄片由回位彈簧拉著，蹄片與制動鼓之間存在著間隙，所以要經(jīng)過T3秒后到c點，地面制動力才起作用，使汽車開始產(chǎn)生減速度。由c點到e點是制動力的增躍過程所需要的時間T0 T0=T3+T；總稱為制動器的作用時間或滯后時間。它的長短一方面取決于駕駛員踩踏板的速度，更重要的一方面受制動器結構形式與維修質量的影響。由e到f為持續(xù)制動時間T，這一階段車輛的減速度穩(wěn)定，基本不變。到f點，駕駛員松開制動踏板，但制動力的消除仍需要一定時間，這段時間T"稱為制動釋放時間。按規(guī)定，制動釋放時間不得大于0.8s。從制動的全過程來看，它包括:駕駛員看到情況后作出反應、制動器起作用、持續(xù)制動和制動完全釋放四個階段。其中，制動器作用時間T。階段的一部分，是制動協(xié)調時間。
制動協(xié)調時間是制動性能檢測中的一個重要參數(shù)。在GB7258-1997《機動車安全運行技術條件》[3]中，將制動協(xié)調時間定義為:在急踩制動時，從踏板開始動作至車輛的減速度(或制動力)達到標準中規(guī)定的車輛充分發(fā)出的平均減速度(或標準中規(guī)定的制動力)的75%時所需的時間。為此，在制動測試過程中必須由駕駛員通過套裝在汽車制動踏板上的腳踏開關向試驗臺指示、控制裝置發(fā)出一個開關信號，開始時間計數(shù)，直至制動力與軸荷之比達到標準規(guī)定值的75%時瞬間為止。這段時間歷程即為制動協(xié)調時間，通?？梢酝ㄟ^試驗臺的計算機執(zhí)行相應程序來實現(xiàn)。
汽車主要由制動效能、制動抗熱衰退性和制動時汽車的方向穩(wěn)定性三個方面來評價。
2.3.1 制動效能
制動效能[4]是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動性能最基本的評價指標。它是由制動力、制動減速度、制動距離和制動時間來評定。
1、制動距離
制動距離是指車輛在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板(或手觸動制動手柄)時起至車輛停住時止，車輛駛過的距離。它包括了制動協(xié)調時間和以最大減速度持續(xù)制動時間內(nèi)汽車駛過的距離。它是評價汽車制動性能最直觀的一個參數(shù)，與汽車實際運行的制動情況最接近。駕駛員最熟悉汽車的制動距離，因為它與安全行車有直接關系。制動距離不等于車輪在路面上拖壓印的長度，因為制動距離中包含有制動協(xié)調時間內(nèi)汽車駛過的距離，在這一段時間內(nèi)車輪尚未拖壓印。制動距離與制動踏板力即制動系中的液壓或氣壓有關，故給出制動距離時應指明相應的踏板力或制動系中的壓力。
用制動距離來評價汽車的制動性能具有一定的準確度，而且重復性較好。但需要有較大的試車場地，而且對輪胎的磨損較大。此外，制動距離是一個整車性能參數(shù)，它不能單獨定量地反映出各車輪的制動狀況以及制動力分配情況(從地面印痕只能大致看到)，當制動距離延長時，也反映不出具體是什么故障使制動性能變差。
制動距離必須和制動跑偏量一起作為檢驗制動性能的參數(shù)。對于一個確定的汽車來說，它的質量是一定的，其制動器所能產(chǎn)生的制動力也是一定的，制動時汽車的初速度越大，制動距離越長，因此檢驗時還必須規(guī)定汽車的初速度。
2、制動力
為了使行駛中的汽車能夠減速或停車，必須由路面對汽車作用一個與其行駛方向相反的外力，來消耗汽車的動能，使汽車產(chǎn)生減速度，達到降低其行駛速度以至停車的目的，這個外力叫做制動力。對于一定質量的汽車來說，制動力越大制動減速度越大，制動距離越短。所以制動力是從本質上評價汽車制動性能的參數(shù)。制動力對汽車的制動性能具有決定性的影響。
用制動力這個參數(shù)評價汽車的行車制動性能，可以對前后軸制動力的合理分配以及每軸兩輪平衡制動力差提出要求，從而保證汽車制動的方向穩(wěn)定性，并使各輪附著重量得到充分利用。
