车辆工程毕业设计149汽车制动试验台

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1、汽车制动性能的检验是机动车安全技术检验的重要内容之一，随着我 国汽车保有量快速增长，汽车对环境的影响受到人们的普遍关注。汽车制 动性能的好坏直接关系到人们的生命安全。因此有必要研究出快捷、准确 地检测汽车制动性能的方法和工具。本论文的内容就是对汽车制动试验台 的关键技术进行研究。首先论文对国内外汽车制动试验台的现状和今后发 展方向进行了综述。通过对汽车制动过程的分析，提出检测汽车制动性能 的方法，比较了各种检测方法的特点，分析了评价汽车性能的指标及国家 标准。对汽车在制动试验台上的受力情况进行了分析，提出检测汽车制动 性能的原理，分析了影响制动性能检测的因素。对汽车制动试验台总体结 构进行了分

2、析，提出选择试验台滚筒尺寸，转速及表面材料的方法，给出 选择试验台电机、减速器等主要部件的依据。关键词：汽车制动试验台；制动性能；检测；滚筒；反力式AbstractThe 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 conc

3、erned 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 t

4、ester.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

5、 ， 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 ty

6、pe 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章绪 论1.1 课题研究的目的和意义1.1.1 课题研究的目的汽车制动试验台的结

7、构参数对制动性能的测量结果有着重要关系。只 有合理选择制动试验台的设计参数，才能提高试验台测试的准确性与可靠 性，以及耐用性和使用经济性。本课题所研究的汽车制动试验台主要是检 测各类中小型汽车（最大轴重 10 吨）的制动性能。应能同时对同一轴上 的左右两个车轮进行测量。制动试验台主要结构有滚筒、电动机、减速器 等。1.1.2 课题研究的意义汽车制动性能的检验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和调试修理的科学依据。近年来，随着不解体检在线 检测技术的发展，汽车制动性能的检测与诊断己由经验定性型向仪器化的 定量与定性相结合方向发展，由路试向台架检测发展。用制动试验台检测

8、 汽车的制动性能，不仅可以测出每个车轮的制动力和制动力协调时间，通 过计算求出汽车的单位制动力。而且可以测出同一轴两车轮的制动力差和 制动力上升时间差，制动器内部阻力和制动完全释放时间。这种方法可以 免除用路试检测制动性能的一些弊病1。汽车制动试验台的型式有滚筒式和平板式。平板式制动试验台在测试 时，汽车要有一定的初速度，这就需要有助跑道。而滚筒式制动试验台则 相反，其占地面积小，可以在台上对制动系边试验边调整，又便于分析故 障，因此容易按使用部门所接受。滚筒式制动试验台的测试方法是：在汽 车处于停火状态下，测定车轮的制动力或制动距离等与制动性能有关的参 数。它又可分为反力式和惯性式。惯性式别

9、动试验台是测每个车轮的制动 距离，这种试验台的试验车速高，较接近于实际情况。但由于在国家规定 的制动性能标准中没有车轮制动距离这一项，只有汽车制动距离的标准。 如果将测试的车轮制动距离换算成整车制动距离，有一定误差，要使换算 结果精确，需要作大量对比试验，而不同的车型都要有对比，这是较难做 到的，因此惯性式制动试验台不容易被使用部门所接受。而反力式制动试 验台的工作原理是当被检车辆驶上试验台后，车轮置于两滚筒之间，这时 左、右两电机启动，带动滚筒旋转。当转速达到稳定值后，通知驾驶员迅 速踏制动器（或拉手制动器），这时车轮的转速降低。车轮与滚筒之间产 生了相对滑移，此时，与车辆制动力大小相等、方

10、向相反的力作用在试验 台上，由测力装置可测量出其值，并记录制动曲线。当车轮速度降低到某 值时，为了减少轮胎磨损，电机自动停转。反力式制动试验台结构筒单， 测试方便，耗电小，使用成本低。在国内外被广泛采用。我国的机动车 安全运行技术条件中对台试车轮制动力也给予承认。因此，国内交通、 公安车管部门广泛使用的几乎都是反力式制动试验台。室内汽车制动试验台一般只根据一些检测数据判定汽车制动性能合 格与否，至于故障原因往往无法予以诊断分析，这是目前检测技术存在的 一个缺陷。随着科学技术的发展，应用先进技术对在用车辆实行技术状况 监控与预测非常必要。在汽车制动检测制动方面，应用故障机理的解析技 术确定和预测

11、汽车制动状况的动态特性；应用诊断参数信息的识别和传感 技术。建立故障模式；充分利用计算机技术，分析诊断多数信息，提高诊 断精确度。开发预测故障专家系统，提高诊断预测水平，使车辆保持良好 的技术状况，并将检测、诊断和预测融为一体，是今后汽车检测技术的发 展方向。1.2 国内外相关领域研究现状及发展方向目前在我国的汽车制动性能检测中，普遍采用反力滚筒式制动试验台， 而平板式制动试验台近几年开始引入我国。GB72582004机动车运 行安全技术条件规定制动性能检测可用平板式制动试验台， 也可以使用 反力式滚筒制动试验台。平板式制动试验台是在汽车运行状态下检测制动 性能， 与汽车实际行驶中的制动相似，

12、 是一种动态检测； 而反力式滚筒 制动试验台是提高为测定作用在测力滚筒上车轮制动力的反力， 检测车辆制动性能的装置，是一种稳态检测方式2。下面分别介绍这两种试验台：1.2.1 平板式制动试验台早期的汽车检测设备，既有滚筒式又有平板式，由于当时还没有电子 计算机，平板式检测设备的传感器和采样系统难以满足检测要求。但是， 由于近年来电子技术的大量应用，平板式检测设备的数据采集系统（含各 种传感器）都采用微电子技术和计算机控制。因此，新一代的平板式设备 各方面的性能都有了质的飞跃。从原理上来看，平板式制动试验台是主动、 动态的检测，它是在汽车行驶制动状态下进行检测的，只要保证力传感器 能准确无误地把

