相关因素对平板式制动检验台检测结果的影响分析

白云川，张建生，王 龙，安相璧，苏 涛

(1.军事交通学院 军用车辆系，天津300161;2.72641 部队，济南250300)

制动性是车辆运行安全技术条件的重要指标和必检项目。GB7258—2004《机动车运行安全技术条件》规定，制动性检测可使用平板式制动检验台，也可使用滚筒式制动检验台，其中平板式制动检验台由于结构简单、检测的是动态车辆的制动性能、可反映出制动过程中轴荷前移的效果、得到的结果更加贴近实际状况，而获得广泛应用。但车辆在使用平板式制动检验台进行检测时，会受到多种因素的影响，导致检测数据有时无法真实反映车辆的制动性能。为此，本文通过多组制动试验的对比，对影响平板式制动检验台的相关因素进行了分析。

1 检测原理分析

平板式制动检验台是由测试平板、传感器、数据采集系统等构成的、集称重与制动力测试为一体的汽车检测设备。检测时，车辆以5 ～10 km/h的速度驶上测试平板，驾驶员在显示信号的提示下踩下制动踏板使车辆在测试平板上制动至停车。此时，平板受到一个与车轮制动力大小相等、方向相反的作用力，经过传感器测量便可测出车轮制动力的大小。

使用平板式制动检验台进行制动性检测时，车辆比较接近实际行驶状态，与实际行驶制动中的受力情况相同(如图l 所示)。由于车速低，车轮受到的滚动阻力矩、惯性力矩及车辆受到的空气阻力都很小，故在受力分析中予以忽略。

图1 制动时车辆受力分析

图中，F1为前轮受到的制动力，F2为后轮受到的制动力，N1为前轮受到的支承力，N2为后轮受到的支承力，G为车辆的重力，Fi为车辆的惯性力，L为轴距，L1为车辆质心到前轴中心线的距离，L2为车辆质心到后轴中心线的距离，h为车辆质心高度。设车轮与平板间的附着率为φ，则

对后轮与平板的接触点取力矩得

对前轮与平板的接触点取力矩得

即

从式(6)—(8)中可看出，车辆在平板上制动时，因为惯性力Fi的存在，平板对前轮的支承力N1变大，前轮制动力也随之增大，同时，平板对后轮支承力N2减小，后轮制动力F2也因此减小。

2 影响因素试验分析

由式(8)可以看出，平板制动检验台检测到的制动力F(车辆制动时检验台对车辆的反作用力)主要受车辆载荷及车轮与平板间的附着率的影响。而在实际检测过程中，由于平板制动检验台只能检测到与平板平行的横向作用力，故车辆驶上平板的方向也会对检测结果产生影响。因此，为对影响因素进行分析，进行了数组实车制动试验。试验选用的平板制动检验台型号为HPZS-3E，其参数见表1;试验车辆为桑塔纳(A 车)及速腾(B 车)，其参数见表2。

表1 HPZS-3E 平板制动检验台参数

表2 试验车辆参数

2.1 载荷对检测的影响

为分析载荷对制动检测的影响，本文通过改变车内乘员位置的方法进行试验。试验分为4组，试验1 为只有驾驶员，试验2 为乘员坐于副驾驶，试验3 为乘员坐于驾驶员正后方，试验4 为车辆满载，每组试验进行3 次，试验数据的平均值见表3，计算时重力系数g取9.8 N/kg。

通过表3 可明显看出，轴荷前移的效果，即前轴制动力远远大于后轴制动力。为此，在进行两轴车辆设计时，应对前后轴制动器的制动力进行分配，使前后制动器的制动比为一固定值，而前制动器分配的制动力通常会大于后制动器制动力［1］。车辆的制动力首先取决于制动器制动力，同时又受限于地面的附着条件。因此，在制动器制动力未达到最大之前，车辆的制动力会随着载荷的增加而增加。从表3 也可看出，当前轴载荷增加时，两车的前轴制动力也相应变大。对后轴制动力而言，由于其制动器制动力较之前轴制动器制动力要小，当制动器制动力已达到最大时，后轴的制动力不会随着载荷的变化而变化，如A 车试验3、试验4 中的后轴制动力较之试验1、试验2，并未发生明显的变化。