用制動力作為單獨的檢驗指標時，在檢驗了制動力大小、制動力合理分配及平衡制動力差的同時，還要檢驗制動協(xié)調時間。制動協(xié)調時間包括消除制動拉桿、制動鼓間隙和部分制動力增長過程所需要的時間，要求單車的制動協(xié)調時間不超過0.6s。調整良好的液壓制動系的協(xié)調時間約為0.15-0.20s，氣壓制動約為0.20-0.40s。如果汽車以60km/h的速度行駛，每秒行駛16.7m，在制動協(xié)調時間內(nèi)，液壓制動汽車行駛距離為2.5-3.3m，氣壓制動為3.3-6.6m。若制動系調整不當，這個距離要成倍增長。另外，各輪制動協(xié)調時間不等，還會引起跑偏。
3、制動減速度
制動減速度反映了制動時汽車速度降低的速率。對于一個確定的汽車來說，它的質量是一定的，能產(chǎn)生的制動力也是一定的，因此制動減速度也是一個確定值，制動初速度對減速度的影響不很大?？刹捎盟俣确治鰞x、制動減速度儀測出上式中相關參數(shù)后再計算出充分發(fā)出的平均減速度。
用減速度儀來檢驗汽車的制動減速度，儀器本身結構簡單，使用方便，但試驗的重復性較差，且受路面附著系數(shù)的影響很大。制動減速度也是一個整車性能參數(shù)，它反映不出各輪的制動力及分配情況。單獨用制動減速度來評價制動性能時，也必須同時檢驗制動協(xié)調時間和跑偏量。
4、制動時間
制動過程所經(jīng)歷的時間即制動時間，很少作為單純的評價指標。但是作為分析制動過程和評價制動效能時又是不可缺少的參數(shù)。如對于同一型號的兩輛汽車產(chǎn)上同樣制動力所經(jīng)歷的時間不同，則兩輛汽車的制動距離就可能相差較大，對行駛安全將產(chǎn)生不同效果。因此通常把制動時間作為一輔助的評價指標。
2.3.2 制動抗熱衰退性
汽車制動抗熱衰退性能[5]是指汽車高速制動、短時間重復制動或下長坡連續(xù)制動時制動效能的熱穩(wěn)定性。因為制動過程實質是把汽車的動能通過制動器吸收轉化為熱能，制動過程中制動器溫度不斷升高，制動器摩擦系數(shù)下降，制動器摩擦力矩減小，從而使制動能力降低，這種現(xiàn)象成熱衰退現(xiàn)象。因此可以用制動器處于熱狀態(tài)時能否保持有冷狀態(tài)時的制動效能來評價汽車制動抗熱衰退性能。制動抗熱衰退性是衡量制動效能恒定性的一個指標。隨著高速公路的發(fā)展和車速的提高，汽車制動性能的恒定性要求也愈來愈高。但由于測試方法較復雜，在一般汽車綜合檢測站較難實施。對于在用汽車也無需檢測制動抗熱衰退性。
2.3.3 制動穩(wěn)定性
制動穩(wěn)定性是指制動時汽車的方向穩(wěn)定性。通常用制動時汽車按給定軌跡行駛的能力來評價，即汽車制動時維持直線行駛或預定彎道行駛的能力。制動穩(wěn)定性良好的汽車，在實驗室不會產(chǎn)生不可控制的效能時汽車偏離一定寬度的試驗通道。我國安全法中對制動穩(wěn)定性有相應的規(guī)定。
2.4 地面制動力與制動器制動力及附著力的關系
汽車制動時，地面作用于汽車的制動力，是由于制動器產(chǎn)生的摩擦阻力迫使車輪轉速降低或抱死的結果。汽車制動裝置都是利用機械摩擦來產(chǎn)生制動作用的，其中用來直接產(chǎn)生摩擦力矩，迫使車輪轉速降低的部分叫做制動器。制動器分為盤式制動器和鼓式制動器兩種。鼓式制動器是由旋轉的元件、制動鼓和不旋轉的元件一制動蹄、制動分泵等零件組成。制動時，駕駛員踩下制動踏板，制動液由制動主缸經(jīng)管路進入制動輪缸，推動輪缸活塞使制動蹄緊緊地壓靠在制動鼓上。不旋轉的制動蹄對旋轉的制動鼓作用一個摩擦力矩MT，其方向與車輪旋轉方向相反。此力矩傳給車輪后，使車輪轉速減慢直至抱死，由于車輪與路面的附著作用，車輪對路面作用一個向前的作用力，同時路面也對車輪作用一個向后的反作用力P0力P就是阻礙汽車前進的制動力，我們稱之為地面制動力。用力矩MT除以車輪的有效半徑r，所得的作用力PT，稱之為制動器的制動力。它相當于把汽車架離地面，并踩住制動踏板，在輪胎周緣沿切線方向推動車輪，直至它能轉動所需要的力。對于液壓制動系統(tǒng)，力PT的大小取決于制動踏板力，當用力踩住制動踏板時，可取得最大的制動器制動力PT max.對于氣壓制動，力PT的大小取決于制動氣壓。在進行制動性能檢驗時，為使檢驗結果有可比性，對制動踏板力或制動氣壓作出了規(guī)定。如空載檢驗時：