13、测试平板上受到的水平制动力与垂直力测量下来，平板式 制动试验台就完全可以如实地把汽车制动过程（力系及变化）检测出来。 平板式制动试验台具有以下优点：（1）在测试平台的台面上。焊有由钢板冲压制成的钢网，具有远高 于良好路面的附着系数，在正常磨损范围内可以确保制动性能的检测；（2）能同时对汽车的四个车轮作动态测试；（3）特别适合现代轿车和摩托车的检测。现代轿车的前轴制动力占 整车制动力的比例很大，而国标对前轴制动力的要求过低或偏低，平板式 检 M 能力与实际相符，而滚筒式的检测能力过低或偏低；（4）为多功能综合的复合检验台。如意大利威迈格平板式制动试验 台，可进行几种性能同时测试，检测制动力时既可

14、测得四个车轮的最大制 动力，又可提供这些制动力在制动过程中随时间变化的曲线等更深层信 息，还可同时进行侧滑的检测，悬架减振器的检测。以上四点平板式均优于滚筒式。但平板式也有其致命的弱点：（1）在实际检测过程中，制动初速度及制动踏板力不易控制，测试 工况不稳定，重复性差；（2）检测技术尚不成熟，定量分析技术仍末完善解决，传感技术和 计算机后处理技术要求很高，有待电子技术应用的进一步提高；（3）不能测试车轮的阻滞力、失圆度，而且适用车型较少。不容易 对轴距变化大的汽车作四轮同时检测，且测试货车后轴的制动性能也不够理想，多轴车不能测试3。1.2.2 反力滚筒式制动试验台我国使用的反力滚筒式制动试验台

15、有两大类，其一是引进日本弥荣公 司、日产公司的；其二是引入西欧国家的，如德国马哈公司、申克公司， 英国克雷普顿公司，意大利的钻石公司等。日本式试验台的特点是摩擦滚 筒直径小，一般直径为 120mm 左右，且滚筒表面刻有矩形槽，制动时线 速度低，两滚筒之间有举重器，一般没有智能程序，数值显示多为指针式。 西欧式试验台的特点是摩擦滚筒直径大，一般直径在 265mm 左右，且滚 筒表面涂敷摩擦材料，摩擦系数较高，可达 0.80.9，制动时线速度高， 3t 以下车辆的线速度为 2.53km/ h ，310t 车辆的线速度为 5km/ h 。在 两滚筒之间有两个第三滚筒，数值显示为指针式。第三滚筒的作用

16、主要有 两条：（1）当车辆放在试验台上后，轮胎压下第三滚筒，限位开关脱开后， 试验台才能启动运转。（2）在测试过程中，当试验台转速达到稳定值后， 刹车后车轮速度下降，第三滚筒的速度也随着下降，当第三滚筒转速下降 到稳定转速的 70%时，为了不使轮胎产生严重磨损，控制系统发出讯号， 使电机停止运转。对反力滚筒式来说，最重要的结构技术参数和性能是：试验台滚筒转 速、滚筒直径、滚筒表面形状及材质、电动机驱动功率、制动力测量装置 和测试精度等。其中影响测试可靠性的重要因素是试验台滚筒与轮胎间的 附着性能，因此滚筒直径及其转速、滚筒表面形状及材料、滚筒表面的附 着系数成为模拟实际工况的重要参数，一直是研

17、究的焦点，大多数专家认 为使用高转速、大直径滚筒最佳。目前，检测设备制造业已形成一定规模，市场竞争十分激烈，反力式 汽车制动试验台型式变得多样化，并在不断改进和提高。传感器都已从机 械式的或机电式的进化为电子式的，控制方式也由继电器控制变成计算机 控制。1.2.3 发展方向从研讨的广度和深度来看，反力式滚筒制动试验台的技术研究己趋于 全面成熟，今后汽车制动检测设备的发展方向仍是以反力滚筒式为主，其 型式上偏向西欧式，对滚筒式制动设备的研究也仍将是热点。反力式滚筒 制动试验台还要为消除台试与路试间的差异作努力，须做好以下几方面的 工作：（1）结合国情进行技术改造，不同的待检车类型应配备不同测试要

18、 求的试验台；（2）完善检测设备标准，划分制动检测设备类型，制订各自的标准， 并完善测试规程；（3）滚筒直径要合理增大，并适当提高滚筒的转速。作为新一代产品平板式制动试验台，虽一时无法代替反力滚筒 式，但已引起汽车界的重视，可以预见其发展充满活力：眼下作为制动检 测的补充，在汽车保有量大的城市和经济发达地区，可发挥作用，用于检 测轿车、高级小客车、摩托车等。1.3 论文主要研究内容及技术途径1.3.1 课题主要研究内容对汽车制动试验台的研究主要集中在以下几方面：1. 制动试验台运动学和动力学的分析 对汽车在反力式制动试验台上的运动及受力情况进行分析，推导制动 力、滚筒支承反力的解析表达式，分析

19、试验台的最大测试能力；2. 制动试验台结构设计的研究 对制动试验台改进方案进行结构设计，绘制零件图及装配图；3. 制动试验台控制系统硬件设计 包括传感器选型、信号调理电路设计、数据采集系统设计、控制装置 的设计。1.3.2 技术途径与方法1. 运动学和动力学分析；2. 使用 AutoCAD 进行零件图的绘制。根据需要将传感器等部件安装到试验装置上，在分别完成上位机的控 制软件、下位机的控制软件、电路，对汽车制动试验台进行试验联调。第2 章 反力式滚筒实验台与平板式试验台对比分析2.1 反力式滚筒制动性能试验台的结构及工作原理2.1.1 结构反力式滚筒制动试验台的结构如图 21所示。它由结构完全