表3 不同载荷下的制动试验数据

轴制动率和整车制动率是评判车辆制动性合格的标准，其值分别为各轴最大制动力及各轴最大制动力之和与各轴轴荷及整车载荷的百分比［3］。制动检测时，当载荷增加时，如果制动器制动力还未达到最大，车辆制动力主要取决于地面的附着条件，此时，制动率并不会随着载荷的改变而改变，如试验1—3 中前轴及整车制动率;但当载荷增至一定值后，车辆制动力的主要限制条件就会变为制动器制动力，也就是说当制动器制动力达到最大后，制动力不会因为载荷的增加而增加，其制动率则会相应减小，如试验4 中A 车和B车的前轴及整车制动率都明显减小。

2.2 附着率对检测的影响

考虑到车辆实际运行过程中轮胎的表面情况及轮胎气压均可对附着率的大小产生影响，因此，本节通过打湿轮胎表面及改变轮胎气压2 种方法进行试验。试验分为4 组，试验1 为标准气压干燥车轮，试验2 为标准气压前轴双轮同时打湿，试验3 为低于标准气压干燥车轮，试验4 为高于标准气压干燥车轮。试验数据的平均值见表4。

表4 不同附着率下的制动试验数据

将试验2 与试验1 对比可以看出，两车的前轴制动力均大幅减小。可见，由于水渍会对车轮与制动平板间的附着情况造成影响，降低其间的附着率，车辆的制动力会随之减小。将试验3、试验4 的数据与试验1 中的数据作比对可以看出，制动力随轮胎气压的降低而略有增加，反之亦然。分析其原因，当轮胎气压降低后，车轮与平板的接触变形会增大，从而导致平板与轮胎间附着率增大;而当轮胎气压升高后，则会导致附着率减小。

2.3 车辆行驶方向对检测的影响

在平板式制动检验台进行车辆检测时，要求车辆行驶方向须与平板的方向保持一致，但由于操作上的原因，导致在驾驶车辆驶上平板的过程中，很难保证车辆行驶方向与平板方向完全一致。为分析该因素的影响，进行了对比试验。试验1中，保证车辆几乎平行于平板的方向驶上平板;试验2 中，人为地使车辆行驶方向与平板方向保持一定夹角斜向驶上平板。试验数据的平均值见表5。

表5 不同行驶方向下的制动试验数据

从表5 可明显看出，当车辆斜向驶上平板制动检测台时，与正向驶上平板相比，制动力降低较大。分析其原因，是由于当车辆斜向驶上平板后，产生的制动力可分解为平行于平板和垂直于平板的2 个分力，而制动台却只能测量到平行于平板的分力，故导致检测到的制动力偏小。

3 结 论

(1)车辆载荷在一定范围内变化时，制动力会随载荷的增加而变大，当重力增至足够大后，制动力便会趋于稳定。所以，如果仅需使用制动率评判车辆的制动性能，则不需要改变车辆载荷;若要检测车辆制动时所能获取的最大制动力，则应该尽量增加车辆的载荷。

(2)附着率的变化对制动力的测量有一定影响。在检测时，应注意保持车轮及滚筒的清洁、干燥，使二者具有良好的附着性能;同时，由于轮胎气压也会影响到附着率的大小，建议在相关制动检测标准中加入对检测车辆轮胎气压的规范和说明。

(3)车辆在驶上平板的过程中，若无法与平板方向保持基本一致，会导致检测到的制动力数据偏小。因此在检测中，需要保证车辆的行驶方向的准确性，必要时可在检测机构配备相应的引车员协同驾驶员进行制动检测。

［1］ 余志生.汽车理论［M］.4 版.北京:机械工业出版社，2009.

［2］ 安相璧.汽车检测诊断技术［M］.2 版. 北京:北京理工大学出版社，2009.

［3］ 公安部道路交通管理标准化技术委员会. GB7258—2012 机动车运行安全技术条件［S］.北京:中国标准出版社，2004.

［4］ 夏均忠，王太勇，李树珉. 汽车制动试验台测试性能分析与应用［J］.农业机械学报，2005，36(12):13-16.

［5］ 周德光.滚筒制动试验台和平板制动试验台的受力模型建立及其分析［J］.机械设计与制造，2005(1):50-52.

［6］ 张改.汽车制动性能测试方法分析与研究［J］. 中国测试，2010，36(4):34-37.

［7］ 胡明冲.平板式与滚筒反力式制动检测台的对比研究［J］.中国测试，2011，37(6):31-33，75.