氣壓制動系：氣壓表的指示氣壓值<600kpa。
液壓制動系：踏板力，座位數(shù)小于或等于9座的載客汽車<400N；其它車輛運:5450N。
制動時，車輪的運動有滾動和抱死拖滑兩種狀態(tài)。當制動踏板力較小時，制動器的摩擦力矩不大，路面與輪胎間的摩擦力，即地面制動力足以克服制動器的摩擦力矩使車輪轉動。當車輪滾動時，地面制動力就等于制動器的制動力。但地面制動力有時小于制動器所能產(chǎn)生的最大制動力，即P
0在滾動，另一是很大，產(chǎn)生的很大，超過了車輪與地面的附著條件（即大于附著力），此時的車輪稱為抱死狀態(tài)，即=0。當車輪仍有滾動時，外界給車輪的地面制動力應等于制動力,即
（3.7）
當車輪被抱死時，由于向前慣性力的影響，車輪要在地面上拖滑。此時的地面制動力則決定于車輪與地面的附著力。而可隨制動踏板力或氣壓液壓P值的增大而繼續(xù)增加，可出現(xiàn)大于的情況。因此，在制動時可得到的最大地面制動力只能等于附著力，即。也就是說的大小，其一般關系式為
(N) （3.8）
根據(jù)上述討論，制動過程中各力相互間的關系如圖2-3所示,由此可得到結論：汽車的地面制動力首先取決于由制動器摩擦力矩所形成的制動力,但同時又受到地面附著條件的限制，所以只有當汽車具有足夠的制動器制動力，同時地面又能提供高的附著力時，才能獲得足夠的地面制動力，以獲得好的制動效能。對整車而言，所獲得的最大地面制動力，則為各車輪地面制動力之和，即
(N) （3.9）
制動力F
時間t
駕駛員松開制動踏板后，制動力的消除還需要一段時間，所以制動力在這段時間內(nèi)會下降。故整個制動過程中制動力變化曲線如圖2-4所示
圖3.6 制動過程中制動力變化曲
通過上述的分析，可以得知，為了能測出汽車的制動器制動力，必須使車輪始終處于滾動狀態(tài)，通過公式可以看出，要達到這一目的，有兩個途徑：一是增加軸荷。在用滾筒試驗臺測量制動時，為了獲得足夠的附著力，以避免車輪抱死，允許在車輛上增加足夠的附加質量。而用本試驗臺測量制動性能時，由于是模擬實際路面的制動情況，有軸荷的轉移，這就等于給車輛加上了附加質量。第二個途徑就是增加臺板表面的附著系數(shù)，通過增加值來達到地面制動力的目的，論文將在后續(xù)篇幅中對這一問題進行闡述。
3.3 設計依據(jù)和要求
3.3.1設計依據(jù)
1、GB7258一1997《機動車安全技術運行條件》及2000年補充要求；
2、GB11798一1989《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《平板式式汽車制動檢驗臺》；
3.3.2 適用范圍
適用于3T左右機動車的出廠檢驗和車輛檢測站的車輛檢測。
3.3.3 功能
1、測量參數(shù)：
（1）左右兩板拖滯力
（2）左右兩板最大制動力
（3）制動平衡
（4）協(xié)調時間
2、技術參數(shù)：
（1）允許軸重 10000kg
（2）最大示值 10000N
（3）傳感器信號 0~12mv
3、測量范圍： 0~30000N
4、分辨率： 10N
5、示值誤差：
當制動力大于0.00756時，誤差不超過各檢定點給定值的±0.04;當制動力不大于0.00756時，誤差不超過各檢定點給定值的±0.000606 (G -額軸載荷，N);額定載荷不大于30kN的制動臺，當輪制動力不大于0.0156時，允許示值誤差不超過各檢定點給定值的±18.0N。