20、相同 的左右两套车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成。每一套车轮 制动力测试单元由框架、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成 6。驱动装置由电动机、减速器和链传动组成。电动机经过减速器两级减 速后驱动主动滚筒，主动滚筒通过链传动带动从动滚筒旋转。减速器输出 轴与主动滚筒通州连接或通过链条、皮带连接。减速器的作用是减速增扭， 其减速比根据电动机的转速和滚筒测试转速确定。由于制动检验台的车速 低（日式制动台一般为O.lkm/h0.18km/h，欧式制动台相对较高，但也 仅为2.0 km/h5.0km/h）,因此滚筒转速也较低，一般在40100r/min范 围。因此要求减速器减速比较大，

21、一般采用两级齿轮减速或一级蜗轮蜗杆 减速与一级齿轮减速。滚筒组中每一车轮制动力测试单元设置一对主、从动滚筒。每个滚筒 的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。 滚筒相当于一个活动的路面，用来支承被检车辆的车轮，并承受和传递制 动力。轮胎与滚筒间的附着系数将直接影响制动检验台所能测得的制动力 大小。根据GB72582004，滚筒表面当量附着系数不应小于0.75%。 为了增大滚筒与轮胎间的附着系数，滚筒表面都进行了相应加工与处理。制动力测量装置主要由测力杠杆和传感器组成。测力杠杆一端与传感 器连接，另一端与减速器壳体连接，被测车轮制动时测力杠杆与减速器壳 体将一起绕主动滚筒

22、（或绕减速器输出轴、电动机枢轴）轴线摆动。传感 器将测力杠杆传来的、与制动力成比例的力（或位移）转变成电信号输送 到指示、控制装置。为了便于汽车出入制动试验台，在主、从动两滚筒之 间设置有举升装置。带有第三滚筒的制动试验台不用举升装置。目前制动 试验台控制装置都采用电子式。2.1.2工作原理进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验台，车轮置于主、从 动滚筒之间，放下举升器（或压下第三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程 开关被接通）。通过延时电路起动电动机，经减速器、链传动和主、从动 滚筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后，测得车轮拖滞力。接着，驾 驶员踩下制动踏板，车轮在车轮制动器的摩擦力矩Tu

23、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Fx1、 Fx2克服制动器摩擦力矩，维持车轮继续旋转。与此同时车轮轮胎对滚筒 表面切线方向附加一个与制动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，减速器壳体与测力杠杆一起朝滚筒转 动相反方向摆动,测力杠杆一端的力或位移经传感器转换成与制动力大小 成比例的电信号。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、存贮和处理后，对制动力一一时 间曲线进行分析，就可以得到最大制动力、制动平衡、协调时间等相关参 数。1电动机2压力传感器3减速箱4滚筒

24、5第三滚筒6电磁传感器7链传动8测量指示仪图21反力式滚筒制动性能试验台2.2 平板式制动性能试验台的结构及工作原理2.2.1 平板式制动试验台结构平板式制动检测台是由测试平板、传感器、数据采集系统等构成的集 称重、制动性能测试为一体的汽车检测设备，一般由面板（制动板、侧滑 板和辅助板）、底座、轴重传感器、拉压力传感器、位移传感器等组成， 面板相对于底板可以滑动，底板是固定的钢板，为了保证在制动瞬间面板 可以灵活运动，底部的摩擦力应非常小，故在相对运动的接触部分需要润 滑。检验台采用双板结构，上层板（面板）为承载板，下层板（底座）主 要用来与地面固定。所有面板均由两层板通过工字钢焊接而成，在焊

25、接时 要求采用特殊的工艺，以防止盖板的翘曲和变形，最后在盖板的上面点焊 丝网，以增加盖板表面的摩擦力。2.2.2 工作原理平板式制动试验台是一种低速动态检测车辆制动性能的设备，其检测 原理基于牛顿第二定理“物体运动的合外力等于物体的质量乘加速度”，即 制动力等于质量乘（负）加速度。检测时只要测得轴荷及减速度即可求出 制动力。从理论上讲，制动力只由制动减速度决定，与制动初速度没有必 然的联系。检测时，被检车辆以2km/h10km/h车速驶上测试平板，置变速器 于空挡，台面水平方向测力传感器测取车辆空挡滑行阻力，称重传感器同 步测取车辆轴荷。检测员急踩制动后，汽车在惯性作用下，通过车轮在平 板上附

26、加与制动力大小相等、方向相反的作用力，使平板沿纵向位移。车 辆在测试平板上制动直至停车，与此同时， 数据采集系统采集制动过程 中的全部数据， 并作分析处理， 然后把制动性能的测试结果显示出来。 平板式制动试验台能检测出汽车行驶制动过程中重心前移后的制动效果。 在平板式制动试验台上检测制动性能时， 汽车比较接近实际行驶状态， 具有与实际行驶制动中完全相同的受力情况，平板式制动试验台检测的是 动态汽车，因而能够反映出汽车行驶制过程中轴荷重新分配的制动效果，测试原理图见图 22。钢球图 2 2 平板式制动试验台原理2.3 反力式滚筒试验台与平板式试验台优缺点分析2.3.1 反力式滚筒试验台1.滚筒制

27、动试验台的优点有：（1）安全保护作用，即只有在被测车轮同时压下左右制动试验台的 第三滚筒时，滚筒才能被启动，因而可以避免操作人员误操作而造成伤害（2）随着现在计算机技术的发展，可以显示车辆左、右轮制动力增 长全过程随采样时间的变化情况，且能准确指明左、右轮制动力不平衡最 大值在制动力增长过程中的具体位置，从而分析判断引起制动力平衡差超 标的根本原因，还可以为车辆修理单位提供有效的信息支持；（3）滚筒反力式制动检验台测试工况稳定，重复性好。2.滚筒制动试验台的缺点有：（1）很难测得实际制动力，并且很难测得制动器的制动力最大值；（2）悬架中减振器性能得不到检测。汽车悬架装置对汽车行驶安全 性、操纵

