本章主要介绍行车制动效能试验、制动衰退试验、电子控制制动系统试验,分别从试验设备、试验方法、试验内容、数据处理和评价方法等方面陈述,最后以具体试验实例展 示试验数据分析与处理过程。
汽车的制动性能是指汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。制动性能是汽车的重要使用性能之一,它的好坏直接关系到行车的安全。因此,不管是新车出厂,还是在用车辆年检,都将其制动性能作为重点检测项目之一。汽车的制动性能主要由三个方面来评价,即制动效能、制动效能的恒定性、制动时汽车的方向稳定性。此外,汽车的制动性能还包括驻车制动能力、制动响应时间、防抱死制 动系统的效能等。对于纯电动汽车,还增加了再生制动系统的效能和安全性。
国际上较常用的汽车制动性能标准有 ECE R13、ECE R13H、FMVSS135、FM-VSS126、ISO 6597 等。我国汽车制动性能的相关国家标准有 GB 21670—2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》、GB 12676—2014《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》、GB/T 34588— 2017《重型商用车辆 转弯制动 开环试验方法》、GB/T 13594—2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》、QC/T 1089—2017《电动汽车再生制动系统要求及试验方法》。制动性能试验项目主要包括行车制动效能试验、制动衰退试验和电子控制制动系统试验。其中,行车制动效能试验包括冷态制动效能试验(又称 0 型试验)和应急制动效能试验;制动衰退试验包括制动热衰退试验(又称 I 型试验)和涉水制动试验;电子控制制动系统试验包括防抱制动系统性能试验和再生制动系统试验,此外,还有驻车制动试验、制 动时间响应试验等。制动性能试验方法包括台架试验法和道路试验法,当前通常使用的 试验方法是道路试验法。进行道路试验时,应先进行磨合试验,然后再 进行后续动态试验。进行动态试验时,推荐先进行空载试验,后进行满 载试验。对于乘用车,制动热衰退试验应在其他所有动态试验项目完成 后进行。
行车制动效能是指汽车在坚实、平坦路面上从一定初速度制动到停车的制动距离与制动减速度,它是汽车制动性最基本的评价指标。汽车的行车制动系统应保证驾驶员在行车 过程中能控制车辆安全、有效地减速和停车。行车制动效能的试验方法包括台架试验法和道路试验法。台架试验设备有滚筒式制动试验台、平板式制动试验台等。汽车道路试验法的主要设备包括卫星定位天线、数据采集 系统、踏板力传感器、轮速传感器、制动触发器等。设备连接如图 6-1 所示,其中卫星定位天线放置在试验车的车顶中心位置,踏板力传感器、制动触发器放置在制动踏板处,其 余设备放置在试验车中,由试验人员操作并记录。在进行行车制动效能道路试验时,应先进行磨合试验,试验过程包括磨合前的检查试验和磨合行驶试验。
磨合前的检查试验用于初步检查汽车的制动性能和各仪表状况。若存在较严重的问题,则应在检修好后再进行试验;如果制动性能和仪表性能难以恢复,则中断试验。先对汽车制动系统进行静态检查,包括制动器磨损及调节检查、制动系统结构检查、 控制力与管路压力比例关系检查、储液罐 / 主缸检查、报警信号检查、储能与供能检查, 以及电力再生式制动系检查。动态检查试验应在平坦、硬实、清洁、干燥且附着系数不小于 0.7 的混凝土或沥青路面上进行,试验时风力应不致影响试验结果。试验前制动器应处于冷态。试验时,制动初速度为 30km/h,末速度为 0,减速度为 3m/s2,或保持相应的踏板制动力、制动管路压力,制动间隔距离1.6km,制动次数为10 次。同时,测量制动管路压力、制动减速度及制动器温度。车辆在制动前沿试验通道中线行驶,在制动过程中保持稳定,横摆角应不大于 15°, 不应偏离试验通道,也不应发生异常振动。试验中应按规定加载车辆。空载是指车辆处于整备质量状态,除驾驶员外,前排座椅上可坐一人记录试验结果。满载是指包括驾驶员、试验记录人员和所需的试验设备的质量在内,将车辆加载至最大设计总质量,确保质量分配符合汽车企业规定。如有几种不同的 质量分配方案,则应采用前后轴质量分配之比最大的方案。在进行各项制动性能试验前,应该对车辆进行磨合行驶。乘用车与商用车的磨合行驶具体方法有所不同。将车辆满载,以最高车速的 80%(≤ 120km/h)作为初速度行驶,再以 3m/s2 的减速度开始制动,当速度降至初速度的 50% 时,松开踏板,将车速加速至初速度,重复试验。磨合总次数为 200 次。如因条件限制不能连续完成 200 次,则可根据具体情况调整试验次数。商用车磨合行驶的制动初速度为 60km/h,制动末速度约为 20km/h。若为全盘式制动系统,首先以约 2m/s2 的制动减速度进行 30 次制动,然后以 4m/s2 的制动减速度进行 30 次制动;若为前盘后鼓式或全鼓式制动系统,首先以约 2m/s2 的制动减速度进行 100 次制动, 然后以 4m/s2 的制动减速度进行 100 次制动。在磨合过程中,制动盘或制动鼓的温度不应超过 200℃。三、冷态制动效能试验