6、平板式汽車制動性能試驗臺的工作過程如下：
（1）第一組傳感器接受信號；
（2）第二組傳感器接受信號；
（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，記錄數(shù)據(jù)；
（6）軸重傳感器記錄軸重；
在制動過程中，當左、右車輪制動力和的值大于某一值時，計算機即開始采集數(shù)據(jù)。在制動過程中，轉速信號由傳感器轉變成電信號后輸入計算機，當滑差率達到一定值(如25%)時，計算機發(fā)出指令使電動機停轉。檢測過程結束，車輛即可駛出制動試驗臺。
3.4 本章小結
汽車行駛時，能在短距離內(nèi)迅速停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定速度，以及在坡道上長時間保持停駐的能力稱為汽車的制動性。汽車制動性能直接關系到汽車的行駛安全。只有在保證行車安全的前提下才能充分發(fā)揮汽車的其他使用性能，諸如提高汽車車速、汽車的機動性能等。汽車的制動性不僅取決于制動系的性能，還與汽車的行駛性能、輪胎的機械性能、道路的附著條件以及與制動操作有關的人體工程學有密切關系。本章測項目和檢測技術要求。此外論述汽車制動性評價指標、汽車制動性評價指標、汽車制動性檢測方法、檢本章還闡述了平板式制動檢測臺的總體設計方案及其使用方法和特點。
第4章 平板式汽車制動檢測臺設計
4.1 總體尺寸確定
1、確定原則：
由于本課題設計的平板式制動檢測臺力求能夠快速、準確地檢測載客9人以下的乘用車（一般車重在1～3噸）的制動性能，且最大設計載荷達10噸，故檢測車型范圍要求相對擴大。
對于輪距在1200mm～1800mm這個范圍內(nèi)，軸距在2175mm～3300mm這個范圍內(nèi)的車輛都可以上平板式制動檢測臺進行檢測。
表4.1 各車型相關數(shù)據(jù)
車型
車重
軸距
前輪距
后輪距
奧迪
2500
2590
1430
1450
奧拓
1280
2175
1200
1215
寶馬
1565
2888
1558
1582
奔馳
1680
2858
1480
1485
菲亞特
1585
2775
1530
1535
風雅
2570
2880
1629
1626
福克斯
1130
2430
1300
1310
高爾夫
1676
2620
1533
1538
皇冠
1676
2803
1556
1558
菱紳
1855
2888
1567
1580
陸風
1859
2854
1552
1582
頤達
2850
3310
1716
1685
依維柯
3120
2819
1716
1685
雨燕
2350
2800
1683
1540
中華
1454
2803
1498
1500
2、根據(jù)車型的有關數(shù)據(jù)確定尺寸：
根據(jù)輪胎制造廠以及車輛輪胎應用的有關資料，
查得輪胎尺寸：
表4.2 輪胎數(shù)據(jù)資料
輪輞直徑d
輪胎規(guī)格
進口國產(chǎn)
輪胎外徑D
斷面寬B
14
165/70R14 81S SP70e
國產(chǎn)
588
172
13
185/70R13 86S SP70e
國產(chǎn)
590
192
13
175/70R13 82S SP70e
國產(chǎn)
576
177
13
165/70R13 79S SP70e
國產(chǎn)
562
172
12
145/70R12 69S SP70e
國產(chǎn)
509
150
14
175/65R14 82H LM702
國產(chǎn)
—
—
15
215/70R15 98H LM701
國產(chǎn)
—
—
16
225/60R16 98W VE301
國產(chǎn)
—
—
16