28、稳定性、通过性、燃料经济性等诸多性能均产生影响。（3）测试效率低，采用滚筒制动试验台检测制动性能时，对车辆各 轴的检测是分开进行的，从而影响了车辆的测试效率。2.3.2 平板式制动试验台1. 平板制动试验台的优点有：(1) 相对于滚筒制动试验台，平板试验台结构简单，省去了滚筒式 的两个大功率电动机，耗电小，它的耗电量约为滚筒式的 1/100；(2) 操作简单，测试速度大大加快，验车时只需将车辆以510km/h 的速度开到测试平板上踩一脚制动，即可同时完成前后桥的制动、轴荷、 侧滑、减震器等检测，检测效率高，全过程只需一分钟左右即可完成；(3) 安装简单容易，不用专门的混凝土基础，只需用膨胀螺栓

29、固定 在地面上即可，降低了混凝土工程造价；( 4)平板式是主动、动态检测的，它是汽车进行制动状态下直接检 测的。只要保证力传感器能准确无误地把测试平板上受到的水平制动力和 垂直力测量下来，平板式制动检验台就完全可以如实地把汽车的制动力检 测出来。2. 平板制动试验台的缺点有：(1) 很难检测车轮阻滞力：车轮阻滞力是不制动的时候的阻力，由 于受平板长度限制，较难准确检测阻滞力；( 2)检测范围有限：对于双后轴，三后轴的车辆，平板制动试验台 很难单独测取桥的制动力数值及制动力随采样时间的变化曲线。另外，不 方便检测半挂车、全挂车、不能检测超长、超重、超宽的车辆；( 3)检测数值重复性差：由于驾驶员

30、踩刹车踏板的所用的力不同， 每次测试条件很难保证一致，所以每次测得的制动力会有较大的差异。2.4 本章小结汽车制动性能的检测是汽车检测的重点。通过对滚筒制动试验台和平 板试制动验台的分析，可知滚筒制动试验台和平板制动试验台适用范围不 同，反力式滚筒制动试验台所需场地小， 设备造价低， 测试方便， 因 此目前成为我国各类检测站测量机动车制动性能的主要设备；平板式制动 试验台接近实际道路状况，台面上制动时车轮的受力情况与路面上制动时 车轮的受力情况很相似，使测试结果更接近实际情况，但平板式制动试验 台对传感器、检定工具、测试方法等有较严格的要求，使得造价升高、测 试难度增加。反力式滚筒制动试验台测

31、试条件固定，重复性好，结构简单 且因检测车速低，所需驱动功率较小，操作安全性能好，得到广泛应用。第3章 汽车制动试验台总体方案3.1 引言制动试验台常见的分类方法有：按测试原理不同，可分为反力式和惯 性式两类；按试验台支承车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式两类；按 检测参数不同，可分为测制动力式、测制动距离式和综合式三种；按试验 台的测量、指示装置传递信号方式不同，可分为机械式、液力式和电气式 三类；按试验台同时能测车轴数不同，可分为单轴式、双轴式和多轴式三 类。目前国内车辆性能检测站所用制动检验设备多为单轴反力式滚筒制动 试验台，还没有广泛采用平板式制动试验台。本文设计的制动试验台为单 轴反

32、力式滚筒制动试验台。3.2 汽车制动试验台总体构成单轴反力式滚筒制动试验台结构简单、工作可靠、易于控制、通用性 好，能测试制动性能的多项指标且便于维修。试验台的结构如图 31 所示。它由框架、驱动装置、滚筒装置、测量装置、第三滚筒（即传感滚 筒）和指示与控制装置等组成。为使试验台能同时检测车轴两端左、右车 轮的制动力，除框架、指示与控制装置外，其它装置是分别独立设置的12。1.驱动装置：由电动机、减速器和链传动机构组成。电动机功率的传 递是通过减速器内的蜗轮蜗杆传动后传给主动滚筒，主动滚筒又通过链传 动机构把功率传给从动滚筒。减速器与主动滚筒共用一轴，减速器滚筒处 于浮动状态，如图 32 所示

33、。1.电动机2压力传感器3减速器4滚筒5第三滚筒6转速传感器7链传动8指示仪表图31汽车制动试验台的原理图1传感器2电动机3减速器4测力杆5链传动6从动滚筒7第三滚筒8主动滚筒9框架图32车轮制动力测试单元2滚筒装置：每一车轮制动力测试单元设置一对主、从动滚筒。每个 滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平 行。滚筒相当于一个活动的路面，用来支承被检车辆的车轮，并承受和传 递制动力。汽车轮胎与滚筒间的附着系数将直接影响制动试验台所能测得 的制动力大小。为了增大滚筒与轮胎间的附着系数，滚筒表面都进行了相 应加工与处理，目前采用较多的有下列5种：(1)开有纵向浅槽的金属滚筒

34、。在滚筒外圆表面沿轴向开有若干间 隔均匀、有一定深度的沟槽，这种滚筒表面附着系数最高可达0.65,在制 动试验车轮抱死时容易剥伤轮胎。当表面磨损且沾有油、水时，附着系数将急剧下降。（2）表面粘有熔烧铝矾土砂粒的金属滚筒。这种滚筒表面无论干或 湿，其附着系数均可达 0.8。（3）表面具有嵌砂喷焊层的金属滚筒。喷焊层材料选用 NiCrBSi 自 熔性合金粉末及钢砂。这种滚筒表面新的时候其附着系数可达 0.9 以上， 其耐磨性也较好。（4）高硅合金铸铁滚筒。这种滚筒表面带槽、耐磨，附着系数可达0.70.8,价格便宜。（5）表面带有特殊水泥覆盖层的滚筒。这种滚筒比金属滚筒表面耐 磨,表面附着系数可达