冷态制动效能试验是检测汽车制动效能的主要方法,也是确认汽车制动安全的一项主要试验,主要检测试验车辆的制动距离、制动减速度等。冷态制动效能试验又称为 0 型试验,包括动力装置脱开的 0 型试验和动力装置接合的0 型试验。在试验过程中需关闭再生制动装置,或使其产生的制动力不得超过系统设计所保证的最低水平。试验按表 6-1 中各车型规定的车速进行。对因最高设计车速限制而不能达到规定车速的车辆,可用试验时所能达到的最高车速进行试验。试验时,在附着条件良好的水平路面 上,将车辆加速至试验规定车速以上 5km/h,脱开档位,在车速下降至试验规定车速时全力进行行车制动。注:v 为规定的试验车速;S 为制动距离;dm 为充分发出的平均减速度;F 为制动踏板力;vmax 为最高车速。重复上述制动过程,确认车辆在未发生车轮抱死的情况下所能达到的最佳制动性能符合要求。对于乘用车,该项试验仅适用于最高车速 vmax>125km/h 的车辆。试验按表 6-1 规定的车速进行;对于 vmax>200km/h 的车辆,试验车速取为 160km/h 试验时,在附着条件良好的 水平路面上将车辆加速至试验规定车速以上 5km/h,采用相应的最高档行驶,松开加速踏板但保持档位不变,在车速下降至试验规定车速时进行行车制动。采用的制动控制力(或 管路压力)与动力装置脱开的 0 型试验接近。制动控制力应在整个制动过程中保持恒定, 确保达到最大的制动强度但不会发生车轮抱死。对于商用车,该项试验应在表 6-1 所指的各种车速下进行,最低试验车速为车辆最高设计车速的 30%,最高试验车速为车辆最高设计车速的 80%。对于装备限速器的车辆,限速器的限制车速将作为车辆的最高设计车速。四、应急制动性能试验
应急制动是指在常规的行车制动失效后,在适当的距离内将车停住。汽车应急制动装置必须可控制、可调节,且应保证在行车制动只有一处失效的情况下,在规定的距离内将 汽车停住。因此,有必要进行应急制动性能试验。应急制动试验应以一定的初速度,按发动机脱开的 0 型试验条件进行,试验时作用在行车制动控制装置上的力应在一定范围内。对于乘用车,应急制动的初速度为 100km/h,制动控制力应在 65~500N 的范围内。对于商用车,应急制动初速度要求如下:M2 和 M3 类车为 60km/h ;N1 类车为 70km/h ;N2 类车为50km/h;N3 类车为40km/h。对于因最高设计车速限制而不能达到规定试验车速的车辆,可以所能达到的最高车速进行试验。试验应模拟行车制动系统的实际失效状态进行。对于气制动车辆,应分别断开前、后行车制动气室来模拟前、后轴失效;对于液压制动车辆,应分别断开制动主缸前、后腔出油硬管与制动软管转接处来模拟前、后轴失效。应急制动的制动距离 S 和充分发出的平均减速度 dm 应满足的要求见表 6-2。对于乘用车,作用在行车制动控制装置上的力应在 65 ~ 500N 的范围内。对于商用车,当制动采用手控装置时,控制力不大于 600N ;当采用脚控装置时,控制力不大于 700N。此外,应急制动试验应模拟行车制动系统的实际失效状态进行。装备电力再生式制动系的车辆,还应保证行车制动系输出的电动部件完全失效,且失效状态导致电动部件产生 最大制动力,在这两种失效状态下检查应急制动性能。五、行车制动效能评价指标
行车制动效能的直接评价指标有制动距离和充分发出的平均减速度(MFDD),间接指标有制动稳定性要求和制动协调时间。对于制动距离或制动减速度的要求,符合其中之一 即为合格。制动距离,是指从驾驶员开始促动制动系统的控制装置开始至车辆停住时所驶过的距 离。乘用车制动初速度为 50km/h 时,空载检测制动距离要求不大于 19m,满载检测制动距离要求不大于 20m。商用车制动初速度为 50km/h 时,空载检测制动距离要求不大于 21m, 满载检测制动距离要求不大于 22m。制动稳定性要求,是指制动过程中车辆任何部位都不允许超过规定宽度的试验通道边缘线。按照国标要求,乘用车制动试验过程中车辆不能偏离 3.5m 宽的试验通道,对商用车的试验通道的要求则是 3.7m 宽。同时,制动试验过程中车辆的横摆角应不大于 15°。汽车在规定初速度下急踩制动踏板时,充分发出的平均减速度及制动稳定性要求应符 合表 6-2 的规定,且制动协调时间对液压制动的汽车应不大于 0.35s,对气压制动的汽车应不大于 0.60s,对汽车列车、铰接客车和铰接式无轨电车应不大于 0.80s。制动协调时间, 是指在急踩制动踏板时,从脚接触制动踏板时起至车辆减速度(或制动力)达到国标规定 的车辆充分发出的平均减速度的 75%时所需的时间。国标对制动性能试验时的制动踏板力或制动气压做了相应要求:1)满载试验时,对于气压制动系统,要求气压表的指示气压不大于额定工作气压;对于液压制动系统,要求乘用车的踏板力不大于 500N,商用车的踏板力不大于 700N。2)空载试验时,对于气压制动系统,要求气压表的指示气压不大于 600kPa ;对于液压制动系统,要求乘用车的踏板力不大于 400N,商用车的踏板力不大于 450N。液压行车制动在达到规定的制动效能时,踏板行程应不大于踏板全行程的 3/4 ;制动器装有自动调整间隙装置的机动车的踏板行程不应大于踏板全行程的 4/5,且乘用车不应大于 120mm,其他机动车不应大于 150mm。注:本文节选自工业和信息化部“十四五”规划教材《新能源汽车试验学》,本书可作为高等院校车辆工程、新能源汽车、交通工程及相关专业的教材,也可供有关研究人员、工程技术人员和管理人员参考。