215/60R16 95V VED8
國產(chǎn)
—
—
由上表可知：d=12～16mm 、B=145～225mm 、Dmax=590mm由以上數(shù)據(jù)可知，兩板的最小距離為：1200mm又1200-225=975，根據(jù)輪胎寬度145-225范圍內(nèi)，選板寬600mm應該合理。
考慮到輪距從1200mm～1800mm這個范圍，當輪距為1200mm時，為使輪胎中點恰好落在板中線上，此時1200-600=600mm，兩板內(nèi)間距為600mm;當輪距為1800mm時，此時同上,兩板間距為1200mm。綜合兩值初選板內(nèi)間距為900mm。此值之所以合理是因為當輪距為1500mm（此為輪距的一般值）時輪胎正好壓在板中線上。
3、平板式制動試驗臺制動板的最小長度的確定：
為了使平板式制動試驗臺能可靠地反映制動的全過程，制動板的長度L應大于所允許的最小長度Ln。如果在汽車的車輪剛上板時發(fā)信號通知駕駛員實施制動，那么最小制動板長應為:
式中：—初始車速，取5Km/h，即1.39m/s。
—空駛時間，通常取值范圍可定為：0.74s～0.54s。
—極限減速度。
—平均減速度。
—制動持續(xù)時間。
—最大制動力時的速度。
計算結果為：座位數(shù)≤9的客車、總質量≤4.5t汽車和其它汽車，空駛距離分別為0.9m、1.06m、1.24m。其最小板長分別為1.4m、1.53m、1.68m?？梢姡绻苿影彘L不小于1.7m，就可以可靠地檢測汽車的制動力。由于前后兩制動板之間需要安裝輔助板，輔助板長選取800mm,防止各板之間會撞上，板間留有5mm的間隙，可初步選取前后板的間距為810mm.又由于大多數(shù)車軸距在2175～3300mm之間，為了使車前后軸落在制動板的縱向中心線上，當軸距為2175mm時，此時2175-810=1365mm,板長為1365mm；當軸距為3300mm時，此時3300-810=2490mm，板長為2490mm。根據(jù)平板制動檢驗臺的制動板最小長度原理不小于1700mm,綜合兩值初選單板1800mm。
為了使車的作用力分配在制動板上且落在制動平板的兩車輪之間，此時檢驗最小軸距：2175-900=1275＜1800；此時檢驗最大軸距：（3300-810+590）/2=1540＜1800，故板長為1800mm符合要求。由于單軸承載力較大，初選板厚為：50mm。依據(jù)制動板尺寸的選擇，整框架的尺寸選擇如下：
長為：1800×2+800+30+20=4490mm
寬為：600+40=640mm
表4.3 平板式制動檢測臺基本尺寸列表
名稱
尺寸大小
名稱
尺寸大小
制動板長
1800
輔助板長
800
制動板寬
600
輔助板寬
600
制動板厚
55
輔助板厚
10
框架長
4490
框架寬
640
4.2 傳感器的選擇
平板式制動試驗臺的傳感器的工作過程是:傳感器把從試驗臺上測定的物理量按正比例關系轉換成電壓信號，然后經(jīng)放大單元濾波變換后，傳輸?shù)狡桨迨街苿釉囼炁_的下位機中，由計算機對數(shù)字信號進行分析處理，最后獲得檢測結果。在這個過程中，光電開關的輸出信號直接送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的光電隔離數(shù)字量輸入通道，以保證檢測線按正確的邏輯運作，從而對汽車的制動性能進行檢測。檢測結束后，計算機根據(jù)GB7258-2004的要求，并綜合分析制動力過程曲線，得到檢測結果。
在選擇傳感器時，首先要滿足其功能要求。其次要保證其性能指標滿足測量要求。傳感器的性能指標主要包括：
靈敏度系數(shù)：表示在穩(wěn)定狀態(tài)下工作時，輸出變化與引起此變化的輸入變化的比值。一般來說靈敏度系數(shù)越大，則允許的測量范圍越窄。