35、0.70.8,但表面易被油污与橡胶粉粒附着,使附 着系数降低。滚筒直径与两滚筒间中心距的大小,对试验台的性能有较大影响。滚 筒直径增大有利于改善与车轮之间的附着情况,增加测试车速,使检测过 程更接近实际制动状况,但必须相应增加驱动电机的功率。而且随着滚筒 直径增大,两滚筒间中心距也需相应增大,才一能保证合适的安置角。这 样使试验台结构尺寸相应增大,制造要求提高。有的滚筒制动试验台在主、从动滚筒之间设置一直径较小,既可自转 又可上下摆动的第三滚筒,平时由弹簧使其保持在最高位置。设置有第三 滚筒的制动试验台大都取消了举升装置,在第三滚筒上装有转速传感器。 在检验时,被检车辆的车轮置于主、从动滚筒上

36、的同时压下第三滚筒,并 与其保持可靠接触。控制装置通过转速传感器即可获知被测车轮的转动情 况。当被检车轮制动,转速下降至接近抱死时,控制装置根据转速传感器 送出的相应电信号使驱动电动机停止转动,以防上滚筒剥伤轮胎和保护驱 动电机。第三滚筒除了上述作用外,在有的试验台上还作为安全保护装置 用,只有当两个车轮制动测试单元的第三滚筒同时被压下时,试验台驱动 电机电路才能接通。3. 测量装置：该装置主要由测力杠杆、传感器和测力弹簧等组成,如 图 3 3 所示。测力杠杆一端与传感器连接,另一端与减速器连接。与 减速器连接的方式有两种：一种是测力杠杆固定在减速器壳体上；另一种 是测力杠杆通过轴承松套在框架

37、的支承轴上，其尾端作用有固定在减速器 壳体上的带有刃口的传力臂。当浮动的减速器壳体前端向下移动时，第一 种连接方式的测力杠杆的前端也向下移动；第二种连接方式的测力杠杆， 则通过传力臂刃口的作用，前端向上移动，并拉伸测力弹簧 A 和测力弹 簧 B 。测力弹簧 A 和 B 在不同的测量范围内起作用。如国产 ZD 6000 型制动试验台，制动力在 04000N 范围内弹簧 A 起作用；制动力在 400020000N 范围内，弹簧 A 和 B 共同起作用。安装在测力杠杆前端的传感器，能把测力杠杆的移动或力变成反映制 动力大小的电信号，送入指示与控制装置中去。传感器有自整角电机式、 电位计式、差动变压器

38、式或电阻应变片式等多种类型。4. 第三滚筒（即传感滚筒）装置：传感第三滚筒安装在弹簧支撑的浮 动臂上，当车轮开上滚筒总成时，左、右两个传感滚筒同时被压下。通过 行程开关和延时继电器的作用，两驱动滚筒相继启动。驱动滚筒带动车轮 旋转，车轮又带动传感滚筒旋转，它们接触点的线速度相等。在传感滚上 的磁铁转动使转速传感器产生一个电信号，送到控制系统，再换算成与地 面接触点的车轮线速度。当车轮制动时，驱动滚筒的线速度不变，传感滚 筒随车轮的线速度发生变化。该车轮与驱动滚筒作纯滚动时滑移率为零， 车轮完全抱死时的滑移率为 10006，当滑移率为 20%的时候，控制系统切 断电源，驱动滚筒停止工作，此瞬间测

39、得的车轮制动力最大。5. 指示与控制装置：目前制动试验台控制装置都采用电子式。为提高 自动化与智能化程度，控制装置中配置计算机。指示装置有指针式和数字 显示式两种。带计算机的控制装置多配置数字显示器，但也有配置指针式 指示仪表的。试验台采用电脑式控制装置并配以数字显示器。主要由计算机、放大 器、模数转换器、数字显示器和打印机等组成。从测力传感器送来的电信 号，经直流放大后，送往模数转换器转换成数字量，经计算机采集、存储 和处理后，检测结果由数码管显示或打印机打印出来。制动过程中，当滑 移率达到 20%时，计算机发出指令使电机停转，此时制动力最大，同时 也防止了轮胎的刮伤。1.从动滚筒2.电动机

40、3.齿条4.二级减速主动齿轮5.滚筒6.二级减速从动齿轮7.蜗轮8.减速器课题9传力臂刃口 10缓冲器11.测力杠杆12.自整角电机13.小齿轮14限位杆15.测力弹簧A 16.测力弹簧B图33反力式滚筒制动试验台的驱动装置和测量装置3.3制动试验台工作原理进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验台、车轮置于主、从 动滚筒之间，放下举升器（或压下第三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程 开关被接通）。通过延时电路起动电动机，经减速器、链传动和主从动滚 筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板，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

41、向作用制动力以克服制动器摩擦力矩，维持车轮继续旋 转。与此同时车轮轮胎对滚筒表面切线方向附加一个与制动力方向相反等 值的反作用力，在该反作用力形成的反作用力矩作用下，减速器壳体与测 力杠杆一起向滚筒转动相反方向摆动，测力杠杆一端的力或位移经传感 器转换成与制动力大小成比例的电信号。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、存贮和 处理后，检测结果由数码管显示或由打印机打印出来。打印格式与内容由 软件设计而定。一般可以把左、右轮最大制动力、制动力和、制动力差、 阻滞力和制动力一时间曲线等一并打印出来。在制动过程中，当左、右车 轮制动力和的值大于某一值

