反力式汽车制动试验台设计大学论文.docx

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反力式汽车制动试验台设计大学论文

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

DesignofCarBrakeReactionTestBed

Candidate：

GaoHang

Specialty：

VehicleEngineering

Class：

B05-18

Supervisor：

Lecturer.XueHuijuan

HeilongjiangInstituteofTechnology

2009-06·Harbin

摘要

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

ABSTRACT

ThetestingoftheautomobilebrakeperformanceisoneofimportantpartsinVehiclesafetycheck.Withtheamountoftheautomobileincreasingrapidlyinournation，theaffectofautomobiletotheenvironmentisconcernedbymoreandmorepeople.Thebrakeperformanceofautomobilehastherelationwiththesafetyofpeople.Therefore，itisnecessarytofindbestmethodsandtoolsoftestingautomobilebrakeperformancesquicklyandaccurately.Thepaperistheresearchofkeytechnologyinautomobilebraketester.Firstly，thepapergiveabriefintroductionaboutpresentautomobilebraketesterandfuturetendencyintheworld.Thepaperanalyzestheprocessofthebrakingofauto，andpresentthemethodsoftestingbrakeperformance，comparestheadvantagesanddisadvantagesofvarioustestingmethods，discussesthecriterionsofassessingbrakeperformancesandnationalstandards.Itgoesdynamicanalysisofbrakingautomobileonthetester，explainstheprincipleoftestingautomobilebrakeperformance，analyzesthemainfactorsforbraketesters.Itanalysesthetotalconstructionofthedrumtypeautomobilebraketester，givesthemethodsofchoosingthesizes，speed，surfacesmaterialoftesterdrums，aswellasreasonsofchoosingtestermotor，gearbox，andothermainparts.

Keywords：

AutomobileBrakeTester；BrakePerformance；Testing；Platen；Reaction

目录

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论……………………………………………………………………………1

1.1课题研究的目的和意义…………………………………………………………1

1.1.1课题研究的目的…………………………………………………………1

1.1.2课题研究的意义…………………………………………………………1

1.2国内外相关领域研究现状及发展方向…………………………………………2

1.2.1平板式制动试验台………………………………………………………2

1.2.2反力滚筒式制动试验台…………………………………………………3

1.2.3发展方向…………………………………………………………………4

1.3论文主要研究内容及技术途径…………………………………………………4

1.3.1课题主要研究内容………………………………………………………4

1.3.2技术途径与方法…………………………………………………………4

第2章反力式滚筒试验台与平板式试验台对比分析…………………………5

2.1反力式滚筒制动性能试验台的结构及工作原理………………………………5

2.1.1结构……………………………………………………………………5

2.1.2工作原理…………………………………………………………………5

2.2平板式制动性能试验台的结构及工作原理……………………………………6

2.2.1平板式制动试验台结构…………………………………………………6

2.2.2工作原理…………………………………………………………………6

2.3反力式滚筒试验台与平板式试验台优缺点分析………………………………7

2.3.1反力式滚筒试验台………………………………………………………7

2.3.2平板式制动试验台………………………………………………………8

2.4本章小结…………………………………………………………………………8

第3章汽车制动试验台总体方案…………………………………………………9

3.1引言……………………………………………………………………………9

3.2汽车制动试验台总体构成………………………………………………………9

3.3制动试验台工作原理……………………………………………………………12

3.4制动试验台力学分析……………………………………………………………14

3.5影响制动性能检测的因素分析…………………………………………………15

3.6本章小结…………………………………………………………………………16

第4章汽车制动试验台结构设计………………………………………………17

4.1引言………………………………………………………………………………17

4.2设计依据和要求…………………………………………………………………17

4.3滚筒设计…………………………………………………………………………18

4.4滚筒式制动试验台测试能力分析………………………………………………21

4.5制动力测量装置主要参数的选择………………………………………………22

4.6减速箱设计及零件选择…………………………………………………………24

4.6.1蜗轮蜗杆的设计…………………………………………………………24

4.6.2轴的设计…………………………………………………………………27

4.7本章小结…………………………………………………………………………28

结论………………………………………………………………………………………29

参考文献…………………………………………………………………………………30

致谢………………………………………………………………………………………31

附录………………………………………………………………………………………32

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。

GB7258-2004《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，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0.8—0.9，制动时线速度高，3t以下车辆的线速度为2.5—3km/h，3—10t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2.1所示。

它由结构完全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0.1km/h～0.18km/h，欧式制动台相对较高，但也仅为2.0km/h～5.0km/h），因此滚筒转速也较低，一般在40～100r/min范围。

因此要求减速器减速比较大，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GB7258-2004，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（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——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5.第三滚筒6.电磁传感器7.链传动8.测量指示仪

图2.1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/h～10km/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2.2。

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