靈敏度閾值：也稱為最小檢測量，它是表征傳感器能夠檢測被測量的最低極限量，它通常與傳感器的噪聲、靈敏度和電源的穩(wěn)定度等因素有關。
線性度：傳感器的校準曲線（標定曲線）與其理論擬合直線（刻度直線）之間的偏差，稱為線性度，也稱為非線性誤差。
遲滯差：在傳感器的輸入量連續(xù)增加時所對應的輸出量和輸入量連續(xù)減少時對應的輸出量不相重合的現(xiàn)象稱為遲滯。輸入增加到某一值時的輸出量與輸入減少到同一值時的輸出量的差值，稱為遲滯差，遲滯差與輸入信號幅度變化的大小有關，即與輸入值的大小有關。
穩(wěn)定性：是指在傳感器的所有工作條件保持不變的情況下，在規(guī)定的時間內(nèi)其輸出保持不變的能力。
1、軸重傳感器
由于汽車軸重測量要求較高，故我們所選用的GX-1型懸臂梁稱重傳感器軸重傳感器為高精度傳感器。懸臂梁式傳感器為一端固定，一端加載的懸臂梁式結構，采用獨特的搖桿機構，對力點變化敏感，受力后自動調心、互換性好、便于安裝；外形低，自然線性優(yōu)良，抗側向力好，獨特的外形使得安裝方便；具有密封性好、承載性優(yōu)越、抗沖擊能力強、長期可靠性號、工作溫度寬、安裝方便的特點，額定輸出和輸入阻抗均精密補償。
因為本系統(tǒng)能測的最大軸荷為10噸，單輪輪重最大值為2.5噸，同時為留有一定的余量，故在每塊軸重板下四個角上安裝4個軸重傳感器，使系統(tǒng)的安全系數(shù)達到3.2。軸重傳感器規(guī)格見表4.4。
表4.4 軸重傳感器規(guī)格
量程
尺寸/mm
螺紋
Kg
Lb/K
A
B
C
D
E
F
Φ
公制
英制
50-2000
100-5
130
32
15.7
25.4
76.2
57
10
12X1.75
1/2-20
圖4.1 軸重傳感器結構圖
主要技術指標參數(shù)有：
靈敏度：2±0.01mv/v、3±0.01mv/v
非線性：±0.02%FS
滯后：±0.02%FS
重復性：0.01%FS
蠕變：±0.02%FS /30min
零點輸出：±1%FS
零點溫度系數(shù)：±0.02%FS /10℃
額定輸出溫度系數(shù)：±0.02%FS /10℃
輸入電阻：385±5Ω
輸出電阻：350±3Ω
絕緣電阻：≥5000MΩ
供橋電器：0(DC/AC)MAX;15(DC/AC)V
溫度補償范圍：-10～+50℃
允許溫度范圍：-20～+60℃
允許過負荷：120%FS
連接電纜：ф5x5000
連接方式：輸入INPUT:紅(+)黑(-)
輸出OUTPUT:綠(+)白(-)
2、制動力傳感器
制動力傳感器選用CLBS4型圓柱形拉壓傳感器，采用圓柱式S型整體結構，設計結構合理，有良好的溫度特性，測量范圍較寬，具有一定的抗沖擊振動穩(wěn)定性，有優(yōu)良的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，適用于靜態(tài)或動態(tài)測量。
尺寸圖如下：
圖4.2 制動傳感器結構圖
主要技術指標參數(shù)有:
測量范圍：0～20000Kg
輸出靈敏度：1.5～2.0mV/V
綜合精度：0.03級；0.05級0.1級
零點溫度系數(shù)：?<0.05%F.S
靈敏度溫度系數(shù)：<0.05%F.S
零點不平衡輸出：<1%F.S
輸入阻抗：685±30Ω
輸出阻抗：650±5Ω
激勵電壓：10(或12VDC）
工作溫度：-20～+80℃
本系統(tǒng)允許的最大軸載質量為10噸，單輪最大軸載質量為2.5噸，左右制動力和通常達到軸荷的60%以上即3噸以上為合格，因此制動試驗臺選用型號為CLBS4型圓柱形拉壓傳感器，其量程為0.2～1噸，制動傳感器的輸出信號直接送給放大器進行進一步的處理。
4.3 材料的選擇
以較重的依維柯車為例推算汽車的單輪作用力：
質量m=3120kg
車輪數(shù)n=4
所以單輪作用力Fw=3120/4×60%×9.8=4586.4N
確定初選值：單軸重