42、（如500N）时，计算机即开始采集数据，采 集过程所经历时间是一定的（如3s）。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。在有第三滚筒的制动试验台 上，在制动过程中第三滚筒的转速信号由传感器转变成电信号后输入计算 机，计算车轮与滚筒之间的滑动率。当滑动率达到一定值（如 25%）时， 计算机发出指令使电动机停转。如车轮不驶离制动台，延时电路将电动机 关闭35s后又自动起动。检测过程结束，车辆即可驶出制动试验台。由于制动力检测技术条件要求是以轴制动力占轴荷的百分比来评判 的，对总质量不同的汽车来说是比较客观的标准。为此，除了设置制动试 验台外，还必须配备轴重计或轮重仪

43、，有些复合式滚筒制动试验台装有轴 重测量装置。其称重传感器（应变片式）通常安装在每一车轮测试单元框 架的 4 个支承脚处。有的反力式滚筒制动试验台可以选择每一车轮制动力测试单元的滚 筒旋转方向。两个测试单元的滚筒既可同向正转、同向反转，又可以一正 一反。具有这种功能的试验台可以检测多轴汽车并装轴（如三轴汽车的中 轴和后轴，其间没有轴间差速器）的制动力。测试时使左、右车轮制动测 试单元的滚筒转动方向一正一反，只采集正转时的制动力数据，这样可以 省去试验台前、后设置自由滚筒装置。这是因为驱动轴内有轮间差速器的 作用，当左、右车轮反向等速旋转时差速器壳与主减速器将不会转动。所 以当被检测轴车轮被滚筒

44、带动时，另一在试验台外的驱动轴将不会被驱 动。而对于装有轴间差速器的双后轴汽车可在一般的反力式滚筒制动台上 逐轴测试每车轴的车轮制动力。此外，现在很多制动试验台都装有配套的轴重计量设备。轴重计量装 置按照工作原理可分为机械式和电子式两类。机械式称重是按照不等臂杠 杆平衡原理利用摆锤、齿板齿轮传动而设计的，其结构简单、成本低，但 工作效率和测量精度不如电子式的高。随着电子技术的发展，目前我国汽 车检测站和设备生产厂家大多采用先进的、有微处理机系统的电子式轴重 计量装置，它具有零点自动调整、自动去皮、高分辩率显示等功能，适合 各种汽车的轴荷计量。电子式轴重计量装置一般由机械部分（包括承载装 置和传

45、感器装置）和显示仪表等两部分组成。机械部分又称为秤体。秤体 部分包括承载台板、承载V.板、传感器以及框架等，见图34。常用 的传感器为悬臂梁式，它造价较高，但它的性能指标好，是一种高精度、 抗偏性能优越的器件。汽车开上制动试验台使被检车轴左右车轮处于每对滚筒之间，放下举 升器。起动电动机，通过减速器、链传动和主从动滚筒带动车轮低速旋转， 然后用力踩下制动踏板。此时，车轮产生的制动力作用在滚筒上，与滚筒 的旋转方向相反，因而产生一反作用力矩（图3 3）。减速器壳体在反 作用力矩的作用下，其前端发生绕其输出轴向下的偏转，迫使测力杠杆前 端向下或向上位移，通过传感器转换成反映制动力大小的电信号，由计

46、算 机采集、处理后，指令电动机停转，并由指示装置或打印机输出检测到的 制动力数值。1承载面板2槽钢3钢球盖4钢球5.V形垫块6悬臂梁传感器7加强版8台面限位钢球图34轴重测量装置秤体结构简图3.4制动试验台力学分析由于台架试验的受力状况与实际道路大不相同，无法模拟道路制动的 力学状况，因此有必要深入了解台架试验台的制动过程，分析反力式制动试验台的测试性质，包括能测试的制动力的大小及影响因素，测试过程滚 筒载荷的变化。检测制动力时会出现过的几种情况：（1）未制动时，车轮 被滚筒驱动而转动，仪表显示的是该轮（左、右）阻滞力，阻滞力应不大 于该轴荷的 8%；（2）完全制动（制动踏板踏到底）时，被检车

47、轮随滚筒 转动，若指示装置显示的制动力很小，达不到标准要求，则制动不合格。 属制动性能不好，车轮没有抱死。一般调整、维修解决；（3）完全制动时， 被检车轮在两滚筒上略有转动（车轮处于似抱死非抱死状态），指示装置 显示最大制动力值；（4）完全制动时，被检车轮开始脱离前滚筒，后移至 主动滚筒一侧，车轮在滚筒上打滑，指示装置所示制动力小于最大制动力； （5）完全制动时，被检车轮爬上后滚筒，甚至被推至主动滚筒后面，整 车后移出现爬轮现象，指示装置示值与轴荷相比较小。多数出现在驻车制 动或后轮制动的检测上，易出现误判。如前轮制动效果不好，当检测后轮 时，易造成爬轮现象，误判后轮制动为不合格12。检测时，

48、滚筒的线速度很低，可忽略制动时车轮的惯性力矩和滚动阻 力矩，车轮受力如图，可得如下平衡方程：N (sin a + cos a) 一 N (sin a cos a) = F12N (cos a 一 sin a) + N (cos a + sin a) = G12a = sin-1(一)D + L联立上式解得：( 2 + l)sin 2aNF (cos a+ sin a) - G ( cos a - sin a)1( 2 + 1)sin 2aNG ( cos a + sin a) - F (cos a- sin a)2当车轮制动时试验台所能提供的附着力J为f(n + n)g +(31)(32)33

49、)34)35)36)12( 2 + 1)cos a 其中 G 车轮所受的荷重；d 滚筒直径；L 滚筒中心距；D 被检车轮直径；N 、 N 滚筒对车轮的法向反力；12F支承在地面的非测试车轮通过车桥对受检车轮轴产生的水平 推力；F 、F 滚筒对车轮的切向反力；X1X 2a 安置角；0滚筒与车轮表面的附着系数；M 车轮所承受的制动力矩。u由此可知滚筒直径和滚筒中心距是制动台的主要结构参数。检测车轮 制动力时， 在受检车轮不发生后移、滚筒表面附着系数和非受检车轮的 水平推力一定的情况下，滚筒直径和中心距越小，检测的制动力就越大。3.5 影响制动性能检测的因素分析(1) 安置角 a 和被检车轮半径 R

50、 对检测结果的影响所谓汽车车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的切线方向 与水平方向的夹角，根据图 35，可得：a = sin -1()(37)D + L(2) 车轮与滚筒表面间附着对检测结果的影响 越大，试验台测力能力也越大。不同，制动力检测结果也不同。 标准规定：不得低于0.64.值与滚筒表面的材质和形状有关。西欧式试 验台，采用高硅合金铸铁滚筒，金属网石英颗粒涂塑等材质，值均达 0.70.88，且滚简直径较大，测试状态具有良好的实际道路模拟效果， 但对轮胎磨损较严重。日式试验台，滚筒一般钢质、槽形，湿态为0.45。 干态0.65，使用时应保持滚筒表面的干燥和清洁。国内制造的制动试 验

51、台大部分为日本式，多为0.4-0.65之间，滚筒材质要求不高、工 艺简单、经济性好、对轮胎磨损较小。（3）滚筒测试车速对检测结果的影响日本式滚筒直径小，转速低（78r/min）,线速度仅达0.18km/h， 驱动功率较低，经济性较好，但测力能力低。西欧式滚筒线速度为2.5 5.0km/h，滚简直径和驱动功率较大，制动系的受力更接近行车状况， 如同时检测制动协调时间，则更为准确。制动器的摩擦系数随滚筒线速度 增高而减小并渐趋稳定。当滚筒线速度小于2.5km/h时，检测的失真现象 较为严重141516图35车轮受力情况3.6本章小结反力滚筒式汽车制动试验台主要由框架、驱动装置、滚筒装置、测量 装置

52、、第三滚筒（即传感滚筒）和指示与控制装置等组成。当被检车辆驶 上制动试验台后，车轮置于两滚筒之间，这时左、右两电机启动，带动滚 筒旋转。当转速达到稳定值后，通知驾驶员迅速踏制动器（或拉手制动杆）， 这时车轮的转速降低.车轮与滚筒之间产生了相对滑移，此时，与车辆制 动力大小相等、方向相反的力作用在试验台上由测力装置可测量出其值， 并记录制动曲线。当车轮速度降低到某值时，为了减少轮胎磨损，电机自 动停转。本文分析了汽车在制动试验台受力情况，推导出求汽车最大制动 力的公式。根据公式，分析影响检测汽车制动性能的因素。第4章 汽车制动实验台结构设计4.1 引言汽车制动试验台的结构参数对制动性能的测量结果

53、有着重要关系。只 有合理选择制动试验台的设计参数，才能提高试验台测试的准确性与可靠 性，以及耐用性和使用经济性。本文所研究的汽车制动试验台主要是检测 各类中小型汽车(最大轴重为 10 吨)的制动性能。应能同时对同一轴上 的左右两个车轮进行测量。并显示其制动力大小、制动力和与差、制动时 间。本章将分析汽车制动试验台主要结构参数选择方法。制动试验台主要 结构有滚筒、电动机、减速器等。4.2 设计依据和要求1. 设计依据(1) GB72582004机动车安全技术运行条件；(2) GB11798汽车安全检测设备检定技术条件；(3) GB/T18344汽车维护、检测、诊断技术规范；(4) GB/T135

54、64滚筒反力式汽车制动检验台。2. 适用范围适用于 10t 机动车的出厂检验和车辆检测站的车辆检测。3. 功能( 1)测量参数、技术参数和指标第一，测量参数： 左右两轮拖滞力； 左右两轮最大制动力； 制动平衡； 协调时间。第二，技术参数：允许轴重：10000kg； 测试速度一滚筒外缘线速度：2.510%km/h； 滚筒直径： 245mm； 滚筒中心距：390400mm； 主、从动滚筒高度差：30mm； 最大示值： 10000N； 电动机功率： 11kW； 传感器信号： 012mv； 第三滚筒测速脉冲： 4p /r。第三，测量范围： 030000N。第四，分辨率： 10N。第五，示值误差：当制动

55、力大于0.0075G时，误差不超过各检定点给 定值的土4%；当制动力不大于0.0075G时，误差不超过各检定点给定值的 0.00060G （G额定轴载荷，N）；额定载荷不大于30kN的制动台，当 轮制动力不大于 0.015G 时，允许示值误差不超过各检定点给定值的 18.0N。（ 2）工作过程及步骤反力式滚筒汽车制动性能试验台的工作过程如下： 左电机正转（Y-起动）； 右电机正转（Y-起动）； 测拖滞力并显示； 踩刹车，测制动平衡，协调时间，两轮最大制动力； 当滑移量达到设定值时，停两电机； 当转速为零（约停机后3s）时，两电机反转； 3 4s 后停两电机。（ 3）功能要求 反力式滚筒汽车制动

56、性能试验台的功能要求如下： 第一：汽车制动性能检测系统具备手动检测和自动检测两种功能； 第二：要求显示左轮制动力（N）、右轮制动力（N）、左时间（S）、 右时间（S）、制动平衡（）。4.3 滚筒设计1. 滚筒直径的选择目前制动试验台多采用滚筒中心距不可调式。由此，减小滚筒直径， 可使车轮在试验台上的安置角增大，增加试验台的稳定性，提高车轮与滚 筒间的蹬着力，节省驱动电机功率.但滚筒直径不能过小，否则车轮的滚 动损耗将明显增加.考虑到试验车速低，一般小于22.5km/h，此时滚动 阻力不是主要因素，根据国家标准GB/T13564-2005,本制动试验台选取 滚筒直径为 245mm。2. 滚筒长度

57、的选择 它取决于受检车辆的结构参数及试验台的通用性，通常取 7001000m m。本制动试验台选取滚筒长度为1000mm。3. 滚筒转速的选择 滚筒转速决定测试车速的高低，为使汽车测试时的条件最大限度地与使用条件一致，必须保证滚筒的线速度不致过低.否则.将使测试结果失真。 但随着测试车速的提高.试验台的驱动功率也随之增加.因此还要考虑使用 经济性。滚筒转速n 般取：4010Orpm，则滚筒线速度即测试车速可 由公式v=2兀nR确定，本制动试验台滚筒转速选取54rpm。4车轮与滚筒间附着系数p的选择车辆在试验台上测试时，车轮与滚筒的接触面积小于车轮与地面的接 触面积，且比压增大，引起滚动阻力增加

58、， p 值下降。因此只有提高车轮 与滚筒间的附着系数，才能在滚筒式制动试验台上较真实地再现汽车在路 面上的制动状况。但p的提高受到滚筒表层结构和材料的限制。目前采用 较多的是表面带有沟槽的钢制滚筒，其表面附着系数在 0.60.8之间，根 据GB/T13564-2005规定，附着系数p不低于0.7，本制动试验台采用欧 式新型粘砂技术大滚筒，附着系数 0.85 以上，使用寿命15 万次以上。此外，本试验台中后滚筒比前滚筒高52mm，有效阻止车轮由后滚筒 脱离试验台。5.最佳安置角的选择（1）安置角a对测试车轮稳定性的影响车轮在试验台上测试时的受力情况如图41所示。分析时忽略了 非测试车轮约束反力的

59、影响，并假设测试车轮为刚性。电机通过减速箱以 力矩M、M2分别驱动前后滚筒转动。踩下触动踏板时，车轮受到制动器 制动力矩Mt的作用（G为车轮所受的载荷。N、N2为前后滚筒对车轮的 法向反力），产生车轮与滚筒间的摩擦力即制动力Fx、Fx2。在Fx、Fx2 的作用下，车轮有向后移动的趋势。若车轮在两滚筒上的安置角过小，车 轮将离开前滚筒沿后滚筒滑移。若安置角足够大，则Fx、Fx2的水平分力 可由作用力NN2的水平力平衡，使车轮在两滚筒上稳定而不脱离前滚 筒。随着制动力矩Mt的增加，Fx、Fx2增大，测试车轮的最大制动力应 出现在测试车轮处于抱死状态，即车轮刚离开前滚简（N = 0）而未沿后1 滚筒

60、滑移的时刻。此时有：2 X = 0 Fcos a - N sin 0 （41）X 2max22 Y = 0Tsin a + N cos a = 0 （ 42）X 2max2F由（41）式解得：x 2max = tan a（43）N2F而车轮与滚筒的最大制动力与滚筒对车轮的法向反力之比X2max等N2于车轮与滚筒间的附着系数申，故tan a =Q，即a = arctanp。（2）最佳安置角的选择由以上两方面的分析可知，车轮在滚筒上的安置角越小，获得的测试 能力越大。 a 越大则测试过程中的工作稳定性越好。所以应综合两方面的 影咱来选择a角。但最大测试能力的获得是以测试车轮工作稳定为前提的。为了满

61、足GB7258-87中关于汽车主要承载轴的制动力与该轴轴荷之 比大于等于60%的要求，有：F Gx60%（44）X 2max因为车轮与滚筒间的摩擦力与正压力之比等于摩擦角的正切值。即FXma = tan申，申为摩擦角，故有：N2F = N xtan申（45）X 2max2将式（45）代入（4 1），（42）式解得。再将（44）式和 N = G cos a 代入（45）式中有 60%G= G cos a tan 申。2当a=Q时，解得a二36.87。即a二36.87。时，为理想安置角。6滚筒中心距L的选择当测试车轮置于前、后两滚筒间时，测试车轮半径R与前后两滚筒 中心距L，车轮在滚筒上安置角a的

62、关系由图41确定。即L=2 （R-r） sin a（46）对应于不同的车轮半径r,其L也应不一样。但目前使用的滚筒式制 动试验台大都是滚筒中心距不能调整的，不能保证所有尺寸的车轮到处于 测试的最佳状态,从而使许多制动力合格的车辆在试验台上测试时达不到 规范要求。图41车轮受力图4.4 滚筒式制动试验台测试能力分析1. 试验台所能测得的最大制动力 在非加载情况下，滚筒式制动试验台所测得的前、后轮的最大制动力， 是判断测试车辆制动力是否达标的重要依据。如图41所示，在考虑车轴阻碍车轮后移的约束力为F时有：F- cos a - N sin a - F = 0（47）x 2max2F- sin a +

63、 N cos a - G = 0（48）x 2max2由（47），（48）式解得：F= G sin a + F cos a（49）x2maxF受非测试车轮附着条件的限制，最大值为Gx，卩为车轮与测试场地的附着系数；a = 36.87。则空载时所测得的前后轮最大制动力为：F= G sina + G p cosa前 max前前( 410)F= G sin a + G p cos a( 411)后 max后后式中 G 、 G为空载时前后轮的轮荷。前后若测试时，车轮与滚筒间无打滑现象，则据 F ，刖maxF 的大小，后 max按照GB/T7258的要求就可判断出被检车辆的制动性能是否合格。若测试时，车轮在滚筒上打滑，则不能依据 F ， F 判定被检前max后max车辆合格与否，应对被检车辆进行加载检验或者路试。2. 滚筒承受的最大扭矩 Mmax滚筒承受的最大扭矩 Mama 取决于滚筒承受的最大制动力。在某些 试验台上，为了测得车